İnsansız Hava Araçları İçin Otopilot Sistemi Geliştirme Projesi Ar-ge Çalışmaları

Transkript

1 İnsansız Hava Araçları İçin Otopilot Sistemi Geliştirme Projesi Ar-ge Çalışmaları Research And Development Works For Autopilot Systems Of Unmanned Aerial Vehicles Dilek BAŞARAN BİL 1 ABSTRACT: Within the content of this paper, the works carried out for the development of a new autopilot system; which is called as ORSİOS-1 is introduced. The research and development phases of this new autopilot system has been just started by DB MARS Information Technologies and Defence Industry, which is a new and high-tech technology producer/maker company in Ankara, Turkey. Autopilot systems are used on all kind of vehicles (air vehicles, land vehicles, sea and underwater vehicles), mobile systems or robotic systems and they can be accepted as the heart of these vehicles. Due to complex, advanced and critical (CAC) technologies of autopilot systems; the above listed vehicles can move on a predetermined path without losing their controls and perform an autonomous motion without human intervention. The research and development works, lessons learned and the new prototype products of DB MARS Company is presented related with the ORSİOS-1 Autopilot Development Project. The different features of the autopilot system which is still being developed by DB MARS; the contribution of the autopilot system to the technology; the test and communication infrastructure of the autopilot test and development center in DB MARS Company will try to be clarified within the content of this paper; while providing extensive literature survey on autopilot systems with different technological levels. Key Words: Autopilot, Mobile, UAV, Robotic, Autonomy, Control ÖZET: Bu çalışma kapsamında insansız hava aracı sistemleri ve diğer mobil sistemler, araçlar veya robotik sistemler için, DB MARS Bilişim Teknolojileri ve Savunma Sanayi Tic. Ltd. Şti tarafından geliştirilen; yüksek ve ileri teknoloji içerikli ORSİOS-1 Otopilot Sistemi ne yönelik AR-GE faaliyetleri hakkında bilgi verilecektir. Bu bildiri kapsamında ayrıca, dünya pazarında hali hazırda kullanılan farklı teknoloji seviyelerindeki otopilot sistemlerine yönelik literatür araştırmalarına da yer verilmiştir. Otopilot sistemleri mobil araçların (hava, kara, deniz ve denizaltı), mobil sistemlerin veya robotik sistemlerin kalbi sayılır. Dolayısı ile otopilot sistemleri Kompleks, İleri ve Kritik (KİK) teknoloji içerikli yapıları ile bu araçlara belli bir hedef güzergâh üzerinde kontrollü ve otonom olarak hareket edebilme yetkinliği kazandıran önemli sistemlerdir. DB MARS Firması nın Otonom Robotik Sistemler İçin Otopilot Sistemi (ORSİOS) Projesi ne ilişkin gerçekleştirilen AR-GE çalışmaları ve bu çalışmalar kapsamında ortaya çıkan ilk örnek ürünler ile kazanılan deneyimler hakkında bildiri içerisinde bilgi verilmesi amaçlanmaktadır. Geliştirilen ORSİOS-1 Otopilot Sisteminin sahada bulunan diğer otopilot sistemlerinden olan farklı yönleri, teknolojiye katkısı ve kurulan otopilot test altyapısı ile hem otopilot sistemlerinin geliştirilme süreci hem de iletişim ve test altyapısı anlamında kazanılan bilimsel ve teknik deyimler de yine bu bildiri içerisinde paylaşılacaktır. Anahtar Kelime: Otopilot, Mobil, İHA, Robotik, Otonomi, Algılama, Kontrol 1 Makine Yüksek Mühendisi, DB MARS Bilişim Teknolojileri ve Savunma Sanayi Tic. Ltd. Şti., dilek.basaranbil@dbmars.com 570

2 1. Otopilot Sistemlerine Genel Bakış Otopilot sistemleri hava, kara, uzay, deniz ve denizaltı araçlarının, mobil sistemlerin veya mobil robotların belli bir hedef güzergâh üzerinde kontrollü ve/veya otomatik olarak (insan müdahalesi olmadan) gitmelerini sağlayan karmaşık sistemlerdir. Uçaklarda, helikopterlerde, füzelerde, uzay araçlarında, uydularda, gemilerde, botlarda, deniz altı araçlarında, kara araçlarında ve özel mobil robotik sistemlerde otopilot sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Literatürde farklı teknoloji seviyelerinde Açık (A)/Kapalı (K) donanım ve yazılımlı otopilot sistemleri vardır. Bunlardan bazıları Tablo-1 de listelenmiştir Tablo-1 Farklı Teknoloji Seviyelerindeki Otopilot Sistemleri [1], [2], [4], [5], [8] Temel Otopilot Sistemleri pximu ArduCopter (A) Arsov AUAV-X2 MatrixPilot ArduPilotMega, APM (A) (1.0, 2.0, 2.5, 2.6) Erle-Brain UAVDevBoard OpenPilot (A) FlyMaple GentleNav Paparazzi (A) EasyPilot 3.0 (K) FlexiPilot Slugs (A) VRBrain (K) SmartAP Autopilot PX4 FMU (A) NAVIO+ (K) AutoQuad6 Autopilot Pixhawk (A) Piccolo Cloud Cap (K) Parrot AR Drone 2.0 Pixhawk Fire Cape (PXF) Micro Pilot (K) Yukarıdaki otopilot sistemleri dışında, ülkemizdeki bazı savunma şirketlerinin de AR-GE çalışmaları kapsamında otopilot sistemleri geliştirdikleri söylenmekte olup; sahada veya pazarda bu alanda geliştirilen ürünlere henüz rastlanmamıştır. Otopilot sistemlerinin hızlı veri iletim ve işlem kabiliyetine sahip olması; hafıza veya veri depolama alanlarının olabildiğince büyük olması beklenmektedir. Bu nedenle, dünya pazarında bulunan temel otopilot sistemlerinin işlemcileri ve hafızaları üzerinde Tablo-2 de belirtilen incelemeler yapılmıştır. Tablo-2. Temel Otopilot Sistemlerinin İşletim Sistemi, İşlemci, Hız ve Hafıza Kapasitesi Karşılaştırmaları APM 2.x Arsov AUAV-X2 FlyMaple PX4 Pixhawk VRBrain 5 32bit Copter Erle-Brain İşletim Sistemi - NuttX - NuttX NuttX NuttX Linux Ubuntu İşlemci AtMega 2560 STM32F427VI ARM µc STM32F100C8T6 ARM µc STM32F103RET6 ARM Cortex-M3 µc Maple RET6 Tabanlı ARM Cortex-M4F µc, DSP ile 168MHz de çalışır ve kayar noktalı donanım hızlandırıcıya sahiptir. 32-bit STM32F427 Cortex M4 core ve FPU 32 bit STM32F103 arıza-güvenli destek-işlemci ARM Cortex M4F µc ile DSP ve FPU. 1 GHz Hafıza 2.6 (4 MB) SD Card 72MHz 64KB SRAM 512KB anlık bellek ROM 168MHz 192KB of RAM 1024KB of anlık bellek 168 MHz 256 KB RAM 2 MB anlık bellek 192KB of RAM 1024KB anlık bellek 1 GHz 512 MB DDR3 ile 4GB anlık bellek (8bit Gömülü MMC) 571

