Desarrollo e implementación de un algoritmo de seguimiento de trayectorias 5D para aeronaves no tripuladas

Abstract

La popularidad de los UASs ha experimentado un gran crecimiento en los últimos años y se espera que su uso siga aumentando en las venideras décadas. Por ello, se prevé una mayor congestión del espacio aéreo. En este contexto, son necesarios mecanismos que garanticen la seguridad de las operaciones y permitan maximizar la ocupación del espacio aéreo. Para poder afrontar esta gestión del tráfico aéreo y garantizar la seguridad, la Unión Europea está desarrollando una solución denominada U-Space, que se encargará de asuntos como planificación de vuelo, resolución de conflictos y seguimiento entre otros. En este contexto, se definen las operaciones basadas en trayectorias 4D (4D-TBO), las cuales añaden la dimensión temporal a cada posición espacial. De esta forma, se define en el plan de vuelo en que punto exacto y en que momento va a estar un UAS. En este proyecto se han dado motivos por los cuales se considera oportuno extender estas operaciones en una dimensión más añadiendo el yaw del UAS, 5D-TBO. A partir de ello, se ha desarrollado un seguidor de trayectorias 5D con el cual poder seguir un plan de vuelo 5D predefinido. Este seguidor de trayectorias 5D está pensado para funcionar con cualquier tipo de aeronave, independientemente de su configuración de rotores o ala. Además, puede funcionar con trayectorias que presenten velocidades cambiantes durante su ejecución. Se ha seguido una metodología que busca priorizar la seguridad de las plataformas y usuarios. Por ello, primeramente se han realizado las simulaciones oportunas hasta considerar que era seguro realizar vuelos reales. Se ha llevado a cabo la validación del trabajo realizado haciendo vuelo en interiores en testbed, haciendo uso de la plataforma Crazyflie 2.1. En estos vuelos y en las simulaciones anteriores, se ha podido validar el trabajo realizado. Además, se han realizado simulaciones en otras plataformas, con las que validar la versatilidad del seguidor.

The popularity of UASs has experienced tremendous growth in recent years and their use is expected to continue increasing in the coming decades. Therefore, it is expected that the airspace will be more congested. In this context, new mechanisms are necessary to guarantee the safety of operations and to maximize the occupation of airspace.In this context, 4D trajectory-based operations (4D-TBO) are defined, which add the temporal dimension to each spatial position. In this way, it is defined in the flight plan at which exact moment the UAS will be at a specific point. In this project reasons have been given why it is considered necessary to extend these operations in one more dimension by adding the UAS yaw, 5D-TBO. For this purpose, a 5D trajectory follower has been developed to be able to follow a predefined 5D flight plan. The 5D follower is designed to work with any type of aircraft, regardless of its rotor or wing configuration. In order to validate the 5D follower, a methodology has been followed that seeks to prioritize the security of platforms and users. For this reason, the simulations were first carried out until it was considered safe to carry out real flights. The validation of the work has been carried out by flying indoors in a testbed, using the Crazyflie 2.1 platform. In these flights and in previous simulations, the project has been validated. In addition, simulations have been carried out on other platforms to check the versatility of the follower.