Bases y procesos de certificación de sistemas aéreos no tripulados

El objetivo de la tesis es el de crear unas bases de certificación para sistemas aéreos remotamente pilotados teniendo en consideración los siguientes requisitos: 1) La base ha de tener una estructura similar a la existente para los aviones tripulados. De esta manera se favorecerá una futura convergencia entre las bases de certificación según las misiones realizadas y las tecnologías empleadas por aviones tripulados y pilotados a distancia vayan convergiendo. La CS 23 y FAR 23 van a ser modificadas en profundidad en un futuro inmediato. Se ha considerado la redacción de la nueva normativa propuesta. 2) Los requisitos han de considerar los cambios definidos por las autoridades que gestionan el espacio aéreo. En Europa es SESAR JU quien gestiona el proceso. 3) Los organismos reguladores de la aviación están emitiendo consejos y recomendaciones para permitir la operación de los RPAS en el espacio aéreo no segregado. Asimismo han establecido unos principios fundamentales en los que han de basarse las bases de certificación. Se analizarán los documentos publicados al respecto por OACI, FAA y EASA que han aumentado significativamente en 2015. 4) Los altos niveles de seguridad alcanzados por la aviación han sido principalmente conseguidos gracias a la existencia de unas bases de certificación que se han actualizado frecuentemente considerando la experiencia en el diseño y la operación. Esta experiencia en los RPAS es reducida pero puede aportar importante información de seguridad. ABSTRACT The Goal of the Thesis is to create a certification specification for remotely piloted systems (RPAS). The methodology used for the development of the standard considers the following constrains: 1. The Base shall be defined in a similar way as the standards used for manned aircraft of the same category. This procedure will make possible a future merging of the standards for manned and unmanned system. It is foreseen that the missions performed and the technology used will be similar in a near future. CS23 and FAR 23 are going to be completely modified in a near future. The changed proposed will also be considered. 2. The standards developed must consider all the changes that are being defined by the air traffic management authorities around the globe. In Europe the program is being managed by SESAR Joint Undertaking. 3. The regulatory organizations are providing technical advice and recommendations in order to permit the operation of the RPAS in non-segregated airspace. There has been a big amount of documentation issued in the last year by ICAO, EASA and FAA. The standards developed should consider and implement these requirements. 4. The high safety record obtained by the manned aviation has been mainly due to the continuous update of the certifications standards based on the experience. The experience in the design and operation of RPAS is reduced but can already provide important safety information.

Entorno de supervisión para vehículos aéreos no tripulados

La Universidad Politécnica de Madrid está investigando en el campo de la robótica inteligente, concretamente con el empleo de vehículos aéreos no tripulados (UAV). El objetivo final que se persigue con las investigaciones en este campo es el desarrollo de sistemas capaces de operar de forma más autónoma en un amplio espectro de situaciones. Dentro de este marco, este trabajo fin de grado se centra en el desarrollo de un sistema de supervisión para UAVs que persigue facilitar la monitorización de la ejecución de los procesos y facilitar la inclusión de procedimientos para incrementar la tolerancia a los fallos software. A lo largo de esta memoria se ofrece una revisión del estado del arte en el ámbito de la robótica, haciendo especial hincapié en la robótica inteligente con los métodos de desarrollo existentes y la definición de los distintos marcos de clasificación de la autonomía. También se ofrece una vista a las distintas técnicas existentes para lograr una mayor tolerancia a los fallos software, de entre las que han sido seleccionadas varias de ellas en la realización de este trabajo. Finalmente se describe el sistema de supervisión desarrollado, explicando primero el sistema desde un punto de vista funcional para más adelante adentrarse en la solución técnica elaborada. ---ABSTRACT--- The Universidad Politécnica de Madrid is currently handling several investigations regarding AI robotics, some of them are actually directing their efforts into the use of unmanned aerial vehicles (UAV). The goal in the long term for this investigations is the accomplishment of systems capable of operating autonomously, regardless of the situation the robot is place at. From this perspective, this final degree project focuses on de design and development of a supervision system for UAV’s, which function is to ease the monitoring of executing processes and the inclusion of fault tolerant procedures. During the development of this document a state of the art revision is offered, in which a thorough description through development methods and autonomy definitions for AI robotics is made. It is also offered a look around the different existing techniques for achieving a greater software fault tolerance, from which some of them were chosen for the development of this project. Finally the developed supervision system is described, first from a pure functional perspective of what the system should do and latter with a description of the actual technical solutions developed for this system.

