ČeskyEnglish

Popis předmětu - B9M36BEP

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
B9M36BEP Bezpilotní prostředky Rozsah výuky:2p+2l
Garanti:  Role:PO Zakončení:Z,ZK
Vyučující: 
Zodpovědná katedra:13136 Kreditů:4 Semestr:L

Anotace:

Předmět se zaměřuje na oblast bezpilotních prostředků. Primární důraz bude kladen na bezpilotní vzdušné prostředky, nicméně tématika bude pokrývat i prostředky určené pro plavbu na hladině a prostředky pozemní. V předmětu se budou blíže probírat specifika konstrukcí a pohonů, senzorů pro navigaci, řízení a stabilizace a telemetrických systémů. Dané znalosti budou dále rozšířeny o moderní metody pro navigaci, řízení letu včetně jeho vedení po trati a sledování cílů. Studenti budou zevrubně seznámeni s plánováním trajektorií a možnými aplikacemi z pohledu uživatelského senzorického vybavení. Zmíněny budou právní aspekty provozu bezpilotních prostředků.

Cíle studia:

Cílem je seznámit studenty se specifiky konstrukce, řízení a provozu bezpilotních prostředků. Přestože spadají do kategorie letadel, s jejichž problematikou budou studenti podrobně seznámeni v rámci jiných předmětů, oblast bezpilotních prostředků přináší specifika vzhledem k jejich velikosti a zvláště způsobu řízení. Absolvent bude schopen samostatné práce při návrhu dílčích částí i prostředků jako celku.

Obsah:

Oblast bezpilotních prostředků prochází v současné době prudkým rozvojem. Vzhledem k pokroku v miniaturizaci elektronických zařízení, ke kterému došlo v uplynulých letech, je možné zkonstruovat malé bezpilotní prostředky disponující dostatečným výkonem pro plnění úkolů, které bylo v minulosti možné řešit pouze pomocí pilotovaných prostředků. Primárně se jedná o pokrok ve vývoji embedded počítačů s vysokým výpočetním výkonem, miniaturizaci senzorického vybavení, vylepšení dosahu a přenosové kapacity modemů a zvýšení kapacity baterií. To vše umožňuje provoz řídicích algoritmů přímo na palubě prostředků a přenos dat ze senzorů na pozemní pracoviště v online režimu. Provoz bezpilotních prostředků přináší v porovnání s pilotovanými stroji mnoho výhod, z nichž nejvýraznější jsou nižší pořizovací cena a provozní náklady. Další výhodou je pak možnost operačního nasazení v oblastech, kde pilotované prostředky není možné využít, např. vnitřní prostory budov nebo zamořené oblasti. Pro některé typy úloh je navíc možné využít k jejich řešení více bezpilotních prostředků současně a zvýšit tak např. rychlost jejich řešení, či kvalitu pokrytí. Předmět pokrývá široké spektrum výše problémů spojených s návrhem, konstrukcí, řízením a provozem bezpilotních prostředků.

Osnovy přednášek:

1. Historie vývoje bezpilotních prostředků. Ukázky bezpilotních letounů a senzorického vybavení.
2. Specifika bezpilotních prostředků z hlediska materiálů a konstrukce. Lamináty, kompozity. Problémy pevnosti a pružnosti.
3. Pohonné jednotky pro bezpilotní prostředky. Malé spalovací a proudové motory, elektromotory. Diskuse výběru vhodné jednotky pro konkrétní projekty.
4. Senzorické vybavení bezpilotních prostředků - snímané veličiny, technologie, zpracování a fúze dat. Energetická rozvaha.
5. Uživatelský pohled na GNSS lokalizaci, INS a aerometrický systém. Redundance a zabezpečení systému.
6. Základní řídicí smyčky a módy autopilota bezpilotního prostředku. Řízení vzletu, úprava dynamiky, vedení po trati, kroužení nad cílem/mimo cíl, sledování pozemního pohyblivého cíle. Nálet na přistání, přistání.
7. Pokročilé algoritmy pro návrh řídicích systémů - optimální a robustní řídicí systémy.
8. Specifika komunikace pro bezpilotní prostředky - vhodná frekvenční pásma, problematika šíření signálu a interference. Komunikační rozhraní, protokoly, zabezpečení, antény.
9. Uživatelské senzorické vybavení a přídavná zařízení - stabilizované základny, optické systémy, lokalizátory, zaměřovače a dálkoměry, CBRN senzory, zpracování obrazové informace.
10. Plánování letové trajektorie, bezletové zóny, optimalizační kritéria - spotřeba, plnění cílů.
11. Systémy pro automatické řešení kolizí mezi letouny - kooperativní a nekooperativní metody.
12. Právní aspekty provozu bezpilotních prostředků v ČR, v Evropě a ve světě. Zákony a předpisy upravující provoz bezpilotních prostředků, pojištění, vzdušné prostory.
13. Problematika integrace bezpilotních prostředků do sdíleného vzdušného prostoru.
14. Komerční aplikace bezpilotních prostředků, projekty v ČR.

Osnovy cvičení:

Cvičení budou prakticky orientována se zaměřením na práci s malými bezpilotními prostředky, na kterých si budou moci ověřit metody stabilizace a řízení pohybu, navigace a plánování. Studenti budou v malých skupinách řešit samostatné úlohy a prezentovat dosažené výsledky. V rámci cvičení předpokládáme návštěvy specializovaných pracovišť (materiálová dílna, aerodynamický tunel).

Literatura:

Barnhart R. K., Hottman S. B., Marshall D.M., Shappee E.: Introduction to Unmanned Aerial Systems, CRC Press, 2012, ISBN: 978-1-4398-3520-3 Nonami K., Kendoul F., Suzuki S., Wang W., Nakazawa D.: Autonomous Flying Robots: Unmanned Aerial Vehicles and Micro Aerial Vehicles, Springer, 2010, ISBN: 978-4-431-53856-1

Požadavky:

Předpokladem k úspěšnému absolvování předmětu jsou základní znalosti měření elektrických a neelektrických veličin, základy teorie řízení a znalost metod umělé inteligence zaměřené na prohledávání stavového prostoru.

Klíčová slova:

Bezpilotní prostředky, konstrukce, pohony, senzory, řídicí algoritmy, plánování trajektorií,legislativa

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
MPLAK_2016 Avionika PO 2


Stránka vytvořena 25.9.2017 05:47:19, semestry: L/2016-7, Z,L/2017-8, Z/2018-9, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)
Za obsah odpovídá: doc. Ing. Ivan Jelínek, CSc.