Holdings: Konzeption eines automatisierten radarbasierten Kollisionsvermeidungssystems für ein unbemanntes Kippflügel-Luftfahrtsystem

Konzeption eines automatisierten radarbasierten Kollisionsvermeidungssystems für ein unbemanntes Kippflügel-Luftfahrtsystem: = Conception of an automated and radar-based collision avoidance system for a small unmanned tilt-wing aircraft system

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Bibliographic Details
Main Author:	Ben, Charles (Author)
Format:	Thesis Book
Language:	German
Published:	Düren Shaker Verlag 2019
Edition:	[1. Auflage]
Series:	Berichte aus der Luft- und Raumfahrttechnik
Subjects:	Unbemanntes Flugzeug Flugregelung Radarsensor Kollisionsschutz Kippflügelflugzeug Integration in den Luftraum Kollisionsvermeidung Radartechnik unbemanntes Luftfahrtsystem Hochschulschrift
Online Access:	Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	xxiii, 190, xiii Seiten Illustrationen 21 cm, 350 g
ISBN:	9783844067194 3844067191

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adam_text	I INHALTSVERZEICHNIS I INHALTSVERZEICHNIS .............................................................................................................. I II FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN ................................................................................... V III ABBILDUNGSVERZEICHNIS ................................................................................................... XV IV TABELLENVERZEICHNIS ................................................................................................. XXIII 1 EINLEITUNG UND MOTIVATION ................................................................................................. 1 1.1 HERAUSFORDERUNGEN FUER EINE AUTOMATISIERTE KOLLISIONSVERMEIDUNG ............................. 1 1.2 ZIELSETZUNG UND AUFBAU DER ARBEIT .............................................................................. 4 2 ANWENDUNGSHINTERGRUND: DETECT-AND-AVOID FUER UNBEMANNTE LUFTFAHRTSYSTEME ..... 7 2.1 AUSGANGSLAGE: NUTZUNG VON UNBEMANNTEN LUFTFAHRTSYSTEMEN INNERHALB DER LUFTRAUMSTRUKTUR DEUTSCHLANDS ............................................................................................... 7 2.2 RAHMENBEDINGUNGEN FUER DIE KOLLISIONSVERMEIDUNG ................................................ 11 2.3 ANFORDERUNGSPROFIL AN DAS KOLLISIONSVERMEIDUNGSSYSTEM ....................................... 15 3 KIPPFLUEGEL-REFERENZKONFIGURATION ................................................................................. 17 3.1 GRUNDLEGENDE MERKMALE EINER KIPPFLUEGEL-KONFIGURATION ......................................... 17 3.2 TECHNISCHE DATEN DES KIPPFLUEGEL-REFERENZKONFIGURATION ........................................ 19 3.3 FLUGMECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DER KIPPFLUEGEL-KONFIGURATION .............................. 22 3.3.1 HORIZONTALFLUG: STARRFLUEGLERVERHALTEN ................................................................ 23 3.3.2 VERTIKALFLUG: DREHFLUEGLERVERHALTEN ...................................................................... 24 3.3.3 TRANSITIONSFLUG: HYBRIDVERHALTEN ....................................................................... 24 3.4 BESTEHENDES FLUGFUEHRUNGSSYSTEM DES ERPROBUNGSTRAEGERS ..................................... 25 3.4.1 B-SPLINES BASIERTER NAVIGATIONSREGLER MIT INTEGRIERTER BAHNREGELUNG .............. 26 3.4.2 FLUGZUSTANDSREGELUNG ...................................................................................... 30 4 AUSWAHL EINER SENSORIK ZUR DETEKTION ANDERER LUFTRAUMTEILNEHMER ....................... 33 4.1 BEWERTUNG EXISTIERENDER NICHT-KOOPERATIVER SENSORTECHNOLOGIEN ........................... 