This paper introduces 3-dimensional path planning and guidance including power model for high altitude long endurance (HALE) UAV using solar energy. Dubins curve used in this paper has advantage of being directly available to apply path planning. However, most of the path planning problems using Dubins curve are defined in a two-dimensional plan. So, we used 3-dimensional Dubins path generation algorithm which was studied by Randal W. Beard. The aircraft model which used in this paper does not have an aileron. So we designed lateral controller by using a rudder. And then, we were conducted path tracking simulations by using a nonlinear path tracking algorithm. We generate examples according to altitude conditions. From the path tracking simulation results, we confirm that the path tracking is well on the flight path. Finally, we were modeling the power system of HALE UAVs and conducting path tracking simulation during 48hours. Modeling the amount of power generated by the solar cell through the calculation of the solar energy yield. And, we show the 48hours path tracking simulation results.
O, Su-Hun;Ha, Chul-Su;Kang, Seung-Eun;Mok, Ji-hyun;Ko, Sangho;Lee, Yong-Won
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.24
no.1
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pp.1-9
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2016
In this paper, we integrate three degree of freedom(3DOF) point-mass model for aircraft and three-dimensional path generation algorithms using dubins curve and nonlinear path tracking law. Through this integration, we apply the path generation algorithm to the path planning, and verify tracking performance and feasibility of using the aircraft 3DOF point-mass model for air traffic management. The accuracy of modeling 6DOF aircraft is more accurate than that of 3DOF model, but the complexity of the calculation would be raised, in turn the rate of computation is more likely to be slow due to the increase of degree of freedom. These obstacles make the 6DOF model difficult to be applied to simulation requiring real-time path planning. Therefore, the 3DOF point-mass model is also sufficient for simulation, and real-time path planning is possible because complexity can be reduced, compared to those of the 6DOF. Dubins curve used for generating the optimal path has advantage of being directly available to apply path planning. However, we use the algorithm which extends 2D path to 3D path since dubins curve handles the two dimensional path problems. Control law for the path tracking uses the nonlinear path tracking laws. Then we present these concomitant simulation results.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.2
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pp.121-128
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2021
In this paper, we propose a path generation and tracking algorithm of an unmanned air vehicle in a two-dimensional plane given the initial and final points. The path generation algorithm using the Dubins curve proposed in this work has the advantage that it can be applied in real time to an unmanned air vehicle. The path tracking algorithm is an algorithm similar to the line-of-sight induction algorithm. In order to efficiently control the direction angle, a gain related to the look ahead distance concept is introduced. Most of UAVs have the limited maximum curvature due to the structural constraints. A numerical simulation is conducted to follow the path generated by the sliding mode controller considering the angular velocity limit. The path generation and tracking performance is verified by comparing the suggested controller with conventional control techniques.
This paper proposes a decision criteria for selecting the shortest path from Dubins set between the initial and final configurations of a car-like robot. The suggested scheme is a very simple and computational savings without explicitly calculating the candidate paths and having a complicated decision table. Equations for calculating the shortest path are derived in simple form with coordinate transform and defining standard forms.
O, Su-Heon;Ha, Cheol-Su;Gang, Seung-Eun;Go, Sang-Ho;Lee, Yong-Won
한국항공운항학회:학술대회논문집
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2015.11a
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pp.247-251
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2015
본 논문에서는 항공기의 3자유도 질점 모델과 Dubins 곡선을 이용한 3차원 경로생성 알고리즘 및 비선형 경로추종 유도기법을 통합하여 항공기의 경로계획을 위해 적용한 경로생성 알고리즘을 검증하고, 경로추종 성능과 항공교통관리를 위한 시뮬레이션에 3자유도 질점 항공기 모델 사용의 타당성을 확인하였다. 최적경로 생성을 위해 사용된 Dubins 곡선의 경우 계산속도가 빠르고 경로계획에 바로 적용이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 주로 2차원 상의 경로문제를 다루기 때문에 이를 3차원 비행경로로 확장시킨 알고리즘을 사용하였다. 경로추종을 위한 유도제어법칙은 Specific Acceleration 명령을 통해 자세를 제어하는 비선형 경로추종 유도법칙을 활용하였으며, 이에 대한 결과를 확인하였다.
Dubins showed that any shortest path of a car-like robot consists of exactly three path segment which are either arcs of circles of radius r(denoted C), or straight line segments(denoted S). Possible six types classified into two families, i.e. CSC and CCC. CSC includes 2 types(LRL and RLR) and CSC includes 4 types(LSL, RSR, LSR, RSL). This paper proposes new formulae for CSC family to find the shortest smooth path between the initial and final configurations of a car-like robot. The formulae is used for finding connection points explicitly between C\longrightarrowS and S\longrightarrowC which are necessary for real applications. The formulae have simple forms mainly because they are transformed into origin of their original coordinates of initial and target configuration, and derived from a standard forms which are a representative configuration of LSL and LSR type respectively. The proposed formulae, which are derived from the standard forms, are simple and new method.
A point-wise car-like robot moving in the plane changes its direction with a constraint on turning curvature. In this paper, we consider the problem of computing a shortest path of bounded curvature between a prescribed initial configuration (position and orientation) and a polygonal goal, and propose a new geometric proof showing that the shortest path is either of type CC or CS (or their substring), where C specifies a non-degenerate circular arc and S specifies a non-degenerate straight line segment. Based on the geometric property of the shortest path, the shortest path from a configuration to a polygonal goal can be computed in linear time.
Woo, Ji Won;Park, Sang Yun;Nam, Gyeong Rae;Go, Jeong Hwan;Kim, Jae Kyung
Journal of Advanced Navigation Technology
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v.26
no.5
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pp.304-311
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2022
Although the SEAD(suppression to enemy air defenses) mission is a strategically important task in modern warfare, the high risk of direct exposure to enemy air defense assets forces to use of unmanned aerial vehicles. this paper proposes a path planning algorithm for SEAD mission for an unmanned aerial vehicle and a method for calculating the mission effectiveness on the planned path. Based on the RRT-based path planning algorithm, a low-altitude ingress/egress flight path that can consider the enemy's short-range air defense threat was generated. The Dubins path-based Intercept path planning technique was used to generate a path that is the shortest path while avoiding the enemy's short-range anti-aircraft threat as much as possible. The ingress/intercept/egress paths were connected in order. In addition, mission effectiveness consisting of fuel consumption, the survival probability, the time required to perform the mission, and the target destruction probability was calculated based on the generated path. The proposed techniques were verified through a scenario.
Path driving tests are necessary for the development of self-driving cars or robots. These tests are being conducted in simulation as well as real environments. In particular, for development using reinforcement learning and deep learning, development through simulators is also being carried out when data of various environments are needed. To this end, it is necessary to utilize not only manually designed paths but also various randomly and automatically designed paths. This test site design can be used for actual construction and manufacturing. In this paper, we introduce a method for randomly generating a driving test path consisting of a combination of arcs and segments. This consists of a method of determining whether there is a collision by obtaining the distance between an arc and a line segment, and an algorithm that deletes part of the path and recreates an appropriate path if it is impossible to continue the path.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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