Trajectory planning is a key technology for unmanned aerial vehicles (UAVs) to achieve complex flight missions. In this paper, a terminal constraints conversion-based Gauss pseudospectral trajectory planning optimization method is proposed. Firstly, the UAV trajectory planning mathematical model is established with considering the boundary conditions and dynamic constraints of UAV. Then, a terminal constraint handling strategy is presented to tackle terminal constraints by introducing new penalty parameters so as to improve the performance index. Combined with Gauss-Legendre collocation discretization, the improved Gauss pseudospectral method is given in detail. Finally, simulation tests are carried out on a four-quadrotor UAV model with different terminal constraints to verify the performance of the proposed method. Test studies indicate that the proposed method performances well in handling complex terminal constraints and the improvements are efficient to obtain better performance indexes when compared with the traditional Gauss pseudospectral method.
This paper applies the icing effect and wing rock uncertainty to small unmanned aerial vehicles (UAVs), which have recently attracted attention. Attitude control simulations were performed using various control methods. First, the selected platform, the Skywalker X8 UAV with blended wing-body (BWB) configuration, was linearized for both its baseline form, and a form with applied icing effects. Subsequently, using MATLAB SimulinkⓇ, simulations were conducted for roll and pitch attitude control of the baseline configuration and the configuration with icing effects, employing disturbance observer-based PID control, model reference adaptive control, and model predictive control. Furthermore, the study introduced wing rock uncertainty simultaneously with icing effects on the configured model-a combination not previously explored in existing research-and conducted simulations. The performance of each control Method was compared and analyzed.
Unlike manned aerial vehicles, because an unmanned aerial vehicle (UAV) has a limitation which allows only remote test during flights, it is very important to maintain the high reliability of the vehicle through pre- and post-flight tests. To this end, this paper designed an air vehicle test equipment (AVTE) for UAV which meets the derived hardware and software requirements. Based on this design, the AVTE was implemented in accordance with the actual test scenario. The implemented AVTE has the advantage of reducing the time and cost required for the test of UAV by allowing the operator to perform automatic or manual tests for necessary parts in various situations such as before and after starting engine and pre- and post-flight tests. Furthermore, this study is expected to help with the design and implementation of AVTE for other UAVs.
When new inertial navigation systems for an unmanned aerial vehicles are being developed and tested, construction of a fault-tolerant system is required because of various types of hazards caused by S/W and H/W faults. In this paper, a new fault-tolerant flight system that can be deployed into one or more FCCs (Flight Control Computers) is introduced, based on a partition scheme wherein each OFP (Operational Flight Program) partition uses an independent CPU and memory slot. The new fault-tolerant navigation system utilizes one or two FCCs, and executes a primary navigation OFP under development and a stable shadow OFP partition on each node. The fault-tolerant navigation system based on a single FCC can be used for UAVs with small payloads. For larger UAVs, an additional FCC with two OFP partitions can be used to provide both H/W and S/W fault-tolerance. The developed fault-tolerant navigation system significantly removes various hazards in testing new navigation S/Ws for UAVs.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.12
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pp.4682-4705
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2020
The Unmanned Aerial Vehicles (UAV) networks consisting of low-cost UAVs are very vulnerable to smart jammers that can choose their jamming policies based on the ongoing communication policies accordingly. In this article, we propose a novel cloud and edge-aided mobile communication scheme for low-cost UAV network against smart jamming. The challenge of this problem is to design a communication scheme that not only meets the requirements of defending against smart jamming attack, but also can be deployed on low-cost UAV platforms. In addition, related studies neglect the problem of decision-making algorithm failure caused by intermittent ground-to-air communication. In this scheme, we use the policy network deployed on the cloud and edge servers to generate an emergency policy tables, and regularly update the generated policy table to the UAVs to solve the decision-making problem when communications are interrupted. In the operation of this communication scheme, UAVs need to offload massive computing tasks to the cloud or the edge servers. In order to prevent these computing tasks from being offloaded to a single computing resource, we deployed a lightweight game algorithm to ensure that the three types of computing resources, namely local, edge and cloud, can maximize their effectiveness. The simulation results show that our communication scheme has only a small decrease in the SINR of UAVs network in the case of momentary communication interruption, and the SINR performance of our algorithm is higher than that of the original Q-learning algorithm.
