İnsansız hava araçlarında arazi verilerine dayalı uçuş yönü sınırlamasız konumlandırma sistemi benzetim çalışması
A simulation study on terrain referenced navigation of unmanned aerial vehicles without direction constraint
Yazar: ORHAN EROĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. GÜRAY YILMAZ
Hava Harp Okulu Komutanlığı / Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yazılım Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Son yıllarda, İnsansız Hava Araçları (I?HA) en popüler ve umut verici, askeri ve sivil akademik aras?tırma konularından biri olmus?tur. I?HA?ların konumlandırması ve kesintisiz izlenmesi, bir I?HA ile ilgili seyrüsefer bilgisi sag?lanması ve onun kalıcı olarak kaybolmasının engellenmesi adına hayati öneme sahiptir. Esasen, Ataletsel Seyrüsefer Sistemi (INS) ve Küresel Konumlama Sistemi (GPS), I?HA?ların konumlandırılması için yeterli gözükmektedir. Fakat, INS?nin birikimli hatası ve GPS?nin saldırılara açık olması sebebiyle uydu sinyalinin her an kaybolma riskinden dolayı, alternatif bir seyrüsefer destek sistemi göz önünde bulundurulmalıdır. Arazi Verilerine Dayalı Seyrüsefer (AVDK) söz konusu ana sistemlerin yanında iyi bir alternatif karar destek sistemi olabilir. Bu çalıs?ma, sadece arazi verileri kullanılarak, planlanmıs? bir uçus? süresince, GPS?si olmayan ya da kaybolmus? bir I?HA?nın konumunun belirlenmesini amaçlamaktadır. Ayrıca, gelecekte yöntemlerin gerçek bir I?HA üzerinde uygulanmasını kolay kılmak amacıyla, en az sayıda varsayım ve kısıt ile çalıs?ılmıs?tır. Örneg?in, uçus? yönü kısıtlanmamıs?; olag?an dönüs? açıları ile her yönde uçus?a izin verilmis?tir. Arazi verisinin sag?lanması amacıyla, uçus? alanının 30 metre çözünürlükte Sayısal Yüksekli Modeli (Digital Elevation Model - DEM)?den faydalanılmıs?tır. Önerilen yöntem, I?HA?nın uçus?u sırasında düs?ey izdüs?ümüne denk gelen noktalardan toplanan yükseklik verilerinin DEM içerisinde aranmasını ve es?les?tirilmesini içermekte ve dog?ruluk ve performans ölçümleri için benzetim tekniklerinden yararlanmaktadır. Algoritma, önceden belirlenmis? bir uzunlukta yükseklik verileri dizisi (profil) kullanmaktadır. Temel olarak, olası bütün profiller uçus?tan önce üretilmekte ve çok büyük bir arama uzayında depolanmaktadır. Arama is?lemlerini devasa kümenin yerine küçük bir altkümede gerçekles?tirebilmek için, bu profillerin her birine kimlik verilerek sıralanıp sınıflandırılmaktadırlar. Uçus? esnasında, radar ve barometrik altimetreler yardımıyla gözlemlenen yükseklik verilerinden olus?an bir dizi, bu dizinin özelliklerine kars?ılık gelen bir koms?uluk kümesinde aranmaktadır.

Abstract:
Recently, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), which are flying objects that do not have any human as a pilot existing on board, have become one of the most popular and promising means for both military and civilian posts and academic research areas. Localization of the UAVs and persistent tracking of a UAV have vital importance to provide a UAV with navigation information and help to cope with getting lost permanently. Indeed, Inertial Navigation System (INS) and Global Positioning System (GPS) seem to be adequate for navigation of UAVs. However, an alternative augmented navigation system for UAVs should be taken into consideration since INS has accumulated errors and GPS always has the possibility of jamming and satellite signal loss.  Terrain Referenced Navigation (TRN) could be a good alternative as a decision support system for these main systems. This study aims to detect the location of a lost or GPS-disabled UAV throughout a planned flight by using only the terrain data. In addition, assumptions and limitations are minimized for the sake of simplifying the process to apply this methodology on a real UAV in the future, e.g. flight through all directions with physically possible turn rates is allowed. In order to provide data of the terrain, Digital Elevation Model (DEM) of the flight region with 30m resolution is exploited.  The proposed method is based on searching and matching the collected elevation values of the terrain below UAV within the DEM and makes use of simulation techniques to test the accuracy and performance. The whole algorithm utilizes a sequence of elevation values with a predefined length (i.e. profile). Mainly, all possible profiles are generated before the flight and stored in a huge search space. We identify, sort and classify these elevation profiles in order to perform search operations in a small subset of the huge set. During the flight, a sequence of terrain elevations, which is computed with the help of radar and barometric altimeter measurements, is searched within a small neighborhood of corresponding profile set.