Sistemas de evitación de colisiones basados en reglas de vuelo visual para UAV volando en la aviación civil
Autores: Alturbeh, Hamid; Whidborne, James F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Sistemas de evitación de colisiones basados en reglas de vuelo visual para UAV volando en la aviación civil
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Operación
Vehículos aéreos no tripulados
Espacio aéreo civil
Sistema de evitación de colisiones
Sistema de toma de decisiones
Algoritmo de control óptimo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
La operación de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) en el espacio aéreo civil está restringida por las autoridades de aviación, que exigen el cumplimiento total de las regulaciones que se aplican a las aeronaves tripuladas. Este documento propone algoritmos de control para un sistema de evitación de colisiones que puede utilizarse como un sistema de asesoramiento o un sistema de guía para VANT que vuelan en el espacio aéreo civil bajo reglas de vuelo visual. Se desarrolla un sistema de toma de decisiones para la evitación de colisiones basado en las reglas del aire. La arquitectura propuesta del sistema de toma de decisiones está diseñada para ser implementable tanto en aeronaves tripuladas como en VANT para realizar diferentes tareas que van desde la detección de colisiones hasta la iniciación de maniobras de evitación seguras. Se proponen maniobras de evitación que cumplen con las reglas del aire basadas en sugerencias de pilotos para un subconjunto de posibles escenarios de colisión. Las maniobras de evitación propuestas se parametrizan utilizando un enfoque geométrico. Se desarrolla un algoritmo óptimo de evitación de colisiones para la planificación de trayectorias locales en tiempo real. Esencialmente, un problema de control óptimo de horizonte finito se resuelve periódicamente en tiempo real, actualizando así la trayectoria de la aeronave para evitar obstáculos y seguir una trayectoria predefinida. El problema de control óptimo se formula en el espacio de salida y se parametriza utilizando B-splines. Luego, las salidas óptimas diseñadas se mapean en las entradas de control del sistema utilizando la dinámica inversa de una aeronave de ala fija.
Descripción
La operación de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) en el espacio aéreo civil está restringida por las autoridades de aviación, que exigen el cumplimiento total de las regulaciones que se aplican a las aeronaves tripuladas. Este documento propone algoritmos de control para un sistema de evitación de colisiones que puede utilizarse como un sistema de asesoramiento o un sistema de guía para VANT que vuelan en el espacio aéreo civil bajo reglas de vuelo visual. Se desarrolla un sistema de toma de decisiones para la evitación de colisiones basado en las reglas del aire. La arquitectura propuesta del sistema de toma de decisiones está diseñada para ser implementable tanto en aeronaves tripuladas como en VANT para realizar diferentes tareas que van desde la detección de colisiones hasta la iniciación de maniobras de evitación seguras. Se proponen maniobras de evitación que cumplen con las reglas del aire basadas en sugerencias de pilotos para un subconjunto de posibles escenarios de colisión. Las maniobras de evitación propuestas se parametrizan utilizando un enfoque geométrico. Se desarrolla un algoritmo óptimo de evitación de colisiones para la planificación de trayectorias locales en tiempo real. Esencialmente, un problema de control óptimo de horizonte finito se resuelve periódicamente en tiempo real, actualizando así la trayectoria de la aeronave para evitar obstáculos y seguir una trayectoria predefinida. El problema de control óptimo se formula en el espacio de salida y se parametriza utilizando B-splines. Luego, las salidas óptimas diseñadas se mapean en las entradas de control del sistema utilizando la dinámica inversa de una aeronave de ala fija.