Validação Computacional tendo em vista a Interoperabilidade entre os Veículos Aéreos Não Tripulados

Nos dias de hoje, com o contínuo desenvolvimento e inovação no campo dos UAVs (Unmanned Aerial Vehciles), o mundo já tem como adquiridos os benefícios que estes sistemas podem fornecer. Os benefícios obtidos com a aplicação destes sistemas abrange tanto as forças armadas como industrias e organizações civis. Todas as nações e indústrias querem ter uma cota parte no futuro desta tecnologia. Diferentes UAVs foram desenvolvidos, mas estes, diferem em termos de arquitetura e protocolos de comunicação. Protocolos como o STANAG 4586, MAVLink, JAUS e ROS são só alguns exemplos. A proliferação de informação através destes sistemas e as suas consolas de comando e controlo é uma das principais preocupações, principalmente pelas forças armadas. Uma das principais prioridades é combinar forças de diferentes nações, principalmente pelos membros NATO. A necessidade de uma consola para cada tipo de sistema devido à falta de padronização apresenta assim um problema. É conhecida a necessidade de uma padronização em termos de arquitetura por camadas e de comunicação tendo em vista a interoperabilidade entre estes sistemas. Não existe nenhuma que esteja a ser implementada como documento padrão. Pretende-se que o STANAG 4586 seja o documento padrão para os membros NATO e, por conseguinte, todos os esforços estão direcionados em desenvolver sistemas que o consigam implementar. Os diferentes UAVs já existentes possuem o seu próprio protocolo de comunicação e a alteração de toda a sua estrutura não é fácil. A ideia de fazer uma conversão de linguagens como alternativa surge como uma solução teórica ótima. Utilizando um piloto automático que comunica com a sua consola através da linguagem MAVLink esta dissertação tem como objetivo desenvolver um programa computacional que converta as mensagens MAVLink em STANAG 4586 e estudar se o tempo de conversão é operacionalmente válido tendo em conta os requisitos operacionais dos sistemas.

Desenvolvimento de módulos para planeamento e controlo de execução de missões de veículos aéreos não tripulados

Com a evolução da tecnologia, os UAVs (unmanned aerial vehicles) são cada vez mais utilizados, não só em missões de risco para o ser Humano, mas também noutro tipo de missões, como é o caso de missões de inspeção, vigilância, busca e salvamento. Isto devese ao baixo custo das plataformas assim como à sua enorme fiabilidade e facilidade de operação. Esta dissertação surge da necessidade de aumentar a autonomia dos UAVs do projeto PITVANT (Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não Tripulados), projeto de investigação colaborativa entre a AFA (Academia da Força Aérea) e a FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), relativamente ao planeamento de trajetórias entre dois pontos no espaço, evitando os obstáculos que intersetem o caminho. Para executar o planeamento da trajetória mais curta entre dois pontos, foi implementado o algoritmo de pesquisa A*, por ser um algoritmo de pesquisa de soluções ótimas. A área de pesquisa é decomposta em células regulares e o centro das células são os nós de pesquisa do A*. O tamanho de cada célula é dependente da dinâmica de cada aeronave. Para que as aeronaves não colidam com os obstáculos, foi desenvolvido um método numérico baseado em relações trigonométricas para criar uma margem de segurança em torno de cada obstáculo. Estas margens de segurança são configuráveis, sendo o seu valor por defeito igual ao raio mínimo de curvatura da aeronave à velocidade de cruzeiro. De forma a avaliar a sua escalabilidade, o algoritmo foi avaliado com diferentes números de obstáculos. As métricas utilizadas para avaliação do algoritmo foram o tempo de computação do mesmo e o comprimento do trajeto obtido. Foi ainda comparado o desempenho do algoritmo desenvolvido com um algoritmo já implementado, do tipo fast marching.

Control robusto por modos deslizantes de orden superior aplicado a vehículos aéreos no tripulados.

Tesis (Doctor en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica) UANL, 2013.