3 Otopilot sistemlerinin kullandığı algılayıcılar; olabildiğince hassas ölçüm yapabilme kabiliyetine sahip olmalıdır. Bu nedenle, yukarıda belirtilen temel otopilot sistemlerinden bazılarının kullandığı algılayıcılar incelenerek Tablo-3 de listelenmiştir. Tablo-3 Temel Otopilot Sistemi Algılayıcıları APM 2.x Arsov AUAV-X2 FlyMaple PixHawk Fire Cape (PXF) Pixhawk Erle-Brain NAVIO + KKS (GPS) AÖB (IMU) Dönü ölçer (Jiroskop) İvme Ölçer Magnetik Yön Ölçer (Pusula / Kumpas) Basınç Ölçer 6MGPS/ 6HGPS için Invense MPU için HMC588 3L-TR MS BA03 ST Micro L3GD20 3-eksenli 16- bit dönü ölçer Invensense MPU eksenli ivme ve dönü ölçer ST Micro LSM303D ITG3205 ADXL345 - HMC5883 MPU9250 (9 DOF) Invensense MPU eksenli ivme ve dönü ölçer LSM9DS0 MEAS MS5611 BMP085 MS BA ST Micro LSM303D 3- axis 14-bit ivmeölçer / pusula ST Micro L3GD20 3-eksenli 16- bit dönü ölçer Invensense MPU eksenli ivme ve dönü ölçer ST Micro LSM303D / L3GD20 ST Micro LSM303D MEAS MS5611 MPU9250 (9DOF) MPU eksenli dönü ve ivmeölçer, kart üzerinde karmaşık hareket füzyon algoritmaları çalıştıran Digital Motion Processor (DMP ); ve market lideri olduğu söylenen 3 eksenli AK8963 dijital kumpasa sahiptir. Invensense MPU eksenli ivme ve dönü ölçer LSM9DS0 MS BA U-blox M8N Glonass/ GPS MPU9250 (9DOF) Beidou; ADS1115 güç gözlem için ADC; MB85RC FRAM depolama HAT EEPROM PCA9685 PWM üreteci RGB LED MS5611 Temel otopilot sistemlerinde kullanılan arayüzler, destek ekipmanları ve güç üniteleri ise Tablo-4 de özetlenmiştir: 572

4 Arsov AUAV-X2 Tablo-4. Temel Otopilot Sistemleri Arayüzleri, Destek Ekipmanlar ve Güç Üniteleri PixHawk FlyMaple Fire Cape Pixhawk Erle-Brain NAVIO + (PXF) VRBrain 5 32bit Copter 8 RC giriş standart PPM, PPMSUM, SBUS Arqayüzler ve Destek Ekipmanlar Güç Sistemi 3 UART, 1 CAN, 1 I 2 C, 1 SPI, 2 ADC, 8 x PWM Alıcı Girişi 8 ayrı IO pini TC2030-CTX-NL 6- Pin kablo için 2 x JTAG konnektörü Mikro SD kart tutucu Mikro USB konnektörü TPS63061 DC-DC Buck-Boost tabanlı yeni güç kaynağı 6channel ESC/Servo kontrolü için 3x 6-Kanal GPIO, RC alıcı çıkışlarını yakalamak için 3x 8- Kanal GPIO, XBee ve GPS için hazır 2x USART (seri) port Ultrasonik irtifa ölçerler için hazır 2x I2C arayüzler Arduino katmanları ile uyumlu dişi başlı arayüzler (AREF, GND) SWD/JTAG böcek ayıklayıcı uyumlu 2p JST konnektörden 7 12v harici güç kaynağı Çıkış voltajı: 3.3v/5v veya harici giriş gücü SPI, 3xI2C, 2xUART, CAN, Buzzer, Safety, 8 PWM kanalı, PPM, S.Bus, ADC, Specktrum Klasik güç modülü 5x UART (seri port), bir yüksek-güç yetkinlikli, 2x donanım akış kontrollü 2x CAN Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X Uydu girişleri D8 e kadar uyumlu (DX9 ve üzeri desteklenmemektedir.) Futaba S.BUS uyumlu giriş ve çıkış PPM toplam sinyal RSSI (PWM veya voltaj) giriş, I2C, SPI 3.3 ve 6.6V ADC girişleri Harici mikro USB port Otomatik arıza önleyici ideal diyot kontrolcü Yüksek güçlü ve yüksek akımlı Servolar (7 V) Tüm destek çıkışları yüksek akım korumalı ve tüm girişler ESD korumalıdır. SPI, 3xI 2 C, 2xUART, CAN, Buzzer, Safety, 8 PWM kanallar, PPM, S.Bus, ADC, Specktrum, 2xUSB, Eternet 13 PWM servo çıkışı PPM girişi UART, SPI, I 2 C için eklentiler Üç yedekli güç kaynağı Güç modül konnektörü 490 Hz de 8 RC çıkış Veri toplamak için yüksek hızlı bütünleşik anlık bellek 1 Can bus, 2 x i2c Bus, 3 Seri port (1 tanesi GPS için, 1 tanesi seri opsiyonel ve 1 tanesi telemetri için. 3 dijital anahtar (ULN2003). Kart üzerinde gerçek zamanlı hata ayıklama için Jtag desteği. 1 Buzzer çıkışı. Lipo voltaj kontrolü için 1 giriş. Özellikle hava araçları için oldukça kritik olan bir diğer husus ise sistemlerin ağırlıklarının olabildiğince hafif ve boyutlarının olabildiğince küçük olmasıdır. Tablo-5 de yukarıda incelenen otopilot sistemlerinin bu değerleri incelenmiştir. Ağıırlık [gr] ve Boyutlar [mm] APM 2.x Tablo-5. Temel Otopilot Sistemlerinin Ağırlık ve Boyut Değerleri PixHawk Fire Erle- FlyMaple PX4 Pixhawk Cape (PXF) Brain NAVI O + VRBrain 5 32bit Copter Ağırlık (1.31 oz) Genişlik (1.96 ) Kalınlık (.613 ) Uzunluk (3.21 )