An, Phil-Gyun;Kim, Sang-Bum;Cho, Suk-Yeong;Eom, Seong-Jun;Kim, Young-Gyun;Cho, Han-Sol
Journal of the Korean Institute of Rural Architecture
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v.23
no.4
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pp.1-12
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2021
Recently, the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) is increasing in the field of land information acquisition and terrain exploration through high-altitude aerial photography. High-altitude aerial photography is suitable for large-scale geographic information collection, but has the disadvantage that it is difficult to accurately collect small-scale geographic information. Therefore, this study used low-altitude UAV to monitor changes in small rural spaces around rural resources, and the results are as follows. First, the low-altitude aerial imagery had a very high spatial resolution, so it was effective in reading and analyzing topographic features. Second, an area with a large number of aerial images and a complex topography had a large amount of point clouds to be extracted, and the number of point clouds affects the three-dimensional quality of rural space. Third, 3D mapping technology using point cloud is effective for monitoring rural space and rural resources because it enables observation and comparison of parts that cannot be read from general aerial images. In this study, the possibility of rural space analysis of low-altitude UAV was verified through aerial photography and analysis, and the effect of 3D mapping on rural space monitoring was visually analyzed. If data acquired by low-altitude UAV are used in various forms such as GIS analysis and topographic map production it is expected to be used as basic data for rural planning to maintain and preserve the rural environment.
This study presents an experiment investigation on natural convection heat transfer of air-cooling Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) in a enclosure system for unmanned aerial vehicles (UAVs). Considered are replacing fuel cell stack with Aluminum block for heat generating inside a enclosure chamber. The volume ratio of fuel cell stack and chamber for simulation to the actual size of aerial vehicle is 1 to 15. The parameters considered for experimental study are the environmental temperature range from $25^{\circ}C$ to $-60^{\circ}C$ and the block heat input of 10 W, 20 W and 30 W. Effect of the thermal conductivity of the block and power level on heat transfer in the chamber are investigated. Experimental results illustrate the temperature rise at various locations inside the chamber as dependent upon heat input of fuel cell stack and environmental temperature. From the results, dimensionless correlation in natural convection was proposed with Nusselt number and Rayleigh number for designing air-cooling PEMFC powered high altitude long endurance (HALE) UAV.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.693-698
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2018
This paper proposes a vehicle detection method for parking areas using unmanned aerial vehicles (UAVs) and using YOLOv2, which is a recent, known, fast, object-detection real-time algorithm. The YOLOv2 convolutional network algorithm can calculate the probability of each class in an entire image with a one-pass evaluation, and can also predict the location of bounding boxes. It has the advantage of very fast, easy, and optimized-at-detection performance, because the object detection process has a single network. The sliding windows methods and region-based convolutional neural network series detection algorithms use a lot of region proposals and take too much calculation time for each class. So these algorithms have a disadvantage in real-time applications. This research uses the YOLOv2 algorithm to overcome the disadvantage that previous algorithms have in real-time processing problems. Using Darknet, OpenCV, and the Compute Unified Device Architecture as open sources for object detection. a deep learning server is used for the learning and detecting process with each car. In the experiment results, the algorithm could detect cars in a dense area using UAVs, and reduced overhead for object detection. It could be applied in real time.
While images and aerial photographs using conventional satellites have the advantage of providing data in a vast area, there is a difficult aspect: the limitations of filming and processing data in a particular region at a desired time and the repetitive filming of a short cycle. With the development of many new technologies to overcome these shortcomings, methods of building cadastral information are changing rapidly. In particular, unmanned aerial vehicles that deploy cadastral information quickly and accurately using UAV have increased interest in technology that obtains cadastral information. Therefore, the purpose of this study was to suggest the application of cadastral measurement tasks in areas subject to cadastral measurement using UAV. To this end, the Commission decided to compare and analyze the accuracy of high-resolution images produced by observation area and apply them to existing cadastral work using verified images and cadastral data. In this study, we will analyze the applicability of UAVs to their cadastral survey by analyzing the current status of legislation related to cadastral survey and the technical characteristics of UAVs and propose technological, legal and institutional improvement measures for introduction based on them.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.11
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pp.568-573
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2018
UAV(Unmanned Aerial Vehicle) is widely used in space information construction, agriculture, fisheries, weather observation, communication, and entertainment fields because they are cheaper and easier to operate than manned aircraft. In particular, UAV have attracted much attention due to the speed and cost of data acquisition in the field of spatial information construction. However, ortho image images produced using UAVs are distorted in buildings and forests. It is necessary to solve these problems in order to utilize the geospatial information field. In this study, fixed wing, rotary wing, vertical take off and landing type UAV were used to detect distortions of ortho image of UAV under various conditions, and various object areas such as construction site, urban area, and forest area were captured and analysed. Through the research, it was found that the redundancy of the unmanned aerial vehicle image is the biggest factor of the distortion phenomenon, and the higher the flight altitude, the less the distortion phenomenon. We also proposed a method to reduce distortion of orthoimage by lowering the resolution of original image using DTM (Digital Terrain Model) to improve distortion. Future high-quality unmanned aerial vehicles without distortions will contribute greatly to the application of UAV in the field of precision surveying.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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