Καθορισμός βέλτιστης διαδρομής πτήσης μη επανδρομένου αεροσκάφους

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες υπάρχει μια αυξανόμενη ζήτηση για την αυτόνομη πλοήγηση των μη επανδρωμένων οχημάτων, είτε είναι εναέρια, είτε είναι επίγεια, είτε είναι υποβρύχια. Η 'καρδιά' της νοημοσύνης ενός αυτόνομου οχήματος αποτελείτε από μοντέρνα και ισχυρά συστήματα επεξεργασίας σε συνδυασμό με προηγμένους αλγόριθμους επεξεργασίας δεδομένων. Μέχρι τώρα, τα επανδρωμένα οχήματα χρησιμοποιούνταν για την προσέγγιση του στόχου-προορισμού που τους είχε ορισθεί, κάνοντας χρήση αισθητήρων για να αντιληφτούν παραμέτρους του περιβάλλοντος τους όπως είναι η θέση τους και η κλίση τους στους διάφορους άξονες. Πολλοί ερευνητές έχουν στρέψει τώρα το ενδιαφέρον τους στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του πως ένα μη επανδρωμένο όχημα κινείτε από τη θέση εκκίνησής του στο επιθυμητό προορισμό βάση της αποστολής που του έχει ορισθεί. Σε αυτό το σημείο στο κομμάτι της λήψης αποφάσεων επεμβαίνει ο "Σχεδιασμός Διαδρομής" ή "Path Planning". Path Planning είναι η διαδικασία σχεδιασμού μιας διαδρομής που αποτελείτε από σημεία (waypoints) από τα οποία πρέπει να περάσει ένα όχημα λαμβάνοντας υπόψη διάφορα κριτήρια. Για παράδειγμα, ορισμένα κριτήρια μπορεί να είναι οι επιχειρησιακοί στόχοι, μανούβρες και κατανάλωση καυσίμου, εχθρικό και φιλικό περιβάλλον, οι εκπομπές καυσαερίων, λήψη αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο κλπ . Την τελευταία δεκαετία παρουσιάζεται μεγάλο ενδιαφέρον στο χώρο της πράσινης τεχνολογίας γενικότερα και στις εκπομπές ρύπων λόγω της αύξησης της ρύπανσης του πλανήτη. Αύξηση επίσης παρουσιάζεται και στις ήδη πολυάριθμες οργανώσεις και κυβερνητικές αρχές που έχουν αρχίσει να ενσωματώνουν πράσινους κανονισμούς και νομοθετικές διατάξεις για πιο αποτελεσματικές, οικολογικές συγκοινωνίες και μεταφορές . Σε αυτή τη μελέτη βλέπουμε πως δημιουργείται ο σχεδιασμός μιας βέλτιστης διαδρομής για μη επανδρωμένο αεροσκάφος, βάσει δεδομένων κριτηρίων όπως είναι οι στόχοι της εκάστοτε αποστολής και οι διάφοροι περιορισμοί. Στη συνέχεια η διαδρομή σχεδιάζεται με την βοήθεια θεωρίας γραφημάτων. Το αεροσκάφος ακολουθεί την προκαθορισμένη τροχιά (Dubins path) κατά την διάρκεια επιρροής από περιβαλλοντικές συνθήκες (διεύθυνση και δύναμη ανέμων, άλλων καιρικών φαινομένων) που επιδρούν στο αεροδυναμικό πλαίσιο του αεροσκάφους . Σε αυτή την περίπτωση είναι αναγκαία η εισαγωγή μαθηματικών μοντέλων που να μπορούν να εξηγήσουν την κίνηση του αεροσκάφους καθώς και η εισαγωγή ενός κλειστού βρόγχου αυτόματου έλεγχου κίνησης του οχήματος ώστε να μπορεί να ταξιδέψει το όχημα από τον ένα κόμβο στον άλλο (Navigation). Επίσης, το μοντέλο που χρησιμοποιείται για τον αυτόματο έλεγχο είναι ένα μη γραμμικό UAV μοντέλο . Αυτό το μοντέλο μπορεί να αναπαρασταθεί με Tagaki Sugeno (TS) ασαφή μοντέλα τα οποία μπορούν να απλουστεύσουν την ανάλυση του συστήματος, Τα βήματα που αναπτύχθηκαν και τα εργαλεία μου που θα χρησιμοποιηθούν σε αυτή τη μελέτη είναι: • Waypoint based guidance: Graph Theory + Shortest Path Algorithms • Naνigation: Modeling UAV {TS Models} + Control {LMls for calculations of gains} Σε αυτή την εργασία περιλαμβάνεται επίσης ένα επιχειρησιακό σενάριο αποστολής για UAV ώστε να περιγραφεί και να αναλυθεί καλύτερα η λειτουργία της προτεινόμενης μεθόδου.