UFF

< Projeler Sayfası

Proje Adı
İHA Sürülerinde UWB ile Formasyon Korunumu

Şirket Adı
Havelsan

Şirket Mentoru
Çağlar Akman

Akademik Mentor
Prof. Billur Barshan

Asistan
Amirhossein Maghsoudi

Takım Üyeleri
Alperen Duru, Alptuğ Aytekin, Furkan Bağcı, M. Saim Elma, Mustafa Bozdağ, Nisanur Camuzcu

Özet
İnsansız Hava Aracı (İHA) sürüleri, mobil yapıları ile tek bir drone'nun yeteneklerini aşabilecek şekilde gelişmekte olan bir teknolojidir. Gerçek bir sürü yapısı için drone'lar birbirleriyle konum gibi bilgi alışverişinde bulunmamalı; hiçbir drone karar verme sürecinin bir parçası olmamalıdır. Küresel Konumlandırma Sisteminin (GPS) tek başına, düşük hassasiyeti ve karıştırmaya karşı duyarlılığı nedeniyle yoğun formasyon uçuşu için uygun bir seçenek olmadığı görülmektedir. Bu sorunun üstesinden gelmek için, ultra geniş bant (UWB) sinyallerinin bant genişliği onları sıkışmayı zorlaştırdığı ve zaman içinde darbeye benzer olduğu için kullanılabileceği ve bu da yüksek hassasiyetli yerelleştirme algoritmalarının kullanılmasını mümkün kıldığı önerilmiştir. Bu projede, yoğun bir formasyonda uçan drone’ların göreceli lokalizasyonu ve oluşumunun korunması için kontrol algoritmaları ile birlikte UWB modülleri kullanılacaktır. UWB modüllerinin kullanımı, Uçuş Süresi (ToF) ve Varış Faz Farkı (PDoA) gibi hassas yerelleştirme algoritmalarının kullanılmasını sağlayacaktır. Daha sonra elde edilen veriler bir Kalman Filtresi veya bir kontrolörden geçirilebilir ve uçuş kontrolörüne geri beslenebilir. Yerelleştirme algoritmalarının simülasyonları, kontrol algoritmasının geliştirilmesi ve önerilen yerelleştirme çözümleri MATLAB/Python'da yapılmıştır. Daha sonra PDoA ve DWM1001 UWB modülleri, Raspberry Pi kontrol algoritmaları ve Omnibus F4 için uçuş kontrolörü kullanılarak başarılı çözümler gerçek hayatta test edilmiştir. Proje sonunda, aralarındaki mesafe GPS doğruluğundan <5 m daha küçük olan 2 adet işlevsel F450 drone, birbirleriyle iletişim kurmadan korunmuş bir oluşumla uçması bekleniyor. Eşzamanlı olarak, PDoA kitleri modellenerek jMavSim'de formasyon simülasyonu gerçekleştirilecektir.


Abstract

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) swarms are an emerging technology with their mobile structure that can exceed the capabilities of a single drone. For a true swarm structure, drones shouldn’t exchange information such as position with each other; no individual drone should be a part of decision-making. It is seen that the Global Positioning System (GPS) alone is not a viable option for dense formation flight due to its low precision and susceptibility to jamming. To overcome this issue, it is proposed that ultra-wideband (UWB) signals can be used as their bandwidth makes them hard to jam, and are impulse-like in time, which in turn enables the use of highly precise localization algorithms. In this project, UWB modules in conjunction with control algorithms will be used for relative localization and formation preservation of drones flying in a close-packed formation. Use of UWB modules will enable using precise localization algorithms, such as Time of Flight (ToF) and Phase Difference of Arrival (PDoA). Data obtained then can be passed through a Kalman Filter or a controller, and fed back into the flight controller. Simulations of localization algorithms, development of the control algorithm and proposed localization solutions are done in MATLAB/Python. Afterwards, successful solutions are tested in real-life using PDoA and DWM1001 UWB modules, Raspberry Pi for utilizing control algorithms and Omnibus F4 flight controller for drones. It is expected that at the end of the project, 2 operational F450 drones with the distance between them smaller than GPS’ accuracy, <5 m, will fly with a preserved formation without communicating with each other. Simultaneously, formation will be simulated in jMavSim by modelling PDoA kits.