<p>Den senaste trenden inom flygvapenindustrin är utveckling av obemannade farkoster. Den svenska vapenindustrikoncernen Saab AB följer denna trend i och med den stundande introduktionen av företagets obemannade helikopter Skeldar V-150. Som ett led i vidareutvecklingen av detta system finns planer på att även lansera en marin variant, kallad Skeldar M. Tanken med denna marina variant är att möjliggöra fullständigt autonoma starter och landningar från fartyg. För att kunna genomföra detta på ett tryggt sätt även i hårt väder krävs att helikoptern hålls säkrad på fartygsdäcket såväl innan start som efter landning.</p><p>Uppgiften för detta arbete har varit att ta fram koncept för hur ett sådant säkringssystem skulle kunna se ut. För att ta fram idéer för dessa koncept har en flitigt brukad produktutvecklingsmetod använts. Metoden innebär att en kravspecifikation tas fram utifrån kundens behov. Med stöd av den genereras sedan ett antal produktkoncept genom kreativt tänkande och analyser av hur andra löser samma problem. Koncepten jämförs sedan utefter hur väl de uppfyller kundens behov och de bästa idéerna kan på så sätt väljas ut och vidareutvecklas.</p><p>De koncept som tagits fram i detta arbete har sträckt sig från enklare idéer där kardborrmaterial används för att säkra helikoptern, till system som mäter in helikopterns position relativt fartyget och justerar sitt eget läge därefter. Totalt framkom nio grundidéer och sammanlagt tolv varianter på antiglidsystem. I samråd med personer inblandade i Skeldar-projektet valdes sedermera tre av koncepten ut för att vidareutvecklas ytterligare, en lösning där helikoptern vinschas ner på däck, en annan där kardborrlås används för att säkra den och en tredje där sugkoppar håller Skeldar fast.</p><p>Med hänsyn tagen till bland annat svårigheter att implementera en vinschlösning ombord på såväl Skeldar som fartygen valdes denna lösning slutligen bort. Svårigheterna bottnar framför allt i utrymmesbrist och problem med automatisk sammankoppling av helikopter och fartyg. De koncept som rekommenderas i detta arbete blir därför ett av systemen med kardborrlås eller sugkoppar.</p> / <p>The latest trend within the air force industry is development of unmanned aerial vehicles. The Swedish defense industry group Saab AB is following this trend by means of the introduction of their unmanned helicopter Skeldar V-150. As part of the further development of this system Saab has plans on introducing a marine version of the system, called Skeldar M. One of the purposes of this version is to enable completely autonomous take-offs and landings from ships. To be able to complete this in a safe manner in harsh conditions the helicopter needs to be secured to the deck before take-off as well as after landing.</p><p>The purpose of this thesis has been to develop a concept for keeping Skeldar secured on deck. To establish ideas for these concepts a common method for product development has been used. The method involves acquiring customer needs and from these needs establish a list of demands on the product itself. A set of product concepts are then generated by means of creative thinking and competitor analysis. After that the concepts are compared based on how well they meet the demands put upon them and the best ideas get picked out and further developed.</p><p>The concepts developed in this thesis stretch from simple ideas where hook and loop fasteners are used to secure the helicopter to more advanced ones where the helicopter’s position relative to the ship is measured and the system adjust to this position. All in all nine basic ideas were developed and a total of twelve versions on securing systems. In consultation with people involved in the Skeldar project, three of the concepts were chosen for further development, one concept where the helicopter was winched to the deck, a second where hook and loop fasteners were used to secure it and finally one where vacuum grippers keeps Skeldar on deck.</p><p>With difficulties of implementing a winch system onboard Skeldar as well as on board the ships taken into account, this solution was dropped. This was primarly due to lack of space and difficulties solving an automatic connection between helicopter and ship. The concepts recommended in this thesis will therefore be one of the systems where hook and loop fasteners or vacuum grippers are used.</p>

