Increasing the Stabilization of Unmanned Aerial Vehicle in Global Navigation Satellite System Unavailable Areas


Yıldırım Dalkıran F. , Gençağ M. S.

Journal of Aviation, vol.5, no.1, pp.36-44, 2021 (Refereed Journals of Other Institutions)

  • Publication Type: Article / Article
  • Volume: 5 Issue: 1
  • Publication Date: 2021
  • Title of Journal : Journal of Aviation
  • Page Numbers: pp.36-44

Abstract

Nowadays nearly all of unmanned aerial vehicles (UAV) use Global Navigation Setallite System (GNSS). This system provides high-precision position, speed and time information to the aircraft. However, some problems can occour about data flow between high buildings, in some areas of rough terrain and indoor environment when GNSS is used. If this system is not available, the gyroscope, accelerometer and magnetometer data contained in the Inertial Measurement Unit (IMU) are used. Indoor flight, when an external navigation system cannot be used, deviations occur in the IMU. These deviations cannot be corrected and continue to increase throughout the flight. In this study, an UAV, in which optical flow, infrared and ultrasonic sensors are used together, has been presented to reduce the deviations that occur in indoor flights and increase flight stability accordingly. Two different configurations were used for indoor flight in terms of comparing the flight stability of the developed UAV. Thanks to the algorithms developed on Arduino, the UAV has been allowed to avoid obstacles in the closed area, and both the deviations in the IMU have been reduced and the flight stabilization has been increased.

Günümüzde kullanılan insansız hava araçlarının (İHA) neredeyse tamamı, küresel seyrüsefer uydu sistemini (Global Navigation Setallite System, GNSS) kullanmaktadır. Bu sistem, hava aracına yüksek hassasiyetli konum, hız ve zaman bilgisi sağlamaktadır. Ancak GNSS kullanıldığında, yüksek yapıların arasında, engebeli arazilerin bazı bölgelerinde ve kapalı alanlarda veri akışında aksaklıklar meydana gelmektedir. Bu sistemin eksikliğinde, ataletsel ölçüm birimi (Inertial Measurement Unit, IMU) içerisinde bulunan jiroskop, ivmeölçer ve manyetometre verileri kullanılmaktadır. Kapalı ortamda uçuş yapılırken, harici bir seyrüsefer sistemi kullanılamadığı zaman, IMU’ da sapmalar meydana gelmekte ve bu sapmalar, düzeltilememekte, uçuş boyunca da artarak devam etmektedir. Bu çalışmada, kapalı ortam uçuşlarında ortaya çıkan sapmaları azaltmak ve buna bağlı olarak uçuş stabilitesini artırmak için optik akış, kızılötesi ve ultrasonik sensörlerin birlikte kullanıldığı bir İHA modeli sunulmuştur. Geliştirilen İHA’ nın uçuş stabilitesini karşılaştırma açısından kapalı ortam uçuşu için iki farklı konfigürasyon kullanılmıştır. Arduino üzerinde geliştirilen algoritmalar sayesinde, İHA’ nın kapalı alanda engellerden kaçınması sağlanmış ve hem IMU’ daki sapmalar azaltılmış hem de uçuş stabilizasyonu artırılmıştır.