Small Unmanned Aerial Vehicles (SUAVs) are an attractive choice for many surveillance tasks. However, video from an SUAV can be difficult to use in its raw form. In addition, the limitations inherent in the SUAV platform inhibit the distribution of video to remote users. To solve the problems with using SUAV video, we propose a system to automatically create geo-referenced mosiacs of video frames. We also present three novel techniques we have developed to improve ortho-rectification and geo-location accuracy of the mosaics. The most successful of these techniques is able to reduce geo-location error by a factor of 15 with minimal computational overhead. The proposed system overcomes communications limitations by transmitting the mosaics to a central server where there they can easily be accessed by remote users via the Internet. Using flight test results, we show that the proposed mosaicking system achieves real-time performance and produces high-quality and accurately geo-referenced imagery.

<p>The market for unmanned aerial vehicles (UAVs) is growing rapidly. In order to meet the demand for marine applications CybAero AB has recently started a project named Mobile Automatic Launch and Landing Station (MALLS). MALLS enables the uav to land on moving targets such as ships. This thesis studies a system that estimates the pose of a helicopter in order to land on a moving target.</p><p>The main focus has been on developing a pose estimation system using computer vision. Two different methods for estimating the pose have been studied, one using homography and one using an Extended Kalman Filter (ekf). Both methods have been tested on real flight data from a camera mounted on a RC-helicopter. The accuracy of the pose estimation system has been verified with data from a test with the camera mounted on an industrial robot. The test results show that the ekf-based system is less sensitive to noise than the homography-based system. The ekf-based system however requires initial values which the homography-based system does not. The accuracy of both systems is found to be good enough for the purpose.</p><p>A novel control system with control rules for performing an autonomous landing on a moving target has been developed. The control system has not been tested during flight.</p> / <p>Marknaden for obemannade autonoma luftburna farkoster (UAV:er) växer snabbt. För att möta behovet av marina tillämpningar har CybAero AB nyligen startat ett projekt som kallas Mobil Automatisk Start- och Landningsstation (MALLS). Syftet med malls är att möjliggöra autonom start och landning på objekt i rörelse, som till exempel ett fartyg. I det här examensarbetet studeras ett system för att bestämma position och attityd för en helikopter relativt en helikopterplatta, för att möjliggöra landning på ett ojekt i rörelse.</p><p>Fokus har främst legat på att utveckla ett positionerings- och attitydbestämningssystem. Ett datorseende positionerings- och attitydbestämningssystem har utvecklats. Två olika metoder har undersökts, ett system som bygger på homografi och ett annat som bygger på Extended Kalman Filter (EKF). Båda metoderna har testats med verklig data från en kamera monterad på en RC helikopter. Noggrannheten i positionsbestämmelsen har undersökts med hjälp av data från en industrirobot. Testresultaten visar att det EKF-baserade systemet är mindre bruskänsligt än det homografibaserade systemet. En nackdel med det ekf-baserade systemet är däremot att det kräver initialvillkor vilket det homografibaserade systemet inte gör. Noggrannheten på båda systemen finner vi tillfredsställande för syftet.</p><p>Ett enkelt styrsystem med styrlagar för att genomföra landningar på ett rörligtobjekt har utvecklats. Styrsystemet har dock inte testats under verklig flygning.</p>

Teleoperation of ground/aerial vehicle extends operator's ability (e.g. expertise, strength, mobility) into the remote environment, and haptic feedback enhances the human operator's perception of the slave environment. In my thesis, two cases are studied: wheeled mobile robot (MWR) haptic tele-driving over the Internet and unmanned aerial vehicle (UAV) haptic teleoperation over the Internet. We propose novel control frameworks for both dynamic WMR and kinematic WMR in various tele-driving modes, and for a "mixed" UAV with translational dynamics and attitude kinematics. The recently proposed passive set-position modulation (PSPM) framework is extended to guarantee the passivity and/or stability of the closed-loop system with time-varying/packet-loss in the communication; and proved performance in steady state is shown by theoretical measurements.For UAV teleoperation, we also derive a backstepping trajectory tracking control with robustness analysis. Experimental results for dynamic/kinematic WMR and an indoor quadrotor-type UAV are presented to show the efficacy of the proposed control framework.

La confiance de l'homme envers la machine est une caractéristique essentielle du contrôle supervisé. En effet, des contres performances du couple homme-machine provoquées par un mauvais niveau de confiance (insuffisant ou excessif) peuvent conduire à des dégâts matériels ou humains. Il est donc nécessaire d'évaluer la confiance de l'homme pour anticiper de telles situations et ainsi empêcher leur réalisation. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous proposons un modèle d'évaluation de la confiance. Pour cela, nous avons défini deux modèles. Le premier est un modèle de dialogue basé sur la théorie du grounding et spécifique au contrôle supervisé. Le second est un modèle d'évaluation de la confiance qui décrit le lien entre la confiance de l'homme et l'observation de sa stratégie de dialogue à l'aide du premier modèle. Cet apport théorique est accompagné de deux expérimentations. Elles sont contextualisées dans le domaine du contrôle multi-drones et plus spécifiquement pour les opérations de surveillance et d'interception. La première expérience, à but exploratoire, met en évidence l'existence d'un lien entre confiance et dialogue. La seconde permet de tester la validation de notre modèle d'évaluation de la confiance. Cette thèse apporte donc les bases d'une approche objective de l'évaluation de la confiance à partir de l'observation du dialogue homme-machine.

Intelligence, surveillance, and reconnaissance unmanned aircraft systems (UAS) are the most common variety of UAS in use today and provide invaluable capabilities to both the military and civil services. Keeping the sensors centered on a point of interest for an extended period of time is a demanding task requiring the full attention and cooperation of the UAS pilot and sensor operator. There is great interest in developing technologies which allow an operator to designate a target and allow the aircraft to automatically maneuver and track the designated target without operator intervention. Presently, the barriers to entry for developing these technologies are high: expertise in aircraft dynamics and control as well as in real- time motion video analysis is required and the cost of the systems required to flight test these technologies is prohibitive. However, if the research intent is purely to develop a vehicle maneuvering controller then it is possible to obviate the video analysis problem entirely. This research presents a solution to the target tracking problem which reliably provides automatic target detection and tracking with low expense and computational overhead by making use of the infrared sensor from a Nintendo Wii Remote Controller.

Les considérations environnementales occupent une place croissante dans l'opinion publique ainsi que dans les politiques nationales et internationales. Le cas de la rivière en est un exemple particulièrement frappant : au centre d'enjeux multiples et pour certains hautement stratégiques (énergie, irrigation), elle est le théâtre d'un conflit d'usages donnant lieu à l'établissement de compromis particulièrement fins pour la gestion de la ressource. Dans les approches les plus courantes, la description de l'état et du fonctionnement d'un hydrosystème tel que celui de la rivière est effectuée par la mesure de variables physiques ou la mise en relation des variables d'intérêt avec les paramètres physiques quantifiables caractérisant le milieu (modèles hydrauliques, modèles hydrobiologiques). L'objectif de ce travail est donc de proposer une réponse à la question de la mesure de la géométrie de la rivière par télédétection. On s'attache tout d'abord à décrire le contexte particulier de la rivière mentionné plus haut puis à effectuer un état de l'art faisant ressortir une lacune pour la restitution du relief immergé par stéréo à travers l'eau avec des moyens légers. On propose ensuite une méthode complète d'acquisition d'images et de traitements permettant d'estimer le relief immergé de rivière. Le travail effectué repose sur la mise en oeuvre de moyens technologiques légers permettant une grande flexibilité pour l'acquisition des données. On se base sur les méthodes de stéréorestitution du relief, pour lesquelles on propose une adaptation au contexte spécifique de la photogrammétrie à travers l'eau. Enfin, on met en place des méthodes de correction des mesures brutes intégrant des contraintes a priori (cohérence hydraulique ; cohérence spatiale) pour la correction de l'effet de réfraction. L'application de la méthode développée en conditions opérationnelles sur une rivière peu profonde à fond de galets montre que la mesure du relief immergé par stéréophotogrammétrie est possible, et permet une représentation de la topographie du lit d'une qualité compatible avec les modèles hydrobiologiques (modèles habitat-poisson). On a ainsi développé, testé, validé et determiné les conditions d'application d'une méthode de mesure de la géométrie de la rivière par télédétection originale et complémentaire des technologies existantes.

Syftet med det här projektet var att utforma en användarvänlig markstation till ett UAV-system. UAV står för Unmanned Aerial Vehicle och är benämningen på den obemannade luftfarkosten i ett UAV-system. Det aktuella UAV-systemet i det här projektet består av en UAV, eller drönare som den även kallas, och en markstation. Markstationen innehåller en R/C (Radio Control, styrenhet för manuell radiostyrning), en laptop och en antenn för videonerladdning. Drönaren styrs från marken av enoperatör via R/C:n men kan även flyga autonomt vilket innebär att operatören iförväg programmerat in en rutt med GPS-punkter som drönaren självständigt kanflyga efter. Drönaren kan utrustas med olika former av sensorer som laddar ner sina bilder kontinuerligt under flighten till operatörens laptop i markstationen. Uppdragsgivarna till projektet var de norska UAV-systemleverantörerna Scandicraft AS. De hade upptäckt att markstationen som är ämnad att vara bärbar egentligen är för stor och tung för det ändamålet. Det största problemet enligt Scandicraft var dock att markstationen gav ett väldigt rörigt intryck vilket kunde leda till att operatören gjorde fel eller helt enkelt glömde vissa steg i processen när man skulle göra en flygning. Detta var oacceptabelt eftersom UAV-systemet ska användas av bl.a. polis och brandkår, vilka var några av Scandicrafts kunder. Uppgiften för projektet var att utveckla UAV-systemets markstation för att ta itu med dessa problem och göra den mer användarvänlig och även ge den ett tydligt formspråk. Målet uppnåddes genom att UAV:n kan styras från en behändig och användarvänligenhet med ett innovativt formspråk.