5 Otopilot sistemlerinin donanım ve yazılım geliştirme süreçlerinin yanı sıra, diğer destek yazılımların kullanılması ve geliştirilmesi de gerekmektedir. Yer Kontrol İstasyonu yazılımları, modelleme ve simülasyon yazılımları ve arayüz yazılımları bunlardan sadece birkaçını oluşturmaktadır. Tablo-6 da literatürde kullanılan bazı yer kontrol istasyonları ve bunların destekledikleri işletim sistemlerine ilişkin bilgiler verilmiştir. Tablo-6 Yer Kontrol İstasyonları ve İşletim Sistemleri [3], [4], [9] Yer Kontrol İstasyonu Yazılımları Desteklenen İşletim Sistemleri Geliştirilen Platform ve Diller APM Planner 2.0 (A) Windows, Linux (Debian, Wheezy), C ++ Dili ve QT Mac OSX Kütüphaneleri Mission Planner (A) Windows (Mono ile Linux ve Mac OS da da C # çalışabilir.) Q-Ground Control (A) Windows / Linux / Mac OS C ++ Dili ve QT Kütüphaneleri DroidPlanner2 (A) Android (4.0 ve üzeri) IDE+ Android SDK, Android Studio, Java 1.7 Tower (DroidPlanner3) (A) Android (4.0 ve üzeri) Android Studio, Java Andropilot (A) Android (4.0 ve üzeri) Android Studio, Java Skyview (K) Windows C++ Otopilot geliştirme çalışmalarını destekleyen program kategorilerinden bir diğeri de modelleme ve benzetim araçlarıdır. Bu benzetim programları ve çalışmalarda kullanılabilecek diğer bazı alternatif programlar Tablo- 7 de listelenmiştir: Tablo-7 Simülatörler ve Destek Programlar Simülatör Programları PXF Cape (PixhawkFire) ROS (Robot Operating System) (A) MinimOSD MAVProxy MAVLink Fritzing (A) Kikad (A) Flight Gear (A) X-Plane (A)/(K) Grafik Destek Arayüzü Linux tabanlı otopilotlar için test platformu İşletim sistemi değildir. Robotik platform geliştirilmesinde kullanılır. Uçuş verilerinin monitör ekranı üzerinde gözlenmesine yardımcı olan programdır. Komut satırı üzerinden betikler (ing. scripts) ile çalışan yer kontrol istasyonudur. Yer kontrol istasyonu, uçuş kontrolcüsü ve diğer destek donanımlar ile haberleşmeyi sağlayan iletişim protokolüdür. Donanım Tasarım Simülasyon Programı Donanım Tasarım Programı Open Scene Graph (C++ ve OpenGL) tabanlı görsel arayüz içerir. Uçuş Simülatörü Uçuş Simülatörü Otopilot sistem donanımları olarak da birçok alternatif mevcuttur. Temel veya oldukça basit otopilot uygulamaları için kullanılabilecek donanım alternatiflerinin listesi Tablo-8 de belirtilmiştir: Tablo-8 Otopilot Donanım Kart Alternatifleri (Sadece Temel Otopilot Uygulamaları İçin Geçerlidir.) [6], [7] 574

6 Alternatif Donanım Kartları Arduino ArduinoMega VRBrain BBB+PXF (Pixhawk ın yerine geçecek.) FlyMaple NAVIO ile Raspberry Pi Beagle Bone Black (BBB) AP-HAL Donanım Soyutlama Katmanı (ing. Hardware Abstraction Layer) Yukarıda oldukça temel otopilot sistemleri için verilen donanım, yazılım, simülatör, işletim sistemleri ve destek programlarının içeriklerinden de anlaşılacağı üzere; otopilot sistemleri doğası gereği yüksek ve kritik teknoloji içerikli alt sistemleri ve yazılımları bünyesinde barındırmaktadır. Dolayısı ile geliştirilecek olan otopilot sistemlerinde ve destek sistemlerinden tüm bu donanımsal, yazılımsal ve fiziksel kriterler göz önüne alınmalıdır. Dolayısı ile otopilot sistemleri temel olarak mekanik, elektronik ve yazılım bileşenlerinden oluşmaktadır. Otopilot sistemlerinin bu bileşenler kapsamında içerdiği alt sistem teknolojileri, özetle aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir: Hassas Algılayıcı Teknolojisi Veri Toplama, İşleme ve Anlamlandırma Teknolojisi Kontrol Teknolojisi (Uzaktan Kontrol ve Otonom Kontrol) Haberleşme ve Veri İletim Teknolojileri Yazılım Geliştirme Teknolojisi Donanım Geliştirme Teknolojisi Arayüz Geliştirme ve Entegrasyon Test Altyapısı Diğer Destek Teknolojiler (Yer kontrol istasyonları, Simülatörler, İletişim protokolleri ve araçları, Donanım/Yazılım geliştirme ve tasarım araçları) 1.1. ORSİOS-1 Otopilot Sistemi: Otonom Robotik Sistemler İçin Otopilot Sistemi (ORSİOS) geliştirme projesi, DB MARS Bilişim Teknolojileri ve Savunma Sanayi Firması tarafından gerçekleştirilen ve TÜBİTAK tarafından desteklenen; yerli kritik teknoloji geliştirmeye ve bu alanda bilgi birikimini arttırmaya yönelik olarak sürdürülen milli bir AR-GE projesidir. Bu bildiri kapsamında, otopilot sistemlerine genel bakış başlığı altında belirtilen çalışmaların önemli bir parçası olan Test Altyapısı geliştirilmesine yönelik AR-GE çalışmaları hakkında bilgi verilecektir. Otopilot sistemlerinin en önemli parçalarından birisi hassas algılayıcı teknolojisidir. Otopilot sistemi geliştirme çalışmalarına başlamak için gerekli olan en temel algılayılar tedarik edilerek; bu algılayıcıları çalıştırmak, birbileri ile uyumlu hale getirmek ve ilgili donanımlar ile bağlayabilmek için özel olarak geliştirilen donanım kartlarına ve yazılımlara kısacası özel bir test altyapısına ihtiyaç duyulmaktadır. Yürütülen Test Altyapısı 575

7 geliştirme çalışmaları kapsamında; özel donanım kartları ve arayüz yazılımları geliştirilmekte ve otopilot geliştirme altyapısının hazırlanmasına yönelik yoğun çalışmalar devam etmektedir Donanım Altyapısı Geliştirme AR-GE Çalışmaları Otopilot geliştirme çalışmaları için test altyapısında kullanılmak üzere özel olarak tasarlanan algılayıcı donanım kartı; 3 eksenli ivme ölçer, 3 eksenli iki adet dönü ölçer (jiroskop), 3 eksenli kumpas (manyetometre), irtifa ölçer, basınç ölçer (barometre), iki adet sıcaklık ölçer ve nem ölçer algılayıcılarından oluşmaktadır. Bu modüle ileriki aşamalarda başka destek algılayıcıların da eklenmesi planlanmaktadır. Ayrıca sistemde konum bilgisi edinmek için GPS modülü kullanılmaktadır. Algılayıcılar haberleşme protokolü olarak I 2 C seri port arayüzünü kullanmaktadırlar. GPS modülü ise yazılımsal olarak geliştirilen soft-serial arayüzü üzerinden veri toplamaktadır. I 2 C seri port arayüzü kullanımında dikkat edilmesi gereken noktalardan bir tanesi, algılayıcıların adreslerinin farklı olması gerekliliğidir. Tablo-9 da görüleceği gibi iki adet dönü ölçer algılayıcısının adreslerinde çakışma gözlenmiştir. Bu nedenle seçilen algılayıcıların hem yazılımsal hem de donanımsal olarak adresleri sırası ile Tablo-9 ve Tablo-10 da belirtildiği şekilde değiştirilmiştir. Özetle ADO bölgesi değiştirilerek; donanımsal adres değişikliği sağlanmıştır. Yazılımsal olarak algılayıcı kodu içerisindeki tanımlarda aşağıdaki komut değişiklikleri ile adres değişikliği gerçekleştirilmiştir. 0x69 için gyro.init (algılayıcı_addr_ad0_high); 0x68 için gyro.init (algılayıcı_addr_ad0_low); Tablo-9 Algılayıcıların Yazılımsal Adres Değişiklikleri (I 2 C seri port arayüz iletişimi için) Eski Algılayıcılar Adresler (Hex) Üç eksenli ivme ölçer 0x1C / 0x1D Üç eksenli dönü ölçer 0x68 / (jiroskop)-1 0x69 Üç eksenli dönü ölçer (jiroskop)-2 Üç eksenli kumpas (manyetometre) Yeni Adresler (Hex) Yazılım Adresleri (Integer) 0x1D 29 0x x69 0x x1E 0x1E 30 İrtifa ölçer (Barometre, Abs.) 0x60 0x60 96 Basınç ölçer (Barometre, 0x77 0x Dijital) Sıcaklık Ölçer Nem Ölçer Geliştirilen Donanım Sensör Kartı 576

