Adaptive Bahnplanung für unbemannte Flugzeuge mit automatischer Bahnführung

Abstract

Insbesondere kleine unbemannte Flugzeuge unterliegen durch ihren Einsatz in vielfältigen Einsatzszenarien häufig kurzfristigen Konfigurationsänderungen. So werden beispielsweise spezielle Nutzlasten angehängt, Batterien und Luftschrauben gewechselt oder andere modulare Systemkomponenten getauscht. Durch diese Änderungen wird zwar die Flexibilität kleiner unbemannter Luftfahrzeuge ausgenutzt, jedoch beeinflussen Änderungen mitunter auch die Flugbereichsgrenzen. Darüber hinaus beeinflussen Strukturschäden, Systemfehler, Vereisung oder andere Wettereinflüsse die Flugbereichsgrenzen. In der Folge sind die Flugbereichsgrenzen häufig unbekannt oder mit Unsicherheiten behaftet. Ein autonom agierendes, unbemanntes Flugzeug sollte jedoch trotz dieser Unsicherheiten einer Referenzbahn mit begrenzten Ablagen folgen können. In dieser Arbeit wird die Anpassung des kinematischen Bewegungsmodells der automatischen Bahnplanung unbemannter Flugzeuge als Reaktion auf veränderliche oder vorab unbekannte Flugbereichsgrenzen untersucht. Die Forschungshypothese ist, dass lediglich durch die Ermittlung weniger Parameter des kinematischen Bewegungsmodells adäquate Referenzbahnen geplant werden können, ohne die Ursachen der Änderungen der Flugbereichsgrenzen näher einzugrenzen. Dazu werden die Modellparameter des kinematischen Bewegungsmodells, welches in der Bahnplanung verwendet wird, während des Fluges automatisch überwacht und aktualisiert. Diese Ermittlung der Modellparameter soll ohne eine zusätzliche Instrumentierung oder zusätzliche Anregungen des unbemannten Flugzeugs auskommen. Im Falle einer Parameteränderung werden Referenzbahnen während des Fluges, entsprechend dem aktualisierten kinematischen Bewegungsmodell, neu geplant, sodass einerseits eine Bahnfolge der Referenzbahn mit begrenzten Ablagen möglich ist und dennoch die zur Verfügung stehenden Flugbereichsgrenzen ausgenutzt werden. Die Teilsysteme zur Bahnplanung und zur Überwachung und Ermittlung der Modellparameter werden anhand von simulierten und Flugversuchsdaten bewertet. Die Bewertung des Gesamtsystems erfolgt mithilfe einer Simulation des unbemannten Flugzeugs Prometheus.