Herramienta de interacción persona-ordenador para la operación de vehículos aéreos no tripulados

En la presente memoria se describe el trabajo de diseño de una herramienta de interacción persona-ordenador (HMI) para la operación y supervisión de vehículos aéreos no tripulados (UAV). En primer lugar se hace una introducción a los tipos de UAVs y aplicaciones más comunes, describiendo sus características técnicas y los componentes que integra en el sistema. Mediante la revisión y análisis de los diferentes niveles de autonomía y las diferentes soluciones de presentación existentes en el mercado, se identifican los modos de operación y componentes principales de la interfaz. A continuación se describe el diseño final del software de la interfaz y el proceso de desarrollo de la misma, para ello se hace un análisis previo del software robótico sobre el que opera el sistema abordo del UAV y se establecen los enlaces de comunicación entre cada uno de los componentes y los requisitos de integración con el sistema. Finalmente, se muestran las pruebas que se han realizado para validar la construcción de la herramienta. This report outlines the design and construction of a human-machine interface (HMI), designed to facilitate the supervision and operation with unmanned aerial vehicles (UAV). First, it is described an introduction to UAVs classification and application fields, reviewing the hardware features and software integration components. In order to define the basic components and operation modes in the general design, a brief review of the different presentation solutions and autonomous levels is described. As a result, it is presented the final software design, the components details and the system integration requirements. Finally, it is also concluded with some of the tests that have been conducted to validate the design and construction of the human-machine interface

Da guerra remota: a desumanização do poder aéreo, a interferência e a interação humana no futuro da guerra

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em Relações Internacionais, especialidade de Estudos de Segurança e Estratégia

Drones y el orden legal internacional. Tecnología, estrategia y largas cadenas de acción

The main thesis of this article is that the increasing recourse to the use of unmanned aerial systems in asymmetric warfare and the beginning routinization of U.S. drone operations represent part of an evolutionary change in the spatial ordering of global politics -- Using a heuristic framework based on actor-network theory, it is argued that practices of panoptic observation and selective airstrikes, being in need of legal justification, contribute to a reterritorialization of asymmetric conflicts -- Under a new normative spatial regime, a legal condition of state immaturity is constructed, which establishes a zone of conditional sovereignty subject to transnational aerial policing -- At the same time, this process is neither a deterministic result of the new technology nor a deliberate effect of policies to which drones are merely neutral instruments -- Rather, military technology and political decisions both form part of a long chain of action which has evolved under the specific circumstances of recent military interventions

Operacionalização, no contexto da Força Aérea, de um Sistema Aéreo Autónomo Não-Tripulado Classe II para Vigilância Marítima e Busca e Salvamento

Os sistemas de aeronaves não-tripuladas (UAS-Unmanned Aircraft Systems) são uma realidade nos mais distintos cenários, especialmente nos militares. Atualmente, qualquer força armada credível possui sistemas de armas deste tipo ou planeia adquiri-los a curto prazo. Os militares encontram nesta nova valência do poder aéreo uma forma de ultrapassar alguns desafios colocados, essencialmente, por problemas de restrições económicas, humanas e técnicas. O aumento da mobilidade no transporte marítimo e no transporte aéreo, sobre os oceanos leva a que a zona económica exclusiva possa estar ameaçada, especialmente, a costa portuguesa, justificando-se assim, a existência dos meios necessários à sua vigilância de forma eficiente e eficaz. Para isso o país conta com o apoio Força Aérea Portuguesa, que pretende integrar no seu dispositivo nacional UAS Classe II (peso máximo à descolagem entre os 150kg e os 600kg) e desta forma levar a cabo, juntamente com as outras Unidades Aéreas já existentes, missões de Vigilância Marítima e Busca e Salvamento. Não obstante da capacidade já existente, torna-se relevante que sejam estudadas soluções que possam complementar a missão por ela levada a cabo visando, assim, uma otimização de recursos se possível. Tendo em conta esta moldura enquadradora, a presente dissertação, através de um estudo teórico, tem por objetivo geral analisar a potencial operacionalização de um UAS do tipo Classe II, no contexto das missões da Força Aérea. Para a elaboração deste estudo investigou-se e recolheu-se informações sobre a missão VIMAR e SAR. Para a recolha de dados foram elaboradas entrevistas a alguns militares experientes da organização. Os dados recolhidos possibilitaram a criação e respetiva análise de uma matriz SWOT, assim como tipificar missões, no âmbito da Vigilância Marítima e Busca e Salvamento, nas quais a integração do UAS com as aeronaves tripuladas se revelaria fulcral para o sucesso das operações aéreas. Provado o potencial, termina-se com a enumeração de diversas tarefas, sensores, equipamentos e requisitos que poderão servir de referência aos responsáveis pelo desenho e conceção do UAS.