8 Tablo-10 Algılayıcıların Donanımsal Adres Değişiklikleri (I 2 C seri port arayüz iletişimi için) Durum Öncesi Sonrası Üç eksenli dönü ölçer (jiroskop)-1 Donanımsal adres değişikliği Adres 0x69 0x68 Ön prototip test altyapısı geliştirme çalışmalarında kullanılan MEMS algılayıcıların teknik özelliklerinden bazıları Tablo-11 de listelenmiştir. Tüm bu algılayıcılar DB MARS Bilişim Teknolojileri ve Savunma Sanayi tarafından özel olarak geliştirilen ve prototip olarak üretilen donanım kartına entegre edilmiştir. Bu algılayıcılardan toplanan verilerde gerçek zamanlı olarak Veri Toplama, Analiz, İletişim ve Otomatik Kontrol Arayüz Programı na kablolu/kablosuz iletişim yöntemleri ile aktarılabilmektedir. Tablo-11 Algılayıcıların Teknik Özellikleri İvme Ölçer Algılayıcısı (Üç Eksenli) Teknik Özellikler Değerler Ölçüm Seçim Değerleri (Dinamik olarak seçilebilir.) ±2g/±4g/±8g (ing. dynamically selectable fullscale) Çıkış Veri Oranı (Output Data Rates (ODR) 1.56 Hz den 800 Hz e Dijital çıkış 12-bit ve 8-bit dijital çıkış Kaynak Gerilim (ing. Supply Voltage) 1.95 V to 3.6 V Arayüz Voltajı (ing. Interface Voltage) 1.6 V to 3.6 V Akım Tüketimi (ing. Current Consumption) 6 μa 165 μa I 2 C dijital çıkış arayüzü (ing. digital output (ing. operates to 2.25 MHz with 4.7 kω pullup) interface) Altı kesme kaynağından ikisi programlanabilir. (ing. Two programmable interrupt pins for six interrupt sources) Gömülü üç kanaldan hareket saptama (ing. Three embedded channels of motion detection) Ayarlı histerisis ile yön tayini (ing. Orientation (Portrait/Landscape) detection with set hysteresis) Yüksek geçirgenlikli filtre verisi gerçek zamanlı olarak sağlanabilir. (ing. High Pass Filter Data available real-time) Dönüölçer-1 Algılayıcısı (Üç Eksenli) Angular velocity sensitivity (3 farklı seçim ±250 /s, ±500 /s ve ±2000 /s yapılabilir.) Arayüzler Dijital I²C veya SPI üzerinden Kart üzerinde lineer 3.3V'luk regülatör Giriş voltajının 2.5 V V arasında olmasına imkan sağlamaktadır. Pinler arası mesafe Standart 0.1" Çıkış biçimi (I ² C / SPI) Eksen başına bir 16-bit okuma Çalışma gerilimi 2.5 V V Boyutlar mm 577

9 Ağırlık 0.7 g Dönüölçer-2 Algılayıcısı (Üç Eksenli) Teknik Özellikler Değerler Ölçüm Seçim Üç seçimli 250/500/2000 dps (ing. Three selectable full scales) Değerleri Voltaj Aralığı Geniş güç voltaj aralığı (2,4 V dan 3.6V) (ing. Wide supply voltage: 2.4 V to 3.6 V) Pin Voltajı Düşük voltaj-uyumlu Giriş/Çıkış Pinleri (1,8V) (ing. Low voltage-compatible IOs (1.8 V)) Çıkış Arayüzü I 2 C/SPI dijital çıkış arayüzü (ing. I 2 C/SPI Digital output interface) Veri Hızı 16 bit lik veri çıkış hızı (ing. 16 bit-rate value data output) Destek Algılayıcılar Gömülü sıcaklık algılayıcısı (ing. Embedded temperature sensor) 8-bit sıcaklık veri çıkışı (ing. 8-bit temperature data output) Diğer Özellikler Gömülü güç kapama ve uyku modu (ing. Embedded power-down and sleep mode) Çevresel Dayanım Yüksek şok dayanımı (ing. High shock survivability) Dijital Pusula (Üç Eksenli) (Kumpas/Magnetometre/Kuzeye göre manyetik yön ölçer) Çözünürlük 5 milli-gauss İletişim I 2 C Kart Besleme Voltajı 2.2V ila 3.6V DC arasında regüle edilmiş besleme gerekmektedir. Boyutlar 17.8 mm x 17.8 mm Sıcaklık ve Nem Ölçer Algılayıcısı -40 C ile +128 C sıcaklıkları arasında ± 0.5 C hata ile sıcaklık ölçümü ± % 3.5 hata ile nem ölçümü 14 bitlik AD dönüştürücü ve seri haberleşme ünitesi içermektedir. Sıcaklık değeri 14 bit çözünürlüktedir. (Varsayılan değerdir, istendiğinde 12 bit seçilebilmektedir.) Nem değeri 12 bit çözünürlüktedir. (Varsayılan değerdir, istendiğinde 8 bit seçilebilmektedir.) Hava Hızı Ölçer Algılayıcısı (ing. Airspeed Sensor) (Analog) -2 den 2kPa ya kadar ( psi arası) Vakum ölçebilmektedir. (Pozitif ve negatif basınçları ölçebilmek için tasarlanmıştır.) 0.5 ten 4.5V a kadar çıkış Ağırlık: 4 gr. MEMS İrtifa Ölçer Algılayıcısı (Abs.) Teknik Özellikler Değerler Maksimum Çalışma Basıncı 110 kpa Minimum çalışma basıncı 20 kpa 20 kpa 110 kpa (Teknik veri dokümanı) Çalışma Basınç Aralığı 50 kpa 110 kpa (10 Km irtifaya kadar) (Uygulama sonuçları) 1.5 Pa / 0.3 m irtifa çözünürlüğü Maksimum yükleme/dayanım 500 kpa basıncı Maksimum Çalışma Sıcaklığı +85 C Çalışma Sıcaklık Aralığı Minimum Çalışma Sıcaklığı -40 C -40 C +85 C Girdi Gerilimi (Vin) 3V-5V 578

