Robuste Positionsstützung von automatisierten fliegenden Systemen durch Referenzmarker für die Präzisionslandung sowie Ortung in Bereichen ohne GNSS-Empfang
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Endres Kathe
Softwareentwickler für Unmanned Aircraft Systems IAV GmbH, Gifhorn. Hat Maschinenbau Vertiefungsrichung Luft- und Raumfahrttechnik im Bachelor und Mechatronik im Master an der Technischen Universität Braunschweig studiert. Seine Interessen liegen in der Bildverarbeitung auf Drohnen für zivile Anwendungen für die Interaktion mit der Umgebung, der Objekterkennung und –verfolgung, Hindernisvermeidung, präzises Landen und Ortung im Raum.
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Amilcar do Carmo Lucas
Fachreferent für Unmanned Aircraft Systems IAV GmbH, Gifhorn. Amilcar hat Robotik und Regelungstechnik am Instituto Superior Técnico an der Technischen Universität Lissabons studiert. Hat an der Technische Universität Braunschweig an Architekturen für digitalen Bildverarbeitung Promoviert. Ist sehr engagiert an Open-Sourcen Projekten: Ardupilot, Mavlink, Mavros. Seine Interessen sind M2M System Integration von Robotern, und intelligente, adaptive UAS.
Teamleiter „Product Innovations“ IAV GmbH, Gifhorn. Enrico Neumann ist Teamleiter eines interdisziplinären Teams. In seinem Team werden zum einen Algorithmen zum automatisierten Betrieb von unbemannten Systemen und zum anderen Anwendungssoftware als Softwareprodukt entwickelt.
Abteilungsleiter System Calibration & Software Products IAV GmbH, Gifhorn. Pedro Isaac hat diverse Positionen als Projekt- und Linienleiter im Umfeld der Embedded-Software-Entwickung für Automotive- und Unmanned-Aircraft-Systeme bedient. Seine Interessen liegen in der Entwicklung von neuen Methoden für den BVLOS-Einsatz von Unmanned-Aircraft-Systemen. Eins dieser Projekte hat kürzlich den „Outstanding Security Performance Award“ in der Kategorie „Outstanding Security Partnership“ gewonnen.
https://de.theospas.com/winners-2020/
Zusammenfassung
Eine besonders kritische Flugphase bei der Automatisierung von unbemannten automatisch fliegenden Systemen (UAV) stellt das Landen dar. Je nach Größe des nutzbaren Flugkorridors und des Landeplatzes sind hier Genauigkeiten im Zentimeterbereich an die Wiederholbarkeit der Flugbahn und Landeposition gefordert. Elektromagnetische Störungen können die Nutzung herkömmlicher Systeme wie GNSS besonders im Landebereich erschweren. Das von IAV entwickelte optische Ortungssystem stellt eine ganzheitliche Entwicklung dar, die über den Aufbau der Referenzmarker, die Einbindung und hardwareseitige Steuerung der Kamera, die Bildverarbeitung und Positionsberechnung bis hin zu der Integration in das Flugsteuerungssystem reicht. Durch den spezifischen Aufbau unseres Systems wird eine hohe Robustheit gegenüber Änderungen der Umgebungsbedingungen erreicht. Zusätzlich wird die Integrität des Systems durch die Schätzung der (Positions-)Genauigkeiten und der Rückmeldung des Zustandes des Gesamtsystems sichergestellt. Durch das Kalibrieren der Landemarkierungen und die Integration des erweiterten Kalman Filters ist zusätzlich eine absolute Ortung im Raum möglich. Die Entwicklung und Tests des Systems erfolgten sowohl in der Simulation als auch unter realen Flugbedingungen.
Abstract
Landing represents a particularly critical flight phase in automation of unmanned aerial vehicles (UAV). Depending on the size of the usable flight corridor and the landing site, accuracies in the centimeter range are required for the repeatability of the flight path and landing position. Also electromagnetic disturbances can hinder the use of conventional systems like GNSS especially in the landing areas. The comprehensive landing system developed by IAV consists of an optical system that includes the landing platform, the integration and hardware control of the camera, the image processing and position calculation to the integration into the flight control system. This results in a high level of robustness against changes of the environment. System integrity is ensured by estimating the (position) accuracy and reporting the status of the overall system. Through calibration of the landing tags and the usage of the Extended Kalman Filter, an absolute localization is enabled. The system was developed and tested both in simulation and under real flight conditions.
Über die Autoren
Softwareentwickler für Unmanned Aircraft Systems IAV GmbH, Gifhorn. Hat Maschinenbau Vertiefungsrichung Luft- und Raumfahrttechnik im Bachelor und Mechatronik im Master an der Technischen Universität Braunschweig studiert. Seine Interessen liegen in der Bildverarbeitung auf Drohnen für zivile Anwendungen für die Interaktion mit der Umgebung, der Objekterkennung und –verfolgung, Hindernisvermeidung, präzises Landen und Ortung im Raum.
Fachreferent für Unmanned Aircraft Systems IAV GmbH, Gifhorn. Amilcar hat Robotik und Regelungstechnik am Instituto Superior Técnico an der Technischen Universität Lissabons studiert. Hat an der Technische Universität Braunschweig an Architekturen für digitalen Bildverarbeitung Promoviert. Ist sehr engagiert an Open-Sourcen Projekten: Ardupilot, Mavlink, Mavros. Seine Interessen sind M2M System Integration von Robotern, und intelligente, adaptive UAS.
Teamleiter „Product Innovations“ IAV GmbH, Gifhorn. Enrico Neumann ist Teamleiter eines interdisziplinären Teams. In seinem Team werden zum einen Algorithmen zum automatisierten Betrieb von unbemannten Systemen und zum anderen Anwendungssoftware als Softwareprodukt entwickelt.
Abteilungsleiter System Calibration & Software Products IAV GmbH, Gifhorn. Pedro Isaac hat diverse Positionen als Projekt- und Linienleiter im Umfeld der Embedded-Software-Entwickung für Automotive- und Unmanned-Aircraft-Systeme bedient. Seine Interessen liegen in der Entwicklung von neuen Methoden für den BVLOS-Einsatz von Unmanned-Aircraft-Systemen. Eins dieser Projekte hat kürzlich den „Outstanding Security Performance Award“ in der Kategorie „Outstanding Security Partnership“ gewonnen. https://de.theospas.com/winners-2020/
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