Automatic landing on aircraft carrier by visual servoing
Appontage automatique d'avions par asservissement visuel
Résumé
The aircraft landing on carrier remains a very challenging task whose success affects the efficiency of the entire aeronaval group. In the French Navy, aiding systems improve the pilot perception during the approach toward the carrier. However no automatic landing system currently exist. This kind of system will be required for use of UAV. This thesis develops an automatic landing system based on a vision sensor of the aircraft. Using aircraft sensors, various functions of such a system include the carrier detection in the initial image, its tracking along images and the control of the aircraft and camera orienta- tion. This study presents solutions for each function based on state of the art techniques. Ship detection relies on aircraft sensors and on a reference image to provide tracking initialisation. Carrier tracking is performed using 3D model-based or 2D dense trackers. Aircraft control by visual servoing uses visual features of the image plane to perform the alignement and descent tasks. Desired values of the visual features remain constant along the desired trajectory. Car- rier movements are taken into account using vision. Control of camera platform is also based on visual features. First, vision methods are validated both using real and synthetic images from a realistic simulator. The aircraft control is evaluated with simulated visual features in order to characterize it. Finally, the complete system based on vision and visual servoing functions is successfully validated on realistic simulations.
L'appontage d'avions demeure aujourd'hui un exercice difficile dont la réussite conditionne l'efficacité d'un groupe aéronaval. Dans la marine française, des systèmes d'aide améliorent la perception du pilote durant l'appontage. Il n'existe cependant pas de système automatique qui permettrait l'emploi d'avions sans pilote sur porte-avions. Les travaux réalisés durant cette thèse ont donc pour objet un système d'appontage à l'aide d'un capteur de vision de l'avion. Utilisant les capteurs de l'aéronef, les différentes fonctions d'un tel système reposent sur la détection du porte-avions dans l'image initiale, son suivi au cours de la séquence et la commande de l'avion et de la tourelle de sa caméra. Cette étude propose des solutions pour ces fonctions en se basant sur les techniques de l'état de l'art. La détection du navire repose sur l'utilisation des capteurs de l'avion et d'une image de référence du porte-avions afin d'initialiser le suivi du porte-avions. Ce dernier est assuré par des algorithmes de suivi 3D basé modèle et de suivi 2D dense qui fournissent les mesures utilisées par la commande. La commande de l'avion par asservissement visuel repose sur des primitives visuelles contenues dans le plan image et dont les valeurs désirées restent constantes pour la trajectoire désirée. Les mouvements du porte-avions sont pris en compte à l'aide de la vision et la commande de la tourelle se base également sur des primitives visuelles. Les méthodes de vision sont validées sur des images réelles et des images provenant d'un simulateur réaliste. La commande est d'abord évaluée sans algorithme de vision afin de la caractériser. Enfin, l'ensemble de la chaîne est ensuite évaluée sur des simulations réalistes et montre son efficacité.
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