10 Dijital Basınç Ölçer Algılayıcısı Teknik Özellikler Değerler Maksimum Çalışma Basıncı 1100 hpa =110 kpa Çalışma Basınç Aralığı 30 kpa 110 kpa (9000 m to -500 m above sea level) 3 Pa/ 0.25m irtifa çözünürlüğü Maksimum Çalışma Sıcaklığı +85 C Çalışma Sıcaklık Aralığı Minimum Çalışma Sıcaklığı -40 C -40 C +85 C ve ± 2 C hata payı Girdi Gerilimi (Vin) 3V-5V Yukarıda verilen basınç ve irtifa algılayıcılarının ölçtükleri verileri doğrulamak için [10] içerisindeki Şekil-1 de verilen değerler ile her iki algılayıcıdan toplanan veriler karşılaştırılmış; böylece kalibrasyonlar yapılarak doğrulama yöntemi uygulanmıştır. Standart Atmosferin SI Birimi ile Fiziksel Özellikleri US, 1976 İrtifa (metre) Sıcaklık (K) Basınç (Pa) Yoğunluk (kg/m 3 ) Akışkanlık (N-s/m 2 ) Temel Kabuller Hava temiz, kuru ve ideal gaz karışımıdır; spesifik ısı oranı=1.4; 86 km deki moleküler ağırlığı= Deniz seviyesi temel oranlar (%): N , O , Ar-0.934, CO Ne , He , CH Şekil-1. İrtifa, Sıcaklık, Basınç, Yoğunluk ve Akmazlık İlişkileri [10] İvmeölçer ve dönüölçer kalibrasyonlarında ise, aynı hareket için aynı bilgileri toplayan diğer cihazlar ile ölçülen değerlerin karşılaştırılması yöntemi uygulanmaktadır. Algılayıcıların karşılaştırılması, kalibrasyonu ve doğrulamalarına yönelik çalışmalar bu yönde hızla devam etmektedir. Gerekli olması durumunda özel filtreler ile gürültülerin giderilmesi ve olabildiğince hassas ölçüm alınabilmesi sağlanacaktır. Çalışma kapsamında çeşit ve tip olarak birçok farklı algılayıcı kullanılarak; ölçüm hassasiyetlerine, tepki sürelerine ve algılayıcıların çevresel etkileşimlerine yönelik analiz çalışmaları sürdürülmektedir. Analiz ve testler sonucunda; geliştirilen otopilot sisteminde ve test altyapısında kullanılacak hassas algılayıcılara karar verilecektir. 579

11 Yukarıda listelenen algılayıcılara ek olarak titreşim, eğim, gaz ve gerekli olan diğer algılayıcılar da sisteme en kısa zamanda eklenecektir. İvme ölçerler titreşimden çok fazla etkilendikleri için, ölçülen titreşim değerlerinin takip edilmesi önem taşımaktadır. Eğim algılayıcısı, hava aracının dik ve sert manevralarının hızlı bir şekilde algılanmasında kullanılacaktır. Gaz algılayıcı ise sistemde batarya ve donanım kartlarının kullanılması nedeni ile; tehlike veya yangın oluşma ihtimaline karşı ikaz ve uyarı algılayıcısı olarak tedbir amaçlı kullanılacaktır. Bu sensörlerin tamamı kullanıma alınmış; ancak henüz ara yüze aktarılamamıştır Yazılım Altyapısı Geliştirme AR-GE Çalışmaları Otopilot sistemi ve test altyapısı geliştirme çalışmaları kapsamında veri toplama, işleme ve anlamlandırma teknolojisi de yer almaktadır. Bu teknolojiler ile belirtilmek istenen, algılayıcılar vasıtası ile toplanan bilgilerin veya verinin nasıl gözleneceği, nasıl değerlendirileceği ve nasıl faydalı hale getirilip kontrol uygulamalarında kullanılabileceğine yönelik olarak; ihtiyaç duyulan sistem, yazılım veya donanım çözümlerinin geliştirilmesidir. Bu konuda yapılan çalışmalarda geliştirilmesi gereken en temel hususlardan bazıları aşağıda listelenmiştir: Veri ölçüm ve takip sistemi arayüzü (donanımsal ve yazılımsal) Veri işleme sistemi arayüzü (donanımsal ve yazılımsal) Veri iletişim sistemi arayüzü (donanımsal ve yazılımsal) Veri anlamlandırma sistemi arayüzü (donanımsal ve yazılımsal) Algılayıcı Veri Ölçümleri ve Veri Takip Sistemi Arayüzü Otopilot sistemlerinin kritik önem taşıyan alt sistemlerinden birisi; hassas algılayıcı teknolojisidir. Geliştirdiğimiz sistemlerde kullanılan ve ölçümler alınan algılayıcılardan bazıları Tablo-12 de belirtilmiştir: Küresel Konumlama Sistemi (KKS) GPS Modülü (ing. Global Positioning System) Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB) (ing. Inertial Measurement Unit (IMU)) Üç Eksenli (X,Y,Z) İvme Ölçer Algılayıcı Modülü Üç Eksenli (X,Y,Z) Jiroskop (Dönü Hızı Ölçer) Algılayıcı Modülü Üç Eksenli (X,Y,Z) Magnetik Yön Ölçer veya Kumpas Algılayıcı Modülü (Manyetik kuzey yönüne göre) Kamera Modülü IR-Hareket Algılayıcı Modülü Sonar- Hareket Algılayıcı Modülü Tablo-12 Algılayıcı Modülleri İrtifa Ölçer Algılayıcı Modülü Basınç Ölçer (ing. Barometer) Algılayıcı Modülü Hava Hızı Ölçme Modülü Sıcaklık Algılayıcı Modülü Nem Algılayıcı Modülü Gaz Algılayıcı Modülü Güneş Işın Açısı Algılayıcı Modülü (LDR) IR-Mesafe Modülü Sonar-Mesafe Modülü Algılayıcı Algılayıcı Titreşim Ölçer Algılayıcı Modülü Eğim Ölçer Algılayıcı Modülü Akım/Voltaj Algılayıcı Modülü Potansiyometre İleride Eklenecek Modüller Laser Algılayıcı Modülü Radar Modülü Algılayıcı verilerinin gerçek zamanlı olarak toplandığı ve takip edildiği arayüz programına ilişkin görseller geliştirme sürecine bağlı olarak; Şekil-2 de verilmiştir. Bu çalışma ile bazı algılayıcıların ölçtüğü değerlerin 580

12 kalibrasyon ve filtrelemeye ihtiyacı olduğu gözlenmiştir. Ara yüzde okunan değerler yazılımsal olarak kayan noktalı olup; ölçüm hassasiyetini göstermemektedir. Şekil-2. Gerçek Zamanlı Algılayıcı Verisi Toplama ve Takip Arayüzü Algılayıcılar arasındaki önemli sistemlerden birisi de Küresel Konumlama Sistemi (KKS) (ing. Global Positioning System, GPS) dir. KKS içerisinde yer alan mesajların içerikleri/değerleri; arayüzde gerçek zamanlı olarak Şekil-3 deki gibi görülmektedir. 581

13 Şekil-3. Gerçek Zamanlı Küresel Konumlama Sistemi Veri Takip Arayüzü Yukarıdaki ara yüzde değerleri okunan GPS mesajlarının içerik detayları aşağıda; Şekil-13 de içerisinde verilmiştir. GPS, mesaj paketi olarak NMEA protokolünü kullanmaktadır [12]. GPS in desteklediği mesaj paketleri Şekil-13 de belirtilmiştir. Arayüzler geliştirme aşamasında olup adet ve tip olarak birçok farklı algılayıcınında arayüze entegre edilmesi planlanmaktadır. Hem geliştirilen otopilot tarafından toplanan veriler; hem de hesaplanan veya ölçülen diğer veriler bu arayüz üzerinden hızlı bir şekilde gözlenerek gerekli kontrol işlemleri gerçekleştirilebilecektir Veri İşleme Sistemi Arayüzü Algılayıcılardan veya iletişim hatları üzerinden toplanan verilerin anlamlı olabilmesi veya kullanılabilmesi için verilerin yazılımsal olarak işlenmesi gerekmektedir. Toplanan verilerin bir kısmı sadece işlenmekle kalmayıp aynı zamanda başka uygulama yazılımları vasıtası ile de incelenip daha farklı işlemlere tabi tutulabilmektedir. Dolayısı ile Veri İşleme Sistemi Arayüzü ile; bu etkileşimli yazılım geliştirme çalışmalarının tümü kasdedilmektedir Veri İletişim Sistemleri Arayüzü DB MARS bünyesinde geliştirilen veri iletişim sistemi altyapısı ile; sistemden toplanan algılayıcı verileri ve ölçülen değerler aşağıdaki alternatif iletişim yöntemleri kullanılarak bir noktadan diğer bir noktaya kablolu veya kablosuz olarak aktarılabilmektedir: Seri Port (Kablolu İletişim) Ethernet (Kablolu İletişim) Bluetooth (Kablosuz İletişim) RF (Kablosuz İletişim) Wi-Fi (Kablosuz İletişim) 582

14 Toplanan verilerin nasıl ve nerelere aktarılabileceğine ilişkin veri akış şeması Şekil-4 deki gibidir: Şekil-4 Veri Akış Şeması Toplanan veriler yukarıda belirtilen iletişim yöntemlerinden herhangi biri seçilerek bir noktadan diğer bir noktaya iletilebilecektir. Geliştirilen veri iletişim arayüzüne ilişkin görsel Şekil-5 de verilmiştir: 583

15 Şekil-5 Veri İletişim Modülü Seçim Arayüzü Her bir iletişim sistemine ait frekans bandı ve ilgili port ayarları yapılarak; istenilen algılayıcı modülünden toplanan veriler bir noktadan diğer bir noktaya yapılacak seçime göre kablolu veya kablosuz olarak aktarılabilmektedir. Yukarıdaki arayüzden ilgili modüllerin seçimi, veri iletişimi için gerekli olan frekans band ayarlamaları ve seri port seçim arayüzleri örnek olarak Şekil-6 da belirtildiği biçimde yapılabilmektedir. Ayrıca veri kaydı, verilerin birim çevirimleri ile arayüz dil seçimleri yine bu arayüz üzerinden gerçekleşebilmektedir. Gerekli ayarlamalar yapıldıktan sonra; Şekil-6 da belirtilen Bağlan veya Bağlantıyı Kes butonları ile gerçek zamanlı veri iletim ve takip sistemi çalışmaya başlamakta veya çalışmasını sonlandırabilmektedir. 584

16 Şekil-6 Veri İletişim, Modül ve Ayarların Seçimi Sonrasında Arayüz Bağlantısının Çalıştırılması veya Kesilmesi Sistemin kullanılacağı araçta Wi-Fi desteği olur ise; toplanan veriler (kapsama alanı içerisinde olması şartı ile) aynı zamanda PDA tarzında mobil el bilgisayarlarından, diğer mobil bilgisayarlardan (tablet, dizüstü bilgisayarlar) ve yer istasyonu bilgisayarları üzerinden gözlenebilecektir. Benzer şekilde Wİ-Fİ üzerinden internete bağlanılarak uzaktan erişim yöntemi ile; veya web sayfaları üzerinden de araç üzerinde istenilen kontroller sağlanabilecektir. Toplanan veriler tüm mobil cihazlar üzerinden (PDA, Cep Telefonu, Tablet, Dizüstü vb.) anlık olarak gerçek zamanlı bir şekilde gözlenebilecektir Veri İletim Hızı Ölçüm ve Analizleri Algılayıcı kartında bulunan ivme ölçer ile tüm iletişim modülleri aynı kod yapısı kullanılarak denenmiştir. İletişim modüllerinin veri gönderim süreleri ve mesafe ile gönderim sürelerinin değişimi gözlenmeye çalışılmıştır. Basit bir test düzeneği ile iletişim sistemlerinin veri aktarım hızının mesafeye göre değişimi Tablo-13 de verilmiştir. 585

17 Tablo-13. Veri İletim Hızı Ölçüm Denemeleri Maksimum Süre Mesafe (cm) Ortalama Süre (ms) (ms) RF (Radyo Frekans) 459+ (bağlantı kopana kadar) Bluetooth (PC-Donanım Kartı) 22 8 Kablolu Seri Port (PC-Donanım Kartı) 29 - Haberleşmesi 240 (PC-USB Port Çoklayıcı-Donanım (USB) Kartı) Wi-Fi Wi-Fi Alanı içerisinde her yerde Ethernet Standart ethernet kablo uzunluğu 31 - Toplanan bu veriler sonucunda; Kablolu iletişim modüllerinde en hızlı iletişim yöntemi USB (Kablolu Seri Port Haberleşmesi) olarak saptanmıştır. Kablosuz iletişim modüllerinde en hızlı iletişim yönteminin ise; RF olduğu gözlenmiştir. RF iletişim yönteminde, RF modülünün gücüne bağlı olarak performansın artacağı (ölçüm sürelerinin daha da kısalacağı) düşünülmektedir. Ethernet modülünün veri gönderim hızının; USB ile ölçülen değerler ile yakın olmasına karşın, Ethernet UDP protokolü kullandığı için ve çok hızlı bir şekilde veri paketi gönderdiği için sık sık Firewall tarafından engellenebilmektedir. Dolayısı ile, Ethernet üzerinden UDP Protokolü kullanılarak veri iletim çalışmalarında güvenlik duvarlarının (Firewall) devre dışı bırakılması gerekebilir. Testler sırasında kullanılan temel iletişim modüllerinin özellikleri Tablo-14 de belirtilmiştir. Ethernet İletişim Modülü - IEEE 802.3af protokolünü destekler. - TCP, UDP uyumludur. - SD kart SPI hattı haberleşme desteği vardır. Tablo-14. Testlerde Kullanılan İletişim Modüllerinin Özellikleri Wi-Fi İletişim Bluetooth İletişim RF İletişim Modülü Bilgileri Modülü Modülü - Seri Haberleşme - 2.4GHz haberleşme - Hafif (Antensiz 4 gr. altında) Arayüzleri: UART (1 frekansı - Frekans Alternatifleri: 900MHz veya MBps'e kadar) ve - Hassasiyet: MHz SPI (3,5 MBps'e dbm - Alıcı hassasiyeti: -121 dbm kadar) - Çıkış Gücü: +4-20dBm e kadar verici gücü (100mW) - 260mA dbm - Transparent serial link - 30mW çıkış - Asenkron Hız: Veri aktarım hızı: (Air data rates up to) - PCB anten MBps/160 KBps 250kbps - FCC sertifikası - Senkron Hız: 1 - Yaklaşık kapsama alanı: 1 mile (*, **) - 4 adet 12-bit ADC MBps/1 MBps - (*) Küçük omni-directional anten ile giriş pini - Bluetooth birkaç kilometre - 10 adet dijital I/O Protokolü: - (**) Bi-directional amplifier ile pini Bluetooth 2.0+EDR kullanıldığında çok daha geniş kapsama 586

