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Dissertação

{pt_PT=Guidance, Navigation and Control for Interception of Non-Cooperative UAV} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O uso difundido de Drones não licenciados tem levantado preocupações sérias de segurança, como por exemplo, o risco de sobrevoar espaços aéreos restritos, como aeroportos. Portanto, há uma necessidade de neutralização destes veículos que violem restrições de espaço aéreo. Esta tese propõe uma solução para a neutralização de Drones não-cooperativos baseados em interceptação de alta velocidade usando outro Drone. A tarefa de interceptar um alvo não cooperativo, minimizando o tempo de interceptação, é um desafio, já que exige o seguimento do Alvo, ao mesmo tempo que, o envelope de atuação do interceptador é levado aos seus limites. Abordamos esse problema usando uma arquitetura de navegação, guiamento e controlo. Para navegação, a fim de estimar os estados relevantes do Alvo e do Interceptador, usamos um Filtro de Kalman Extendido como uma solução base e um Filtro de Multiplos Modelos Interactivos (Interactive Multiple Model), melhorando a estimativa do Alvo sob uma incerteza do modelo. Para guiamento, adotamos um método de Navegação Proporcional, expandindo a literatura atual formulada para guiação de mísseis, para incorporar Drones. Para o controlo, usamos um método de Controlo Vectorial da Propulsão, que incorpora a dinâmica específica do Drone. De modo a considerar o envelope total de atuação, o algoritmo de Navegação Proporcional e Controlo Vectorial é expandido. A solução proposta foi validada através de simulação usando ROS e Gazebo, e através de testes experimentais, usando um Drone real interceptando alvos virtuais e avaliados com um Sistema de Captura de Movimento preciso., en=The widespread use of unlicensed, UAVs, has been posing serious safety and security concerns, e.g., the risk of overflying restricted airspaces, such as airports. Therefore, there is a need for the neutralisation of rogue UAVs that are found violating airspace restrictions. This thesis proposes a solution for neutralising non-cooperative UAVs based on high-speed interception using another UAV. The task of intercepting a non-cooperative Target while minimising the time to interception is challenging, as it demands both Target tracking while pushing the actuation envelope of the Interceptor to its limits. We approach this problem using a navigation, guidance and control architecture. For navigation, in order to estimate both the Target and Interceptor's relevant states, we use a Kalman Filter as a baseline solution, and an Interactive Multiple Model Filter which improves Target estimation under model uncertainty. For guidance, we adopt a Proportional Navigation control, expanding the current literature regarding the implementation of classic missile guidance system to UAVs. For Control, we use a Thrust Vectoring Controller method, which incorporates the specific dynamics of the Interceptor. To consider the full thrust envelope of the UAV, the Proportional Navigation and Thrust Vector controller algorithm are expanded. The proposed solution was validated through simulation using ROS and Gazebo, and through experimental testing, using a real UAV intercepting virtual Targets and evaluated with a precise Motion Capture System.}
Keywords: {pt=Drone, Intercepção, Drone não-cooperativo, Guiação, Navegação, Controlo, en=UAV, Interception, Non-Cooperative UAV, Guidance, Navigation, Control}

Discussão: maio 24, 2019, 17:0