Conception d’une infrastucture de pilotage robuste de drones quadricoptères avec intégration d'avionique type G-1000 pour des missions stratégiques éloignées

Olivier, Arthur (2015). Conception d’une infrastucture de pilotage robuste de drones quadricoptères avec intégration d'avionique type G-1000 pour des missions stratégiques éloignées. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire fait l’étude de la conception de drones de type quadricoptère capables d’être pilotés à de très grandes distances de manière robuste et sécuritaire via des avioniques commerciales. Aujourd’hui le monde assiste à l’avènement des UAVs et leur utilisation dans les secteurs industriel et privé commencent à arriver. Le problème est que la sureté des drones n’est pas encore assez importante pour permettre leur intégration dans l’espace aérien civil et dans les zones urbaines, surtout si leur poste de pilotage est déporté. L’objectif de ce mémoire est de développer des méthodes pour faciliter cette insertion des drones dans le quotidien. Pour cela, un prototype d’UAV de nouvelle génération sera développé, il intégrera un ordinateur de bord performant capable d’interfacer des outils de communications innovants dans le domaine des drones. Afin de gérer l’aspect sécuritaire et robuste de l’aéronef, nous développerons nos propres algorithmes de navigation et de détection de collisions. Le tout sera supervisé par une architecture logicielle capable de transmettre les informations de vol au sol à des avioniques certifiées de type G1000, recréant ainsi une station de contrôle très proche de celle rencontrée dans les milieux militaires.

Les différents développements matériels et logiciels mis en place ont été testés en extérieur et en cage de vol. Les résultats présentent une précision de positionnement métrique et ce, quel que soit la région du globe où évolue le drone. Bien que les possibilités offertes avec la structure actuelle se limitent au pilotage manuel, à la navigation basique et à l’évitement des autres drones, le système mis en place offre une modularité très intéressante. Les futures améliorations possibles autant au niveau des technologies de pilotage à très longue distance qu’au niveau du vol coopératif entre UAVs ne nécessiteront pas de modifications du noyau logiciel actuel, permettant ainsi une évolution constante des fonctionnalités du drone.

Ces travaux ouvrent la porte à de nouvelles applications en intégrant des outils d’avioniques modernes certifiées dans l’utilisation des nouveaux drones civiles. Les concepts développés et mis en oeuvre dans ce mémoire offrent des outils pour accroître significativement la sécurité et la robustesse des futurs drones de toutes catégories et dans toutes les situations. Les prototypes d’UAVs issus de ces recherches permettront de faire avancer l’intégration des drones dans les espaces aériens civils pour autoriser leur utilisation fortement attendue dans les futures années.

Titre traduit

Conception of a robust pilot infrastructure for uav quadricopter with G1000 type avionics integration for strategic remote missions

Résumé traduit

This master thesis studies the design of quadcopter drones that can be piloted robustly and safely at very long distances via commercial avionics. Today UAVs are everywhere and their use in industrial and private sectors is starting to happen. The problem is that current drones are not safe enough to allow their integration into civilian airspace and in urban areas, especially if the cockpit is remote. The purpose of this research is to develop methods to enable this insertion of UAVs in everyday life. To make it possible, a new generation UAV prototype will be developed, it will include a powerful onboard computer capable of integrating innovative communication tools in the drones field. To achieve the safety and robustness objectives of the aircraft, we will develop our own navigation and collision detection algorithms. The entire system will be supervised by a software architecture which is able to transmit flight information to a certified G1000 avionics station in the ground, recreating very closely the control stations used by military personnel.

The different hardware and software developments implemented have been tested both, outdoors and in a flight cage. The results demonstrate positioning accuracy up to one meter independently of the region of the globe where the drone performs. Although the capabilities of the current setup are limited to manual control, basic navigation and avoidance of other UAVs, the system in place provides a very interesting modularity. Future improvements in terms of piloting technologies over long distances and cooperative flight between UAVs will not require modification of the existing software kernel, allowing a constant evolution of the drone’s capabilities.

This work opens the door to new applications by incorporating modern certified avionics tools in the use of new civilian drones. The developed and implemented concepts in this paper offer tools to significantly increase the security and robustness of future UAV missions of all types and in all kind of situations. The UAVs prototypes produced by this research will accelerate the integration of UAVs in civil airspace to support its expected increase in day-today operations for the coming years.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Mots-clés libres:	drone, UAV, asservissement, commande, automatisation, prototype, infrastructure, avioniques, trajectoire, navigation, station de contrôle
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Landry, René Jr.
Codirecteur:	Codirecteur Boland, Jean-François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie aérospatial
Date de dépôt:	28 janv. 2021 15:04
Dernière modification:	28 janv. 2021 15:04
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1473

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