Dados do Trabalhos de Conclusão

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ENGENHARIA DE DEFESA (31007015011P8)
SISTEMA DE AERONAVES REMOTAMENTE PILOTADAS COM ALOCAÇÃO DINÂMICA POR CONTROLE BASEADO NA TAREFA PARA COBERTURA DE ÁREAS COM DIFERENTES PRIORIDADES DE INTERESSES
LUIS CLAUDIO BATISTA DA SILVA
TESE
23/07/2018

Esta tese apresenta um sistema para controle de múltiplas aeronaves remotamente pilotadas de pequeno porte em tarefas de monitoramento por cobertura de área, aplicado a missões de inteligência, vigilância e reconhecimento. Devido à natureza dinâmica deste tipo de tarefa, a região sob monitoramento deve ser frequentemente revisitada, bem como, apresenta pontos com maior prioridade de interesse, que podem mudar durante a missão. Para isso, o sistema tem por propósito prover um controle autônomo das aeronaves, enquanto fornece uma interface de usuário para supervisão de alto nível centrada na tarefa, de modo que um único operador possa realizar o controle dinâmico da missão. Assim, por ser uma tarefa de tempo real, as informações sensoriadas devem ser entregues ao controle da missão em tempo suficiente para a manutenção da consciência situacional. No entanto, devido à baixa capacidade de carga paga deste tipo de aeronave, restrições de recursos podem limitar o alcance da comunicação necessária ao cumprimento da tarefa. Para isso, uma solução robusta deve garantir a conectividade, de maneira que a frota de veículos aéreos forme uma rede de comunicação, na qual tanto a telemetria da aeronave quanto os dados sensoriados por aeronaves distantes e sem alcance da estação de controle em solo possam ser retransmitidos por aeronaves mais próximas da estação. A arquitetura da solução proposta é baseada na coordenação das aeronaves por planejamento centralizado para execução distribuída, dividida em três partes: (a) estação de controle, para planejamento e controle dinâmico da missão através de interface de usuário baseada na tarefa; (b) frota de quadricópteros com capacidade de navegação autônoma; (c) software de controle embarcado nas aeronaves, responsável pela comunicação, alocação de tarefas e controle dos sensores aplicados na missão. Para a tarefa de cobertura, foi proposta uma abordagem de monitoramento por prioridades gradientes, através do particionamento da região em camadas concêntricas, na qual o ponto central deverá ser atualizado com maior frequência, sendo esta reduzida gradualmente através das camadas. Para validação do sistema proposto, foram realizadas simulações e voos reais com uma frota de quadricópteros conectados à estação de controle desenvolvida. Nos experimentos de voo real, mostrou-se a possibilidade de que um único operador controlasse uma frota de três quadricópteros. Pela análise dos logs dos voos de cada aeronave, foi possível validar o cumprimento dos objetivos propostos para o sistema desenvolvido.

COMANDO E CONTROLE;AERONAVE
This thesis presents a system to control multiple small remotely piloted aircraft in area coverage monitoring tasks, applied to Intelligence, Surveillance and Reconaissance missions. Due to the dynamic nature of this type of task, the region under monitoring should be frequently revisited, as well as it may have points with higher priority of interest which may change during the mission. To this end, the system is intended to provide autonomous control of the aircraft, while providing a high-level, task-oriented graphical user interface that can make possible a dynamic mission control by a single operator. Also, because it is a real-time task, sensed data must be delivered to the mission control fast enought to maintain situational awareness. However, due to the low payload of this type of aircraft, resource constraints may limit the scope of communication needed to accomplish the task. In this scenario, a robust solution must guarantee the connectivity, in which both the telemetry of the vehicle and the data sensed by distant aircraft and without reach of the control station may be retransmitted by another aircraft more closer. The architecture of the proposed solution is based on the coordination of the aircraft by centralized planning for distributed execution, being divided in three parts: (a) control station, for planning and dynamic control of the mission through user interface task based; (b) fleet of quadcopters with autonomous navigation capability; (c) aircraft control software, responsible for communication, assignment of tasks and control of the sensors applied in the mission. For the coverage task, a gradient priority monitoring approach was proposed, by partitioning the area in concentric layers, in which the central point should be updated more frequently, which is gradually reduced through the outer layers. For the validation of the proposed system, simulations and real flights were carried out with a fleet of quadcopters connected to the developed ground control station system. In actual flight experiments, it was possible for a single operator to control a fleet of three quadcopters. By analyzing the flight log data of each aircraft, it was possible to validate the fulfillment of the objectives proposed for the developed system.
COMMAND AND CONTROL;AIRCRAFT
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PORTUGUES
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

ENGENHARIA DE DEFESA
MECATRÔNICA E SISTEMAS DE ARMAS
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Banca Examinadora

PAULO FERNANDO FERREIRA ROSA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
KARLA TEREZA FIGUEIREDO LEITE Participante Externo
PAULO CESAR PELLANDA Docente - PERMANENTE
JOSEFINO CABRAL MELO LIMA Participante Externo
LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES Participante Externo
ARMANDO MORADO FERREIRA Participante Externo

Vínculo

Servidor Público
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim