UWB based drone localization for autonomous landing systems
Otonom iniş sistemleri için UWB tabanlı drone konumlandırma
- Tez No: 944187
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ÖNCÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Doğru konumlandırma, özellikle iniş gibi kritik manevralarda, otonom insansız hava araçları (İHA) operasyonlarının güvenliği ve başarısı için kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında, Ultra Geniş Bant (UWB) teknolojisi ile sensör füzyonunu birleştiren dayanıklı ve yüksek doğruluklu bir konumlandırma sistemi geliştirilmiştir. Önerilen sistem, 0.6 m × 0.7 m boyutlarındaki kompakt bir platform üzerine yerleştirilmiş UWB referans noktaları ve yönelim sensörleriyle donatılmış özel bir UWB etiketi kullanarak hassas konumlandırma sağlamaktadır. Gerçek zamanlı sensör kalibrasyonu, sinyal filtreleme ve veri füzyonu işlemleri Raspberry Pi 5 mikro bilgisayar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Yönelim tahmini, kalibre edilmiş ivmeölçer, jiroskop ve manyetometre verilerinin birleştirildiği VQF algoritması ile yapılmıştır. Ölçüm doğruluğunu artırmak amacıyla eğitilen çok katmanlı algılayıcı (MLP) modeli sayesinde, UWB mesafe ölçümündeki hata oranı 9.26 cm RMSE'den 4.35 cm'ye düşürülmüştür. Genişletilmiş Kalman Filtresi (EKF) ile düzeltilmiş UWB ölçümleri, dinamik ivme ve yönelim bilgileriyle entegre edilerek, dirençli ve yüksek hassasiyetli bir konumlandırma elde edilmiştir. Yapılan deneysel değerlendirmeler, sistemin statik koşullarda ortalama 4.28 cm'lik RMSE ile yüksek doğrulukta çalıştığını göstermektedir. Dinamik testler ise farklı yörüngelerde güvenilir izleme yeteneğini doğrulayarak, sistemin otonom İHA iniş görevleri için uygunluğunu ortaya koymuştur. Bu araştırma, sensör kalibrasyonu, veri entegrasyonu ve gelişmiş konumlandırma algoritmaları alanındaki gelecekteki çalışmalar için sağlam bir temel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Accurate localization is essential for autonomous unmanned aerial vehicle (UAV) operations, particularly during critical maneuvers such as landing. This thesis presents a robust, high-accuracy localization system utilizing Ultra-Wideband (UWB) technology combined with sensor fusion. The proposed system employs UWB anchors arranged compactly on a 0.6 m × 0.7 m platform and a customized UWB tag equipped with inertial orientation sensors for precise positioning. Real-time data processing, including sensor calibration, signal filtering, and fusion, is implemented on a Raspberry Pi 5 microcomputer. Orientation estimation is performed using the Versatile Quaternion-based Filter (VQF) algorithm, which integrates calibrated data from accelerometer, gyroscope, and magnetometer sensors. To enhance distance measurement accuracy, a multilayer perceptron (MLP) model is trained and applied, significantly reducing the UWB ranging error from 9.26 cm to 4.35 cm root mean square error (RMSE). An Extended Kalman Filter (EKF) further integrates these corrected UWB measurements with dynamic acceleration and orientation data to achieve resilient and accurate localization. Experimental evaluations confirm the system's high performance, demonstrating an average RMSE of 4.28 cm in static scenarios. Dynamic tests validate reliable tracking capabilities across diverse trajectories, underscoring the system's suitability for autonomous UAV landing applications. The presented research provides a solid groundwork for future developments in sensor calibration, data integration, and advanced localization algorithms.
Benzer Tezler
- Coordinated target detection and tracking by drones using distance and vision
Mesafe ve görüntü kullanan dronlar ile koordine hedef teşhisi ve takibi
HÜSNÜ HALİD ALABAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAbdullah Gül ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SAMET GÜLER
- Aşırı geniş bantlı sistemlerde dalga biçimi oluşturma ve anten sisteminin bozucu etkisinin azaltılması
Designing waveform and compensating corruptive influence of antenna system in ultra wideband systems
YASİN OĞUZ
Doktora
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. HAYDAR KAYA
- Geniş bantlı yama anten tasarımı
Wideband microstrip patch antenna
ULAŞ KESKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KARTAL
- Bursaray iletim hatlarının özelliklerinin incelenmesi
The research of features of the Bursaray transmission lines
SİNAN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. GÜNEŞ YILMAZ
- Enhanced out of boundary uwb based localization for industrial digital twins
Endüstriyel dijital ikizler için alıcı alanın dışında uwb tabanlı konumlandırma iyileştirmesi
LÜTFÜ SİRAC KÜÇÜKARABACIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SEÇİNTİ