Konzeption und Integration eines Algorithmus zur Höhenmessung und Bodenkontakterkennung für die automatische Hubschrauberlandung

Kurzfassung

Die automatische Landung einer unbemannten Helikopterdrohne auf einer bewegten Landeplattform ist für viele Anwendungsgebiete, wie z.B. für die Versorgung von Offshore-Windparks mit Drohnen oder für den Drohneneinsatz vom Schiffsdeck aus, eine hilfreiche, wenn nicht sogar benötigte Fähigkeit. Dazu werden neben Regelungs- und Steuerungsalgorithmen zuverlässige Informationen über die aktuelle Fluglage und Position benötigt. Für die Landung ist insbesondere die aktuelle Flughöhe über der Landeplattform interessant. Die Sensoren, die dazu genutzt werden, diese Höhe zu messen, liefern nicht in jedem Fall korrekte Daten. Zum Beispiel messen an der Drohne befestigte Distanzsensoren nach Lageänderungen nicht die Höhe senkrecht nach unten. Neben der Höhe ist auch die Detektion eines Bodenkontakts eine wichtige Information. In dieser Arbeit wird ein Konzept für einen Algorithmus entwickelt, der auf der Basis von Sensordaten die aktuelle Höhe über der Landeplattform berechnet und einen Bodenkontakt detektieren kann. Das ausgewählte Konzept ist die Verwendung eines nach unten ausgerichteten Distanzsensors, dessen Messungen mit den Informationen über die Lage des Helikopters und der Landeplattform korrigiert werden. Als Distanzsensor wird dafür ein LIDAR-Sensor (Ligth imaging, detection and ranging - Methode zur Abstandsbestimmung durch Lichtlaufzeiten) verwendet, der ausführlichen Tests unterzogen wird. Eine bereits bestehende Landungsdetektion wird so angepasst, dass die korrigierten Höhenmessungen sowie die Ergebnisse eines in dieser Arbeit entwickelten Kalman-Störgrößenschätzers verwendet werden. Anschließend wird dieses Konzept in eine Helikopterdrohne integriert.