Den senaste trenden inom flygvapenindustrin är utveckling av obemannade farkoster. Den svenska vapenindustrikoncernen Saab AB följer denna trend i och med den stundande introduktionen av företagets obemannade helikopter Skeldar V-150. Som ett led i vidareutvecklingen av detta system finns planer på att även lansera en marin variant, kallad Skeldar M. Tanken med denna marina variant är att möjliggöra fullständigt autonoma starter och landningar från fartyg. För att kunna genomföra detta på ett tryggt sätt även i hårt väder krävs att helikoptern hålls säkrad på fartygsdäcket såväl innan start som efter landning. Uppgiften för detta arbete har varit att ta fram koncept för hur ett sådant säkringssystem skulle kunna se ut. För att ta fram idéer för dessa koncept har en flitigt brukad produktutvecklingsmetod använts. Metoden innebär att en kravspecifikation tas fram utifrån kundens behov. Med stöd av den genereras sedan ett antal produktkoncept genom kreativt tänkande och analyser av hur andra löser samma problem. Koncepten jämförs sedan utefter hur väl de uppfyller kundens behov och de bästa idéerna kan på så sätt väljas ut och vidareutvecklas. De koncept som tagits fram i detta arbete har sträckt sig från enklare idéer där kardborrmaterial används för att säkra helikoptern, till system som mäter in helikopterns position relativt fartyget och justerar sitt eget läge därefter. Totalt framkom nio grundidéer och sammanlagt tolv varianter på antiglidsystem. I samråd med personer inblandade i Skeldar-projektet valdes sedermera tre av koncepten ut för att vidareutvecklas ytterligare, en lösning där helikoptern vinschas ner på däck, en annan där kardborrlås används för att säkra den och en tredje där sugkoppar håller Skeldar fast. Med hänsyn tagen till bland annat svårigheter att implementera en vinschlösning ombord på såväl Skeldar som fartygen valdes denna lösning slutligen bort. Svårigheterna bottnar framför allt i utrymmesbrist och problem med automatisk sammankoppling av helikopter och fartyg. De koncept som rekommenderas i detta arbete blir därför ett av systemen med kardborrlås eller sugkoppar. / The latest trend within the air force industry is development of unmanned aerial vehicles. The Swedish defense industry group Saab AB is following this trend by means of the introduction of their unmanned helicopter Skeldar V-150. As part of the further development of this system Saab has plans on introducing a marine version of the system, called Skeldar M. One of the purposes of this version is to enable completely autonomous take-offs and landings from ships. To be able to complete this in a safe manner in harsh conditions the helicopter needs to be secured to the deck before take-off as well as after landing. The purpose of this thesis has been to develop a concept for keeping Skeldar secured on deck. To establish ideas for these concepts a common method for product development has been used. The method involves acquiring customer needs and from these needs establish a list of demands on the product itself. A set of product concepts are then generated by means of creative thinking and competitor analysis. After that the concepts are compared based on how well they meet the demands put upon them and the best ideas get picked out and further developed. The concepts developed in this thesis stretch from simple ideas where hook and loop fasteners are used to secure the helicopter to more advanced ones where the helicopter’s position relative to the ship is measured and the system adjust to this position. All in all nine basic ideas were developed and a total of twelve versions on securing systems. In consultation with people involved in the Skeldar project, three of the concepts were chosen for further development, one concept where the helicopter was winched to the deck, a second where hook and loop fasteners were used to secure it and finally one where vacuum grippers keeps Skeldar on deck. With difficulties of implementing a winch system onboard Skeldar as well as on board the ships taken into account, this solution was dropped. This was primarly due to lack of space and difficulties solving an automatic connection between helicopter and ship. The concepts recommended in this thesis will therefore be one of the systems where hook and loop fasteners or vacuum grippers are used.

<p>There are a number of ongoing projects developing autonomous vehicles, both helicopters and airplanes. The purpose of this thesis is to study a concept for calculating the height and attitude of a helicopter. The system will be active during landing. This thesis includes building an experimental setup and to develop algorithms and software.</p><p>The basic idea is to illuminate the ground with a certain pattern and in our case we used laser pointers to create this pattern. The ground is then filmed and the images are processed to extract the pattern. This provides us with information about the height and attitude of the helicopter. Furthermore, the concept implies that no equipment on the ground is needed. With further development the sensor should be able to calculate the movement of the underlying surface relative to the helicopter. This is very important when landing on a moving surface, e.g. a ship at sea.</p><p>To study the concept empirically an experimental setup was constructed. The setup provides us with the necessary information to evaluate how well the system could perform in reality. The setup is built with simple and cheap materials. In the setup an ordinary web camera and laser pointers that are avaliable for everyone have been used.</p> / <p>Det finns flera pågående projekt inom autonomflygande farkoster, både för helikoptrar och flygplan. Syftet med vårt examensarbetet är att undersöka ett koncept för en landningssensor för autonom landning med helikopter. Examensarbetet innebär att bygga en fysisk modell för test av konceptet samt att utveckla mjukvara.</p><p>Konceptet för sensorn består av att belysa marken med ett speciellt mönster, i vårt fall skapas mönstret av laserpekare, som därefter fotograferas och bildbehandlas. Detta mönster ger sedan information om helikopterns höjd och attityd i luften. Vidare innebär konceptet också att ingen markutrustning krävs för att sensorn ska fungera. I förlängningen ska man med detta koncept kunna beräkna hur underlaget rör sig relativt helikoptern, vilket är väldigt viktigt vid landning på objekt som rör sig, till exempel ett fartyg.</p><p>För att undersöka hur bra sensorn presterar i verkligheten så har en rigg byggts. Riggen är byggd med enkla och billiga material. I det här fallet används en webbkamera och laserpekare som går att köpa i vanliga elektronikaffärer.</p>

There are a number of ongoing projects developing autonomous vehicles, both helicopters and airplanes. The purpose of this thesis is to study a concept for calculating the height and attitude of a helicopter. The system will be active during landing. This thesis includes building an experimental setup and to develop algorithms and software. The basic idea is to illuminate the ground with a certain pattern and in our case we used laser pointers to create this pattern. The ground is then filmed and the images are processed to extract the pattern. This provides us with information about the height and attitude of the helicopter. Furthermore, the concept implies that no equipment on the ground is needed. With further development the sensor should be able to calculate the movement of the underlying surface relative to the helicopter. This is very important when landing on a moving surface, e.g. a ship at sea. To study the concept empirically an experimental setup was constructed. The setup provides us with the necessary information to evaluate how well the system could perform in reality. The setup is built with simple and cheap materials. In the setup an ordinary web camera and laser pointers that are avaliable for everyone have been used. / Det finns flera pågående projekt inom autonomflygande farkoster, både för helikoptrar och flygplan. Syftet med vårt examensarbetet är att undersöka ett koncept för en landningssensor för autonom landning med helikopter. Examensarbetet innebär att bygga en fysisk modell för test av konceptet samt att utveckla mjukvara. Konceptet för sensorn består av att belysa marken med ett speciellt mönster, i vårt fall skapas mönstret av laserpekare, som därefter fotograferas och bildbehandlas. Detta mönster ger sedan information om helikopterns höjd och attityd i luften. Vidare innebär konceptet också att ingen markutrustning krävs för att sensorn ska fungera. I förlängningen ska man med detta koncept kunna beräkna hur underlaget rör sig relativt helikoptern, vilket är väldigt viktigt vid landning på objekt som rör sig, till exempel ett fartyg. För att undersöka hur bra sensorn presterar i verkligheten så har en rigg byggts. Riggen är byggd med enkla och billiga material. I det här fallet används en webbkamera och laserpekare som går att köpa i vanliga elektronikaffärer.

In this master’s thesis we study how Model Predictive Control (MPC) can be fitted into an existing control system to handle state constraints. We suggest the use of reference governing based on the predictive control methodology. The platform for the survey is Saabs unmanned helicopter Skeldar. We develop and investigate different Reference Governor(RG) formulations that can be used together with the already existing stabilizing control system. These different setups show various features regarding model predictive control. One setup is complemented with a pre-filter to prevent aggressive actuator control in response to set-point changes, while the other is developed to handle this in the MPC framework. We also show that one of these RGs can be extended to guarantee stability and convergence. Implementation and real time requirements are also considered in this thesis. For this two different QP-solvers have been used for online solving of the optimization problem that arises from the MPC formulations. For evaluation and analysis the solutions are implemented in an advanced simulation environment developed at Saab and in a hardware-in-the-loop avionics test rig for the Skeldar system.