33 4.1.1 MASCHINELLES SEHEN ZUR UMWELTWAHRNEHMUNG ............................................... 33 4.1.2 AKUSTISCHE UMWELTWAHRNEHMUNG ..................................................................... 34 4.1.3 RADARBASIERTE UMWELTWAHRNEHMUNG .............................................................. 35 4.2 GRUNDLEGENDES FUNKTIONSPRINZIP DER AUSGEWAEHLTEN RADARTECHNOLOGIE ................. 37 4.3 EIGENSCHAFTEN DES VERWENDETEN DAUERSTRICH-RADARSYSTEMS ................................. 41 4.4 EVALUIERUNG DES VERWENDETEN DAUERSTRICH-RADARSYSTEMS ...................................... 51 5 AUSLEGUNG EINER RADARBASIERTEN UMGEBUNGSUEBERWACHUNG ..................................... 57 5.1 STOCHASTISCHE FUNDAMENTALGROESSEN .......................................................................... 57 5.2 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG DER NORMALVERTEILUNG ............................................... 59 5.3 PROZESSBESCHREIBUNG DER OBJEKTDETEKTION ............................................................... 60 5.4 RAUSCHCHARAKTERISIERUNG DES GENUTZTEN DAUERSTRICH-RADARSYSTEMS ..................... 62 5.5 KONZEPTION UND UMSETZUNG EINER ADAPTIVEN SCHWELLENWERTVORGABE ..................... 64 5.6 IMPLEMENTIERUNG EINES TRACKINGVERFAHRENS ZUR POSITIONS- UND GESCHWINDIGKEITSSCHAETZUNG DETEKTIERTER LUFTRAUMTEILNEHMER ............................................. 71 5.6.1 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG DES KALMAN-FILTERS .......................................... 72 5.6.2 STRUKTUR DES KALMAN-FILTERS ZUR OBJEKTVERFOLGUNG ........................................... 76 5.6.3 KONTROLLINSTANZ ZUR OBJEKTVERFOLGUNG ................................................................ 82 5.7 AUFBAU DER MITFUEHRBAREN RADARBASIERTEN LUFTRAUMUEBERWACHUNG AN BORD DES ERPROBUNGSTRAEGERS .......................................................................................................... 84 6 ENTWICKLUNG EINES AUTOMATISIERTEN KOLLISIONSVERMEIDUNGSSYSTEMS ..................... 89 6.1 AUSWAHL EINES GEEIGNETEN BAHNVORGABEANSATZES ZUR KOLLISIONSVERMEIDUNG ........ 89 6.2 ENTWICKLUNG DES PN-REGELGESETZES DER BAHNVORGABE ZUR DREIDIMENSIONALEN KOLLISIONSVERMEIDUNG ............................................................................................................. 92 6.2.1 DEFINITION EINER SICHERHEITSSPHAERE ................................................................... 92 6.2.2 KINEMATISCHE ANALYSE DES KOLLISIONSSZENARIOS .............................................. 93 6.2.3 DEFINITION DER NOTWENDIGEN RANDBEDINGUNGEN ZUR KOLLISIONSVERMEIDUNG ..... 96 6.3 MODELLIERUNGSANSATZ DES SICHERHEITSSPHAERENRADIUS ............................................... 97 6.4 ERWEITERUNG DER FLUGFUEHRUNGSSYSTEMSTRUKTUR UM DIE AUTOMATISIERTE KOLLISIONSVERMEIDUNGSFUNKTIONALITAET ..................................................................................... 100 6.5 BESTIMMUNG DER NOTWENDIGEN EINTRITTSBEDINGUNGEN ZUR AKTIVIERUNG DER BAHNVORGABE ........................................................................................................................ 101 6.5.1 EINFUEHRUNG EINES ZEITWERTES ZUR EVALUIERUNG UND PRIORISIERUNG DER POTENTIELLEN KOLLISIONSPARTNER .............................................................................................................. 101 6.5.2 BERUECKSICHTIGUNG DER ANNAEHERUNGSKINEMATIK ZWISCHEN SAR-UAS UND PRIORISIERTEN KOLLISIONSPARTNER .......................................................................................... 102 6.6 STRUKTUR DER HORIZONTALEN BAHNVORGABE ZUR KOLLISIONSVERMEIDUNG ...................... 103 6.6.1 AENDERUNGSRATE DES HORIZONTALEN KOLLISIONSVERMEIDUNGSWINKELS .................. 