Detta arbete kretsar kring obemannade luftfartyg, UAV, avsedda att baseras ombord påörlogsfartyg. Regelverk och standarder tillsammans med befintliga fartygs-, helikopter- ochUAV-system utgör ett ramverk inom vilket ett scenario leder fram till grundläggande tekniskakrav för de delsystem som ingår i ett fartygsbaserat UAV-system. Kraven, som är framtagnamed spårbarhet i sjöoperativa förmågor, erfarenheter från den miljö ett luftburet system skaverka i ombord och systemexempel som visar vad som är möjligt att uppnå med dagenstekniknivå, presenteras som ett förslag till värderingskriterier och effektmått med tyngdpunktpå de krav som ställs på luftfartyget (UAV) i sig. / This work revolves around unmanned aerial vehicles, UAVs, meant to bebased onboard naval ships. Rules and regulations, standards and current ship,helicopter and UAV systems form a framework for system requirements for aUAV system derived from a scenario. The requirements, traceable to abilitiesdescribed in the Swedish naval doctrine, the naval environment and currentsubsystems, are finally presented as a proposal for evaluation criteria andmeasures of merit. / Avdelning: ALB - Slutet Mag 3 C-upps. Hylla: Upps. ChP T 06-08

Det pågår en transformering av svenska stridskrafter till följd av en förändradomvärldsbild och en teknisk utveckling. Obemannade farkoster studeras och bedömskunna tillföra värdefulla förmågor.Syftet med uppsatsen är att undersöka nyttan med små UAV-system för bataljonsnivånvid en internationell militär operation. De fyra utvalda basfunktionerna ledning,underrättelser, verkan och skydd utgör analysfaktorer.Uppsatsens resultat omfattar en kontextuell del och en teknisk del. Den omfattar även envärdering av små UAV-system i ett typfall, strid i bebyggelse. Uppsatsen visar att detfinns ett flertal uppgifter inom basfunktionerna, som små UAV-system kan lösa medvarierad förmåga. Den största nyttan med systemen är i stridsfasen, då man befinner sigrelativt nära motståndaren. En kombination av olika UAV-system med olika förmågor äratt föredra. En kvalificerad hotbild begränsar effekten av små UAV-system.Utvecklingen bör präglas av en systemsyn och omfatta såväl teknik, taktik, personal somorganisation. Kunskap om luftfartsregler är viktigt i sammanhanget. Införandet av småUAV-system kan ses som ett komplement till befintliga system. / The Swedish military forces are under a transformation process as a consequence of analtered world situation and technical progress. Unmanned vehicles are being studied and areestimated to contribute valuable capabilities.The purpose of this research paper is to investigate the usefulness of small UAV-systems atthe battalion-level in an international military operation. The four basic functions commandand control, intelligence, and protection are used as factors in the analysis.The result of the research paper comprises a contextual part and a technical part. It alsocomprises an evaluation of small UAV-systems in a typical case: urban warfare. Theresearch paper shows that there are several tasks within the basic functions, which the smallUAV-systems can solve with varying capacity. The systems are most useful in the fightingphase, when the unit is close to the adversary. Combinations with different UAV-systemsare preferable. A severe threat restricts the capacity of small UAV-systems. Developmentshould be characterised by a systems view and comprise technology as well as tactics,personnel and organisation. Knowledge about air traffic rules is important in the context.The introduction of small UAV-systems can be seen as a complement to existing systems. / Avdelning: ALB - Slutet Mag 3 C-uppsHylla: Upps. ChP T 02-04

This thesis describes the automatic flight control systems designed for a conventional and an over actuated unmanned air vehicle (UAV). A nonlinear simulation model including the flight mechanics equations together with the interpolated nonlinear aerodynamics, environmental effects, mass-inertia properties, thrust calculations and actuator dynamics is created / trim and linearization codes are developed. Automatic flight control system of the conventional UAV is designed by using both classical and robust control methods. Performances of the designs for full autonomous flight are tested through nonlinear simulations for different maneuvers in the presence of uncertainties and disturbances in the aircraft model. The fault tolerant control of an over actuated UAV is the main concern of the thesis. The flight control system is designed using classical control techniques. Two static control allocation methods are examined: Moore-Penrose pseudo inverse and blended inverse. For this purpose, an aircraft with three sets of ailerons is employed. It is shown that with redundant control surfaces, fault tolerant control is possible. Although both of the static control allocation methods are found to be quite successful to realize the maneuvers, the new blended inverse algorithm is shown to be more effective in controlling the aircraft when some of the control surfaces are lost. It is also demonstrated that, with redundant control surfaces it is possible to recover the aircraft during a maneuver even some of the control surfaces are damaged or got stuck at a particular deflection.