18 - WPA-PSK ve WPA2-PSK güvenlik protokol desteği - Kanal sayısı: 14 - Desteklenen kablosuz alan standartları: b/g/n - Kapalı veya açık alan konfigürasyonu - AT ve API ayar komutları (Gelişmiş Veri Hızı) - Güvenlik: Kimlik Doğrulama ve Şifreleme - Çalışma Gerilimi: V(Önerilen 3.3V) - Akım: 50 ma - Boyutları: 43x16x7mm - İletişim Mesafesi: Açık alanda yaklaşık 10 m alanı - MAVLink protocol ve durum raporlayıcısı - Frequency hopping spread spectrum (FHSS) - Adaptive time division multiplexing (TDM) - LBT ve AFA desteği - Konfigüre edilebilir duty cycle - Built in error correcting code (can correct up to 25% data bit errors) - Açık kaynak - Radyo konfigürasyonu için AT komutları Veri Anlamlandırma Sistemi Arayüzü Veri anlamlandırma arayüzü kapsamında, arayüz üzerinde çalışılacak parametrelerin birim çevrimlerine ve dil seçimlerine ilişkin arayüzler oluşturulmuştur. Birimlerde SI veya British Unit seçimleri yapılabilmektedir. Ayrıca tüm arayüzde bulunan bilgiler yapılacak dil seçimine göre Türkçe, İngilizce, Almanca ve Fransızca kelimelere dönüştürülebilmektedir. Birim ve dil seçimleri için geliştirilen görsel arayüz Şekil-7 de verilmiştir. Şekil-7. Birim ve Dil Seçimlerine İlişkin Arayüz Yine veri anlamlandırmasında kullanılmak üzere, toplanan veriler arayüz üzerinden kaydedilebilmektedir. Şekil-7 de belirtilen Veri kaydı butonu seçildiğinde; sistem topladığı verileri kayıt altına almaktadır. İstenmesi durumunda bu veriler kullanılarak farklı analizler ve grafiksel sonuçlar elde edilebilmektedir. Ayrıca görsel nesneler ve grafikler kullanılarak, ölçülen değerlerin daha iyi algılanmasını sağlayan fonksiyonlar arayüze entegre edilmiştir. Görsel arayüze ait bazı temel şekiller aşağıda verilmiştir: 587

19 Şekil 8. 3D Görsel Ara yüz Toplanan veriler gerçek zamanlı olarak 3-Boyutlu modellenen fiziksel bir uçak model arayüzüne entegre edilerek; toplanan verilerin doğruluğunun görsel olarak izlenmesi planlanmaktadır. Bu yöndeki çalışmalara da hızla devam edilmektedir. Sabit kanatlı bir hava aracı için hazırlanmış olan 3-D model Şekil-9 da görüldüğü gibi arayüz üzerine aktarılmıştır. 588

20 Şekil-9 Fiziksel Sistem Simülasyon ve Görselleştirme Arayüzü 3-D Görsel modeller kullanılarak ölçülen parametrelerin gerçek zaamanlı olarak hareketleri fiziksel olarak arayüz üzerinde bu sayede gözlenebilecektir. Sistemin kontrolüne ilişkin davranışlarda yine bu simülasyon modülü üzerinden incelenebilecektir. Ayrıca ölçülen değerlerin doğrulamasının; Şekil-10 da gösterilen ve DB MARS Şirketi tarafından AR-GE çalışmaları kapsamında geliştirilen prototip bir sabit kanatlı hava aracının üzerinde yapılması planlanmaktadır. 589

21 Şekil-10 Test Altyapısı için Geliştirilen Prototip Sabit Kanatlı Hava Aracı 2. Arayüz Modülleri Test altyapısı ve otopilot geliştirme çalışmalarında kullanılmak üzere, farklı arayüz modülleri oluşturulmuştur ve bu modülleri geliştirme çalışmaları da hızla devam etmektedir. Oluşturulan modüllerden bazıları aşağıda listelenmiştir. Algılayıcı Modülü Küresel Konumlama Sistemi (KKS) Modülü Motor/Servo Kontrol Modülü Kontrol Modülü Güç Modülü Her bir modüle ilişkin olarak şimdiye kadar gerçekleştirilen çalışmalar aşağıda ilgili başlıklar altında detaylandırılmıştır. 590

22 2.1 Algılayıcı Modülü (Sensör Modülü) Algılayıcı modülü arayüzü içerisine, Tablo-12 de belirtilen algılayıcılardan bazıları Şekil-2 de görüldüğü biçimde eklenmiştir. Bu algılayıcılardan toplanan veriler gerekli donanım bağlantıları yapıldıktan sonra gerçek zamanlı olarak arayüz üzerinde gözlenebilmektedir. Gözlenen/ölçülen ve hesaplanan algılayıcı parametrelerine ilişkin görsel ara yüz Şekil-2 de verilmiştir. 2.2 GPS Algılayıcı Modülü Arayüzü GPS verilerini toplamak amacı ile geliştirilen ara yüz Şekil-3 de belirtilmiştir. GPS, mesaj paketi olarak NMEA protokolünü kullanmaktadır [12]. Bu protokole ilişkin mesaj içerikleri Şekil-3 de belirtilen ara yüz üzerinde ve Şekil-11 de görülmektedir. 591

23 592

24 Şekil-11 Küresel Konumlama Sistemi ile sağlanabilen mesajların içerikleri [12] 2.3 Motor/Servo Kontrol Modülü Ara Yüzü Motor/servo kontrol modülü ile seçilen aracın hareket etmesini sağlayan servo motorlar veya ana motorlar hakkında gerekli veriler toplanarak onların istenilen şekilde kontrol edilmesi amaçlanmaktadır. Motor/servo arayüzünde, motor ve servo motorların hareket kabiliyetlerinin incelenmesini sağlayacak parametreler, hedef değerler ve hareket süreleri gözlenebilir olacaktır. Bu modülü kullanmak için öncelikle ilgili hava, kara, deniz veya karma platform aracı Şekil-12 de belirtilen ara yüz üzerinden seçilir. 593

25 Şekil 12. Araç Platformu Seçim Arayüzü Araç seçimi yapıldıktan sonra, açılan pencerede servo motorların açısıal verileri ile ölçülen ve hedef olarak girilen değerlerin geliştirme süreci sonunda gözlenebilmesi planlanmaktadır. Geliştirme çalışmaları öncelikli olarak sabit kanatlı bir hava aracı için yapılmakatadır. İlerleyen aşamalarda diğer araç platformlarına yönelik arayüz geliştirme çalışmalarına devam edilecektir. Motor/Servo Kontrol Modülü arayüzüne ve gözlemlenebilecek parametrelere ilişkin detaylar Şekil13 de verilmiştir. Şekil-13. Sabit kanatlı hava araçları için motor/servo kontrol ara yüz modülü 2. 4 Kontrol Modülü Ara Yüzü Sistemin kontrol edilecek parametrelerine ilişkin referans/hedef değerler ve kontrol katsayılarının ya da parametrelerinin ayarlanması işlemi; görsel arayüzün bu modülü üzerinden gerçekleştirilmektedir. Kontrol teknolojisi ile belirtilmek istenen, otopilot sisteminin takılı olduğu mobil aracın veya robotik sistemin uzaktan insan faktörü ile veya tamamen otonom olarak kontrol edilmesidir. Bu çalışma kapsamında tamamen otonom kontrole yönelik çalışmalara odaklanılacaktır. Bu iki temel kontrole ek olarak; otopilot sistemi içerisinde bulunan anlamlandırılmış/işlenmiş algılayıcı verilerinin; bir üst seviyedeki sisteme nasıl entegre edileceği ve bu bilgiler doğrultusunda takılı olduğu mobil aracı veya robotik sistemi nasıl kontrol edebileceği ya da istenilen tepkileri vermesini sağlayacağı konusu da yine otonom kontrol teknolojisi kapsamında değerlendirilmektedir. Otonom kontrol teknolojileri, aşağıda sadece bir kısmı belirtilen çok farklı kontrol yöntem veya metodolojilerini içermektedir. Klasik kontrol yöntemleri 594

26 o P, PD, PI, PID (P: Proportional (Doğrusal), D: Derivative (Türevsel), I: Integral (Tümleşik) Robust kontrol yöntemleri o H-Infinity, Mu-Sentez ve Kontrolü Adaptive kontrol yöntemleri Farazi mantık (ing. Fuzzy Logic) ile kontrol yöntemi Sinir ağları (ing. Neural Network) ile kontrol yöntemi Reaktif kontrol yöntemleri Geliştirilen sistem içerisinde farklı kontrol modülleri bulunmaktadır ve belirtilen bu kontrol yöntemlerinden bazıları farklı modüller içerisinde kullanılacaktır. Kontrol arayüz modülü üzerinde bulunan temel bilgilerden bazıları aşağıda listelenmiştir: İrtifa Kontrol Modülü (ing. Altitude Controller) o Hedef/Referans İrtifa o o İrtifa Kontrol Parametreleri (P, I, D vb.) Uçuş Hızı Kontrol Modülü (ing. Speed Controller) o Hedef/Referans Hız o o Uçuş Hızı Kontrol Parametreleri (P, I, D vb.) Baş Açısı Kontrol Modülü (ing. Heading/Yaw Controller) o Hedef/Referans Baş Açısı o o Baş Açısı Kontrol Parametreleri Mesafe Kontrolü (ing. Distance Controller) o Yere göre mesafe o Engele mesafe (Engellerden kaçmak için. Örneğin kuş sürüsü, dağ/tepe, yüksek bina) o Cisme mesafe (Kol uçuşu, havada yakıt ikmali vb.) İleriki aşamalarda geliştirilmesi planlanan diğer kontrol sistemleri veya modülleri ise aşağıda sıralanmıştır: Yönelim Kontrolü (ing. Attitude Controller) o Yunuslama (ing. Pitch Controller) o Yuvarlanma (ing. Roll Controller) o Yalpalama/Sapma (ing. Yaw Controller) Dikey Hız Kontrolü (ing. Vertical Speed Controller) Otomatik İniş ve KalkışGeliştirilen kontrol modülü ara yüzü ile sabit kanatlı bir hava aracı için uçuş faz seçimi (Taksi, Tırmanış, Yaklaşma, İniş, Alçalma, Düz Uçuş, Kalkış) yapılabilmekte ve ilgili fazda uygulanması istenen kontrol yöntemi seçimi de yine arayüz üzerinden sağlanabilmektedir. Kontrol modülü için geliştirilen ara yüz detayları Şekil-14 de verilmiştir. Şekil-14 Sabit Kanatlı Hava Aracı için Uçuş Faz ve Kontrol Modülü Seçimi Ara yüzü 595

27 Uçuş faz seçimi yapıldıktan sonra, örneğin düz uçuş için irtifa ve uçuş hız kontrülü yapılmak istendiğinde; ilgili kontrol modülleri seçilerek gerekli parametre ayarları arayüz üzerinden yapılabilecek ve bu değerler araç platformuna aktarılabilecektir. Buna ilişkin örnek ara yüz Şekil-15 de belirtilmiştir. Şekil-15 Kontrol Parametreleri Ayarlama Ara yüzü Başlangıç çalışmaları için kontrol yöntemi olarak P, I, D kullanılması planlanmıştır. Ancak ilerleyen aşamalarda her kontrol modülü için farklı kontrol metodolojilerinin uygulanabileceği düşünülmektedir. Geliştirilen tüm kontrol modüllerini ve kontrol parametrelerini içeren ara yüz Şekil-16 da verilmiştir. 2.5 Güç Kontrol Modülü Şekil 16. Kontrol Modül Parametrelerini Ayarlama Arayüzü Güç kontrol modülü ile sisteme bağlanan bataryaların akım ve voltaj bilgileri gözlenebilmektedir. Pilin tam dolu voltaj seviyesi bilindiğinden kullanım sırasında ne kadarlık bir süre daha sistemin çalışabileceğine dair tahmini veriler de yine arayüz üzerinden gözlenebilmektedir. Ayrıca pilin hücrelerinin voltaj seviyelerininde 596

28 arayüz üzerinden gözlenebilmesine yönelik geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Güç kontrol modülüne ilişkin olarak geliştirilen ara yüz Şekil-17 de verilmiştir. Şekil-17. Güç modülü parametreleri ve ara yüzü 3. Sonuç Otopilot sistemleri ve test altyapıları, içerdiği tüm bu teknolojiler nedeni ile şimdiye kadar genellikle yurt dışından sağlanmakta olan (ülkemizde bu konularda yetkin düzeyde bilgi birikimi henüz oluşmadığından); kapalı donanım/kaynak kodlu, oldukça pahalı ve kritik teknoloji içerikli sistemlerdir. Ülkemizde bu alandaki teknolojilere yönelik olarak çalışmalara başlanması, bilgi birikiminin oluşması ve milli ürünlerin geliştirilmesine yönelik ilk adımların atılabilmesi için; DB MARS Bilişim Teknolojileri ve Savunma Sanayi bünyesinde ORSİOS-1 Otopilot Sistemi Geliştirme Projesi başlamış ve AR-GE çalışmaları yoğun olarak devam etmektedir. Yapılan geliştirme çalışmaları kapsamında gerçekleştirilen ürünlere (prototip İHA, prototip sensör donanım kartı ve yazılımsal modüller ile arayüzler) ilişkin ön bilgiler bu bildiri kapsamında sunulmuştur. Geliştirme çalışmaları sırasında ortaya çıkan en temel ara ürünler sırası ile prototip insansız hava aracı, test altyapısı ve bildiri içerisinde detayları ve modülleri hakkında bilgi verilen Veri Analiz, İletişim ve Otomatik Kontrol Arayüz yazılım modülleridir. Otopilot sistemi ve test altyapısı geliştirme süreci oldukça karmaşık ve uzun süreli çalışmalar içerdiğinden; bu bildiride gerçekleştirilen AR-GE çalışmalarının sadece bir kısmına yer verilebilmiştir. Referanslar [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] html [12] 597