The development and testing for a UAV testbed to be used in academic research and undergraduate education is proposed in this thesis. Analysis on commercial off-the-shelf UAV systems and autopilots lead to the development of a custom, open-architecture and modular UAV testbed. The main focus is to support research in UAV control field and education of the undergraduate students. The integration and use of commercial-off-the-shelf avionics and air vehicle are described in detail. System performance is examined both in flight and on the ground. Results of the system tests show that the developed system is a functional UAV testbed to be used in research of different flight control algorithms.

This master thesis covers with the modern architecture of avionics system for EASA CS-23 AIRPL. The thesis contains EASA CS-23 and EU-OPS analysis and market analysis of avionics systems for this category of aircrafts. The thesis also includes the design of avionics system architecture and its safety and reliability assessment – used tool is Failure Mode and Effect Analysis (FMEA). At the end of the thesis there is assesment of potential attack of the avionics system by third part.

Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: The development of an integrated avionics system containing all the required sensors and actuators for autopilot control is presented. The thesis analyzes the requirements for the system and presents detailed hardware design. The architecture of the system is based on an FPGA which is tasked with interfacing with the sensors and actuators. The FPGA abstracts a microprocessor from these interface modules, allowing it to focus only on the control and user interface algorithms. Firmware design for the FPGA, as well as a conceptualization of the microprocessor software design is presented. Simulation results showing the functionality of firmware modules are presented. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die ontwikkeling van ‘n geïntegreede avionika‐stelsel wat al die vereiste sensors en aktueerders vir outoloods‐beheer bevat, word voorgestel. Die tesis analiseer die vereistes van die stelsel en stel ‘n hardeware‐ontwerp voor. Die argitektuur van die stelsel bevat ‘n FPGA wat ‘n koppelvlak met sensors en aktueerders skep. Die FPGA verwyder die mikroverwerker weg van hierdie koppelvlak modules en stel dit sodoende in staat om slegs op die beheer en gebruikerskoppelvlak‐algoritmes te fokus. Sagteware‐ontwerp vir die FPGA, asook die konseptualisering van die sagtewareontwerp vir die mikroverwerker, word aangebied. Simulasie resultate wat die funksionaliteit van die FPGA‐sagteware modules aandui, word ook voorgestel.

Les architectures de communication avionique actuelles impliquent un poids et des coûts d'intégration importants à cause de la quantité croissante du câblage et des connecteurs utilisés. Afin de répondre à ces besoins émergents, nous avons proposé dans cette thèse l'intégration des technologies sans fil dans le contexte avionique comme principale solution pour diminuer le poids et la complexité dus au câblage. Tout d’abord, nous avons conçu un réseau avionique de secours basé sur la technologie HRUWB, implémentant un protocole d'arbitrage TDMA et des divers mécanismes de fiabilité pour garantir les exigences de déterminisme et de sûreté. Par la suite, nous avons procédé à l'évaluation des performances de notre proposition en termes de délais en se basant sur des méthodes analytiques. Par ailleurs, nous avons étudié différentes solutions afin d’améliorer les marges d'évolutivité et de fiabilité du système. Enfin, nous avons validé notre réseau proposé à travers une étude de cas avionique réaliste; et les résultats obtenus ont mis en évidence la capacité de notre proposition à garantir les exigences du système en termes de déterminisme et de fiabilité. / The current avionics communication architecture inherits significant weight and integration costs due to the increasing quantity of wires and connectors. In addition, avionics interconnects are still subject to structural failure and fire hazard which decrease reliability and ramify the maintenance. To cope with these arising issues, integrating wireless technologies in avionics context is proposed in this thesis as a main solution to decrease the wiring-related weight and complexity.To achieve this aim, we design an alternative backup avionic network based on HR-UWB technology implementing a TDMA arbitration protocol and various reliability mechanisms to guarantee predictability and reliability requirements.Afterwards, we conduct analytical performance evaluation of our proposal in terms of delays. Moreover, we investigate different solutions to reach further enhancements on the system scalability and reliability.Finally, the validation of our proposal through a realistic avionics case study has been conduced, and the obtained results highlight its ability to guarantee the system requirements in terms of predictability and reliability.

Le développement de tests pour les systèmes d’avioniques met en jeu une multiplicité de langages de test propriétaires, sans aucun standard émergent.Les fournisseurs de solutions de test doivent tenir compte des habitudes des différents clients, tandis que les échanges de tests entre les avionneurs et leurs équipementiers / systémiers sont entravés. Nous proposons une approche dirigée par les modèles pour s’attaquer à ces problèmes: des modèles de test sont développés et maintenus à la place du code, avec des transformations modèle-vers-code vers des langages de test cibles. Cette thèse présente trois contributions dans ce sens. La première consiste en l’analyse de quatre langages de test propriétaires actuellement déployés. Elle nous a permis d’identifier les concepts spécifiques au domaine, les meilleures pratiques,ainsi que les pièges à éviter. La deuxième contribution est la définition d’un méta-modèle en EMF Ecore, qui intègre tous les concepts identifiés et leurs relations. Le méta-modèle est la base pour construire des éditeurs de modèles de test et des motifs de génération de code. Notre troisième contribution est un d´démonstrateur de la façon dont ces technologies sont utilisées pour l’élaboration des tests. Il comprend des éditeurs personnalisables graphiques et textuels pour des modèles de test, ainsi que des transformations basées-motifs vers un langage du test exécutable sur une plateforme de test réelle. / The development of tests for avionics systems involves a multiplicity of in-house test languages, with no standard emerging. Test solution providers have to accommodate the habits of different clients, while the exchange of tests between aircraft manufacturers and their equipment/system providers is hindered. We propose a model-driven approach to tackle these problems: test models would be developed and maintained in place of code, with model-to-code transformations towards target test languages. This thesis presents three contributions in this direction. The first one consists in the analysis of four proprietary test languages currently deployed. It allowed us to identify the domain-specific concepts, best practices, as well as pitfalls to avoid. The second contribution is the definition of a meta-model in EMF Ecore that integrates all identified concepts and their relations. The meta-model is the basis for building test model editors and code generation templates. Our third contribution is a demonstrator of how these technologies are used for test development. It includes customizable graphical and textual editors for test models, together with template-based transformations towards a test language executable on top of a real test platform.