Planeamento de Trajetória para Operações de Busca e Salvamento com UAVs

Os sistemas autónomos trazem como mais valia aos cenários de busca e salvamento a possibilidade de minimizar a presença de Humanos em situações de perigo e a capacidade de aceder a locais de difícil acesso. Na dissertação propõe-se endereçar novos métodos para perceção e navegação de veículos aéreos não tripulados (UAV), tendo como foco principal o planeamento de trajetórias e deteção de obstáculos. No que respeita à perceção foi desenvolvido um método para gerar clusters tendo por base os voxels gerados pelo Octomap. Na área de navegação, foram desenvolvidos dois novos métodos de planeamento de trajetórias, GPRM (Grid Probabilistic Roadmap) e PPRM (Particle Probabilistic Roadmap), que tem como método base para o seu desenvolvimento o PRM. O primeiro método desenvolvido, GPRM, espalha as partículas numa grid pré-definida, construindo posteriormente o roadmap na área determinada pela grid e com isto estima o trajeto mais curto até ao ponto destino. O segundo método desenvolvido, PPRM, espalha as partículas pelo cenário de aplicação, gera o roadmap considerando o mapa total e atribui uma probabilidade que irá permitir definir a trajetória otimizada. Para analisar a performance de cada método em comparação com o PRM, efetua-se a sua avaliação em três cenários distintos com recurso ao simulador MORSE.

Optimización de Arquitecturas de Procesamiento Digital de Señales en Lógica Programable para Aplicaciones en Vuelos No Tripulados

En dispositivos electrónicos de última generación destinados a funciones de comunicación o control automático, los algoritmos de procesamiento digital de señales trasladados al hardware han ocupado un lugar fundamental. Es decir el estado de arte en el área de las comunicaciones y control puede resumirse en algoritmos basados en procesamiento digital de señales. Las implementaciones digitales de estos algoritmos han sido estudiadas en áreas de la informática desde hace tiempo. Sin embargo, aunque el incremento en la complejidad de los algoritmos modernos permite alcanzar desempeños atractivos en aplicaciones específicas, a su vez impone restricciones en la velocidad de operación que han motivado el diseño directamente en hardware de arquitecturas para alto rendimiento. En este contexto, los circuitos electrónicos basados en lógica programable, principalmente los basados en FPGA (Field-Programmable Gate Array), permiten obtener medidas de desempeño altamente confiables que proporcionan el acercamiento necesario hacia el diseño electrónico de circuitos para aplicaciones específicas “ASIC-VLSI” (Application Specific Integrated Circuit - Very Large Scale Integration). En este proyecto se analiza el diseño y la implementación de aquitecturas electrónicas para el procesamiento digital de señales, con el objeto de obtener medidas reales sobre el comportamiento del canal inalámbrico y su influencia sobre la estimación y el control de trayectoria en vehículos aéreos no tripulados (UAV, Unmanned Aerial Vehicle). Para esto se propone analizar un dispositivo híbrido basado en microcontroladores y circuitos FPGA y sobre este mismo dispositivo implementar mediante algoritmo un control de trayectoria que permita mantener un punto fijo en el centro del cuadro de una cámara de video a bordo de un UAV, que sea eficiente en términos de velocidad de operación, dimensiones y consumo de energía.

Imágenes en infrarrojo cercano de baja altura sobre zonas de interés del PN-MaB Montseny: planificación de campañas de vuelo, procesamiento de imágenes y evaluación: informe ejecutivo

La tecnología civil de pequeños vehículos aéreos no tripulados (miniUAV) puede representar una alternativa de bajo coste para fotografía digital al alcance de los presupuestos normales en aplicaciones de Conservación. Si la calidad y operatividad son suficientes, estos sistemas pueden ser una herramienta importante para adquirir información de alta resolución con la que apoyar la planificación y gestión de espacios protegidos. En este proyecto se han planificado 13 campañas en 7 sitios del Parque Natural del Montseny para el miniUAV ATMOS-4 de CATUAV, se han procesado las imágenes y se ha evaluado tanto la operatividad y calidad de los vuelos como de las imágenes adquiridas.

Planejamento de sistemas de distribuição de energia elétrica através de um modelo de Programação Linear Inteiro Misto (plim)

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS