Zafer ÖZNALBANT𝟏, Tansu FİLİK 𝟐, Ömer Nezih GEREK𝟐

IX. UHUM, 6 Mayıs 2017, Ankara

𝟏 Anadolu Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi

𝟐 Anadolu Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

KGİ İHS Kapsamında Anadolu

Üniversitesinde Yapılan Çalışmalar

• Motivasyon, Amaç

• Görevler ve Kavramlar

• İnsansız Hava Aracı ve Otonom Uçuş

• Hedef Belirleme ve Görüntü İşleme

• Yer Kontrol İstasyonu

• Sistem Bütünleme

• Sonuç

Sunum İçeriği

2/23

3/23

Motivasyon

Skunkworks Tagboard Projesi (1966) [2]

- SR-71 Blackbird ve D-21 İHA.

- 2 adet U-2 uçağı Çin tarafından düşürülür.

- D-21 İHA, SR-71’e monte edilir.

- 4 deneme sonunda SR-71 ve D-21 çarpışır, bir SR-71 pilotu hayatını kaybeder.

Firebee Ailesi (1961) - Yüksek irtifadan görüntü alarak istihbarat

toplamaya yönelik ilk İHA sistemi [1].

- ABD tarafından, Çin, Vietnam ve Küba ülkelerine yönelik istihbarat çalışmalarında kullanıldı [2].

- Vietnam Savaşında 3.000 sortinin üzerinde uçuş gerçekleştirildi [3].

4/23

Motivasyon - BAMS-D (Broad Area Maritime Surveillance

Demonstrator) sistemi, - Northrop Grumman Blok 10 RQ-4A Global Hawk, - Orta Doğuda 10.000 saat üzerinde (2014 Mart’a

kadar) gözetleme uçuşu yaptı [4].

- Uç. Süresi : 31 saat Uzunluk : 44,0 ft (13,4 m) Kan. Açık. : 116 ft (35,4 m) Kal. Ağır. : 26.750 lbs (11.612 kgf) Azami Hız : 340 kts Tavan İrt. : 60.000 ft (18.288 m) Menzil : 10.500 nm (19.446 km) Duyargalar: Automatic Identification System (AIS), Electronic Support Measures (ESM), Electro-Optical/Infrared (EO/IR) kamera, Maritime-Enabled Synthetic Aperture Radar (SAR), Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) [5].

RQ-4 Global Hawk

Amaç

• Çeşitli disiplinlerden, lisans/yüksek lisans öğrencileri ve akademik danışmanlardan oluşan ekipler kurarak, Keşif, Gözetleme ve İstihbarat (KGİ) amaçlı görevleri yerine getirebilecek temel kabiliyetlere sahip İnsansız Hava Aracı Sistemini (İHS) oluşturmak ve uçuş tecrübelerini yapmak.

• Kurulan ekipler tarafından yapılan çalışmaların ABD AUVSI (Association for Unmanned Vehicle Systems International) derneği tarafından organize edilen SUAS (Student Unmanned Aerial Systems) yarışmasında niteliksel olarak değerlendirmesi.

5/23

Görevler

6/23

• Otonom uçuş, hedef nokta takibi ve havada yük bırakma,

• Arama bölgesinde hedef arama ve özellik tayini,

• Yer Kontrol İstasyonu (YKİ) ile iletişim kurma ve veri iletimi,

Örnek hedefler ve gizli mesaj

Uçuş alanı (pist uzunluğu 3 km)

7/23

Kavramlar

• Radyo Kontrollü Model Uçak,

• Drone (Sahte İHA, Hedef İHA) [6],

• İnsansız Hava Aracı (İHA),

• İnsansız Hava Sistemi (İHS) (İnsansız Hava Aracı Sistemi),

insansız hava aracı ve otonom

uçuş

İnsansız Hava Aracı ve Otonom Uçuş

9/23 Uçak boyutları, donanım yerleşimi (Kalkış ağırlığı: 5.9 kg)

İnsansız Hava Aracı ve Otonom Uçuş

10/23

Uçuş esnasında bırakılacak yük

Görüntü aktarma için anten ve Rocket 5.8 GHz telemetri

Kamera ve lensi

Kamera tetikleme ve görüntü aktarma yazılımının olduğu yerleşik bilgisayar (Raspberry Pi Kartı)

Harici GPS

Oto-pilot bölmesi (PixHawk)

Oto-pilot anteni (915 MHz)

Otonom Uçuş

11/23

Otomatik Yük Bırakma

12/23

13/23

Özgün Otonom Uçuş Algoritması ve Simülasyonu

* 10 kat hızlandırılmış gösterim.

hedef belirleme ve görüntü

işleme

15/23

Hedef Belirleme ve Görüntü İşleme

• Arama bölgesinde bilinmeyen sayıda hedef bulunmaktadır,

• Her hedefin aşağıdaki özellikleri bulunur: • Alfa-numerik karakter, • Karakter rengi, • Arka fon rengi, • Arka fon şekli, • Coğrafik konum, • Coğrafi yönelim.

Örnek hedefler ve gizli mesaj

• Hedeflerin tamamının doğru sıralaması gizli bir mesaj içerir. Farklı görüntü kalitesinde havadan alınan hedef

görüntüleri

Hedef Belirleme ve Görüntü İşleme

• Hava aracı arama bölgesine girdiğinde görüntü alma işlemi otomatik başlar,

• Kullanılan donanım • Canon EOS 100D ve 18-55mm lens, • Raspberry Pi yerleşik bilgisayar, • Rocket 5.8 GHz Telemetri.

16/23 Kamera ve Raspberry Pi yerleşimi

17/23

Hedef Belirleme ve Görüntü İşleme 1. Arama bölgesinde otomatik görüntü alınır,

2. Görüntü HSV renk skalasına dönüştürülür,

3. MSER leke (blob) tanıma algoritması ile olası hedefler tayin edilir,

4. Yanlış hedefler boyut ve açıklık oranı bilgilerine göre elenir,

5. Bulunan hedefler ana görüntüden kırpılır,

6. HSV değerleri kullanılarak arka fon rengi zemin renginden ayrılır. Ayrıca karakter de arka fon renginden ayrılır,

7. HOS (Histogram of Oriented Gradients) özelliklerine göre SVM (Support Vector Machine) sınıflandırmasına göre öğrenilmiş veri bankası kullanılarak karakter ve şekil tanımlaması yapılar,

8. Uçak yönelimi ve karakter açısına göre yönelim bulunur.

yer kontrol istasyonu

19/23

Yer Kontrol İstasyonu

Yer Kontrol İstasyonu (YKİ) bileşenleri

Görev planlama ve takip arayüzü

Saha çalışması

sistem bütünleme

21/23

Sistem Bütünleme

İHA ve YKİ sistemleri ve bağlantı diyagramı

sonuçlar ve gelecek çalışmalar

• Açık kaynak kodlu hazır sistem oto-pilot ile hedef nokta takibi

başarıyla gerçekleştirilmektedir.

• Özgün oto-pilot yazılımı belirli bir seviyeye kadar geliştirilmiş ve sayısal

simülasyon denemeleri yapılmıştır. Algoritma ve yörünge takip

metodu geliştirme çalışmalarının ardından saha denemelerine

geçilecektir.

• Hedef bulma ve özellikleri başarıyla belirlenmekte olup, hedeflerin

parlaması durumunda algoritma doğru sonuç vermemektedir.

• Hedeflerin coğrafik konum ve yönelim bilgisi geliştirilmesi

gerekmektedir.

23/23

Sonuçlar ve Gelecek Çalışmalar

Teşekkürler

Bu çalışma,

• 1702F030 numaralı proje ile Anadolu Üniversitesi tarafından desteklenmektedir.

25/23

Kaynakça

[1] http://www.designation-systems.net/dusrm/m-34.html. Erişim: 04.05.2017. [2] Kule A., İnsansız Hava Aracı Sistemleri Dünü Bugünü Yarını, Beta Yayınları, İstanbul, 2015. [3] http://mq-1predator.weebly.com/historical-overview.html. Erişim: 04.05.2017. [4] AUVSI Unmanned Systems Magazin, AUVSI Süreli Yayın, Cilt 32, No. 3, Mart 2014 [5] http://www.navair.navy.mil/index.cfm?fuseaction=home.displayPlatform&key=624BC6D7-45CE-446C-

BA1E-5818E57F9914 . Erişim: 04.05.2017 [6] Austin, R., Unmanned Aircraft Systems: UAVS Design Development and Deployment, 1st ed., Wiley & Sons,

UK, 2010.