Development of a reliable high-performance rotorcraft unmanned air vehicle(R-UAV) requires an accurate and practical model of the vehicle dynamics. This paper describes the analytical model driven by use of basic aerodynamics, providing the rationale for the derivation of the equations of motion as well as documenting the experimental methods for the estimation of a model-scaled unmanned helicopter. Hovering and autonomous landing simulation were carried out by using the nonlinear helicopter dynamics to predict how well the helicopter performs its missions. In addition to the helicopter modeling, the real flight test had been executed with a model-scaled helicopter.
The main goal of this thesis is to develop and establish a comprehensive and practical methodology for vision-based autonomous landing of a R-UAV. To demonstrate this idea, it is essential to integrate the vehicle platform with the proper hardware and software in order to perform the desired autonomous landing. The whole system has been integrated with sensors such as a gyro, magnetometer and GPS, the Flight Control Computer (FCC) and the Vision Computer. For vision-based autonomous landing, we carried out the autonomous landing without vision-sensor to verify how the helicopter can land on certain area. After that, the altitude estimation is conducted by a single camera which is attached on the nose of the vehicle. The vision computer grabs target images from views of the camera, calculates its height with four feature points on the landing target. In landing mode, the helicopter follows the heading reference command first, then lands on the target by means of estimated information given by the vision computer.
본 논문에서는 비전센서를 통한 무인 헬리콥터의 자동착륙에 대해서 크게 두 부분으로 접근하였다. 첫째는, 무인 헬리콥터의 모델을 이용한 해석, 설계 및 실제 시스템 구현이다. 자동착륙을 위한 대상 플랫폼을 개발하기 위해 자세정보를 얻을 수 있는 자이로, 기수각을 얻을 수 있는 자기장센서, 위치 정보를 얻을 수 있는 GPS와 같은 여러 가지 센서를 비행제어 컴퓨터(FCC)와 연결하여 구성하였다. 자동비행 제어기의 이득값(Gain)은 대상 플랫폼에 대한 여러 번의 비행실험을 거쳐 구하였다. 두 번째로 단일 카메라를 사용하여 지정된 착륙 패턴을 인식, 자세 및 고도를 추정하는 연구를 수행하였다. 자세 및 고도를 추정하기 위해 4개의 특징점을 착륙 패턴에 배치하였다. 특히 자동착륙을 위해서는 고도 정보에 대한 추정이 필요하다. 하지만, 헬리콥터가 착륙하는 도중에는 착륙 패턴의 특징점이 카메라의 시야각에서 사라질 수 있기 때문에, 특징점을 전환하는 알고리즘이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 고도 2m에서 착륙하였을 경우를 가정하고, 특징점의 전환이 한 번 일어나도록 착륙 패턴을 설계하여 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다. 특징점은 카메라 화면에 서 보았을 때, 각 특징점 사이의 거리가 가까우면 추정하는 고도의 오차가 커지는 것을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션을 통하여, 추정한 고도정보를 제어기에 피드백하여도 자동착륙이 성공적으로 이루어지는 것을 확인하였다.