105 6.6.2 BESTIMMUNG DER RELATIVGESCHWINDIGKEIT UND DES KOLLISIONSWINKELS IN DER HORIZONTALEN AUSWEICHEBENE ........................................................................................... 106 II 6.6.3 KONZEPTION EINER ADAPTIVEN NAVIGATIONSFUNKTION ........................................... 106 6.6.4 IMPLEMENTIERUNG EINER DISTANZKORREKTUR ......................................................... 107 6.6.5 MODELLIERUNG EINER REAKTIONSENTFERNUNG ZUR KOLLISIONSVERMEIDUNG ............. 108 6.6.6 STRUKTUR DES ZUR HANDHABUNG UNTERSCHIEDLICHER KOLLISIONSSZENARIEN NOTWENDIGEN ZUSTANDSAUTOMATEN .................................................................................. 112 6.7 STRUKTUR DER VERTIKALEN BAHNVORGABE ZUR KOLLISIONSVERMEIDUNG ........................... 115 6.7.1 EINFLUSS DER AENDERUNGSRATE DES VERTIKALEN KOLLISIONSVERMEIDUNGSWINKELS ... 116 6.7.2 BESTIMMUNG DER VERTIKALEN NAVIGATIONSKONSTANTEN ....................................... 117 6.7.3 ARCHITEKTUR DES ZUSTANDSAUTOMATEN ZUR VERTIKALEN BAHNVORGABE ................ 118 6.8 STRUKTUR DER GESCHWINDIGKEITSVORGABE ZUR KOLLISIONSVERMEIDUNG ......................... 120 6.9 DEFINITION DER NOTWENDIGEN DEAKTIVIERUNGSKRITERIEN FUER DIE AUTOMATISCHE KOLLISIONSVERMEIDUNG ........................................................................................................... 125 6.9.1 TERMINIERUNGSKRITERIUM FUER FRONTAL EINGELEITETE KOLLISIONSSZENARIEN .............. 125 6.9.2 BESTIMMUNG EINES TERMINIERUNGSKRITERIUMS IM SCHWEBEMODUS ................. 126 6.9.3 TERMINIERUNGSKRITERIEN FUER HECKSEITIG EINGELEITETE KOLLISIONSSZENARIEN ......... 127 7 VALIDIERUNG DES ERWEITERTEN FLUGFUEHRUNGSSYSTEMS IN DER SIMULATION .................. 129 7.1 ARCHITEKTUR DER SIMULATIONSUMGEBUNG .................................................................... 129 7.1.1 REGELSTRECKE DES ERPROBUNGSTRAEGERS ............................................................. 130 7.1.2 UMWELTMODELL ................................................................................................... 130 7.1.3 BORDSENSORIK .................................................................................................... 130 7.1.4 MODELLIERUNG DER RADARBASIERTEN UMGEBUNGSUEBERWACHUNG .......................... 131 7.2 EXEMPLARISCH SIMULIERTE KOLLISIONSSZENARIEN ......................................................... 132 7.2.1 FRONTALES KOLLISIONSSZENARIO IM HORIZONTALFLUG DES ERPROBUNGSTRAEGERS ........ 133 7.2.2 KRITISCHER AUSLEGUNGSFALL DES FRONTALEN KOLLISIONSSZENARIOS IM HORIZONTALFLUG DES ERPROBUNGSTRAEGERS .................................................................................................... 144 7.2.3 HECKSEITIG EINGELEITETES KOLLISIONSSZENARIO IM FLUGZUSTAND DER TRANSITION DES ERPROBUNGSTRAEGERS ........................................................................................................... 152 7.2.4 FRONTALES KOLLISIONSSZENARIO IM VERTIKALFLUG DES ERPROBUNGSTRAEGERS ........... 161 7.3 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE ........................................................................ 166 8 VALIDIERUNG DES SYSTEMENTWURFS IN EXEMPLARISCHEN FLUGVERSUCHEN ................... 167 8.1 VERSUCHSAUFBAU DER FLUGVERSUCHE ......................................................................... 167 8.2 VALIDIERUNG DER RADARBASIERTEN UMGEBUNGSUEBERWACHUNG .................................... 168 III 8.3 VALIDIERUNG DES KOLLISIONSVERMEIDUNGSSYSTEMS ANHAND EINES SIMULIERTEN KOLLISIONSPARTNERS ................................................................................................................. 176 9 ZUSAMMENFASSUNG 185 10 AUSBLICK. 189 V LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................................................ I VI ANHANG
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