Software architecture for low-cost UAVs: an application considering automatic target tracking mission scenarios

Alves, João Filipe Gomes Moreira

Publication

Software architecture for low-cost UAVs: an application considering automatic target tracking mission scenarios

2022-05Master thesis

dc.contributor.author	Alves, João Filipe Gomes Moreira
dc.date.accessioned	2024-05-08T10:40:41Z
dc.date.available	2024-05-08T10:40:41Z
dc.date.issued	2022-05
dc.description	ASPAL/PILAV 140667-B João Filipe Gomes Moreira Alves Examination Committee Chairperson: MGEN/ENGEL 119923 -E Rui Fernando da Costa Ferreira Supervisor: MAJ/ENGEL 132274-F Tiago Miguel Monteiro de Oliveira Co-Supervisors: CAP/ENGEL 133004-H Gonçalo Charters Santos Cruz; CAP/ENGEL 136787-A Diogo Alexandre Oliveira Silva Member of the Committee: Doctor Ricardo Adriano Ribeiro	pt_PT
dc.description.abstract	In recent years, advances in different technological areas enabled the development of low-cost, yet efficient Unmanned Air Vehicles (UAVs) for a broad spectrum of applications. The Air Force Academy Research Centre (CIAFA) is currently exploring new open-source software/hardware options, allowing for rapid prototyping and flight testing of control algorithms for UAVs. This thesis aims the development of a software architecture based on the hardware developed by Silva et al. (2020), considering open-source software tools, available in the scientific community. Once the software architecture is outlined, an autonomous ground target tracking mission is considered, thus illustrating the effectiveness of the proposed solution. In order to achieve the thesis' objectives, a literature review is carried out. First, a brief review of the hardware architecture from Silva et al. (2020) is presented, outlining the software constraints for each hardware component. Then, a review of the different available software components mostly used by the academic community is performed. Afterwards, the hardware/software architecture is proposed, detailing the software tools chosen to develop the CIAFA's software architecture. In particular, the proposed software architecture is comprised of five separate software modules: Control and Guidance, Target Estimate, Target Geolocation, Target Detector and Video Acquisition. Each module is validated independently, followed by a closed-loop control system validation. This simulation aims to reproduce the target tracking mission proposed in this research. Results show that using the proposed architecture for the closed-loop control system, a fixed-wing UAV is able to autonomously detect, estimate and follow a ground target with good performance.	pt_PT
dc.description.abstract	Nos últimos anos, os avanços em diferentes áreas tecnológicas permitiram o desenvolvimento de veículos não tripulados (UAVs) de baixo custo mas eficientes para um amplo espectro de aplicações. O Centro de Investigação da Academia da Força Aérea (CIAFA) atualmente explora novas opções de software e hardware de código-fonte aberta que permitam rápida prototipagem e testes de voo de UAVs. Esta dissertação visa desenvolver uma arquitetura de software baseada no hardware desenvolvido por Silva et al. (2020), considerando as ferramentas de software de código-fonte aberta disponíveis na comunidade científica. Uma vez delineada a arquitetura de software, é considerada uma missão autónoma de seguimento de um alvo terrestre, ilustrando a eficácia da solução proposta. A fim de alcançar os objetivos da tese, é efetuada uma revisão bibliográfica. Primeiro, realiza-se uma breve revisão da arquitetura de hardware de Silva et al. (2020), delineando os constrangimentos de software. Em seguida, é apresentada uma revisão dos diferentes componentes de software disponíveis e mais utilizados pela comunidade académica. Posteriormente, é proposta a arquitetura de hardware/software, detalhando as ferramentas de software escolhidas para desenvolver a arquitetura de software. A arquitetura proposta é composta por cinco módulos individuais: Control and Guidance, Target Estimate, Target Geolocation, Target Detector and Video Acquisition. Primeiramente, cada módulo é validado de forma independente e seguidamente como simulação em circuito fechado. Esta simulação visa reproduzir a missão de vigilância proposta nesta dissertação. Os resultados mostram que a implementação da arquitetura proposta num sistema de controlo em circuito fechado com um UAV de asa-fixa, é capaz de detetar, localizar e seguir autonomamente um alvo, com bom desempenho.	pt_PT
dc.description.version	N/A	pt_PT
dc.identifier.citation	Alves, J. F. G. M. (2022). Software architecture for low-cost UAVs: An application considering automatic target tracking mission scenarios (Dissertation to obtain the Master of Science Degree in Military and Aeronautical Sciences – Aviator Pilot). Academia da Força Aérea [AFA], Sintra.	pt_PT
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10400.26/50790
dc.language.iso	eng	pt_PT
dc.publisher	Academia da Força Aérea	pt_PT
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/	pt_PT
dc.subject	Software architecture	pt_PT
dc.subject	Unmanned air systems	pt_PT
dc.subject	YOLOv3	pt_PT
dc.subject	Moving path following	pt_PT
dc.subject	PX4 autopilot	pt_PT
dc.subject	Gazebo	pt_PT
dc.subject	Arquitetura de software	pt_PT
dc.subject	Sistemas não tripulados	pt_PT
dc.subject	Piloto automático	pt_PT
dc.subject	PX4	pt_PT
dc.title	Software architecture for low-cost UAVs: an application considering automatic target tracking mission scenarios	pt_PT
dc.title.alternative	Arquitetura de software para UAVs de baixo custo: uma aplicação considerando cenários de missão de rastreamento automático de alvos	pt_PT
dc.type	master thesis
dspace.entity.type	Publication
oaire.citation.conferencePlace	Sintra	pt_PT
rcaap.rights	openAccess	pt_PT
rcaap.type	masterThesis	pt_PT