In this thesis, the main focus is to formulate and test a suitable model forexogenous fault detection in swarms containing unmanned aerial vehicles(UAVs), which are aerial autonomous systems. FOI Swedish DefenseResearch Agency provided the thesis project and research question. Inspiredby previous work, the implementation use behavioral feature vectors (BFVs)to simulate the movements of the UAVs and to identify anomalies in theirbehaviors. The chosen algorithm for fault detection is the density-based cluster analysismethod known as the Local Outlier Factor (LOF). This method is built on thek-Nearest Neighbor(kNN) algorithm and employs densities to detect outliers.In this thesis, it is implemented to detect faulty agents within the swarm basedon their behavior. A confusion matrix and some associated equations are usedto evaluate the accuracy of the method. Six features are selected for examination in the LOF algorithm. The firsttwo features assess the number of neighbors in a circle around the agent,while the others consider traversed distance, height, velocity, and rotation.Three different fault types are implemented and induced in one of the agentswithin the swarm. The first two faults are motor failures, and the last oneis a sensor failure. The algorithm is successfully implemented, and theevaluation of the faults is conducted using three different metrics. Several setsof experiments are performed to assess the optimal value for the LOF thresholdand to understand the model’s performance. The thesis work results in a strongLOF value which yields an acceptable F1 score, signifying the accuracy of theimplementation is at a satisfactory level. / I denna uppsats är huvudfokuset att formulera och testa en lämplig modellför detektion av exogena fel i svärmar som innehåller obemannade flygfordon(UAV:er), vilka utgör autonoma luftburna system. Examensarbetet ochforskningsfrågan tillhandahölls av FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut.Inspirerad av tidigare arbete används beteendemässiga egenskapsvektorer(BFV:er) för att simulera rörelserna hos UAV:erna och för att identifieraavvikelser i deras beteenden. Den valda algoritmen för felavkänning är en densitetsbaserad klusterana-lysmetod som kallas Local Outlier Factor (LOF). Denna metod byggerpå k-Nearest Neighbor-algoritmen och använder densiteter för att upptäckaavvikande datapunkter. I denna uppsats implementeras den för att detekterafelaktiga agenter inom svärmen baserat på deras beteende. En förväxlings-matris(Confusion Matrix) och dess tillhörande ekvationer används för attutvärdera metodens noggrannhet. Sex egenskaper valdes för undersökning i LOF-algoritmen. De första tvåegenskaperna bedömer antalet grannar i en cirkel runt agenter, medande andra beaktar avstånd, höjd, hastighet och rotation. Tre olika feltyperimplementeras och framkallas hos en av agenterna inom svärmen. De förstatvå felen är motorfel, och det sista är ett sensorfel. Algoritmen implementerasframgångsrikt och utvärderingen av felen genomförs med hjälp av treolika mått. Ett antal uppsättningar av experiment utförs för att hitta detoptimala värdet för LOF-gränsen och för att förstå modellens prestanda.Examensarbetet resultat är ett optimalt LOF-värde som genererar ettacceptabelt F1-score, vilket innebär att noggrannheten för implementationennår en tillfredsställande nivå.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-340511 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Westberg, Maja |
| Publisher | KTH, Matematik (Avd.) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2023:447 |
Page generated in 0.0023 seconds