Dynamics and Control of Vision-Aided Multi-UAV-tethered Netted System Capturing Non-Cooperative Target

要約

低高度の空域で動作する無人航空機（UAV）の数が増加し続けるにつれて、非協力的なターゲットは低高度の運用に課題を増やします。
この問題に対処するために、このペーパーでは、非協力的なターゲットをキャプチャするための非致死的なソリューションとして、マルチUAVテザーネットシステムを提案しています。
提案されたシステムを検証するために、高精度の物理モデリング、ビジョンベースのモーション追跡、および補強学習駆動型制御戦略を統合するマルチボディダイナミクスベースのUAVシミュレーション環境であるMySIMを開発します。
MySIMでは、スプリングダンパーモデルを使用して、テザーネットの動的動作をシミュレートしますが、システム全体のダイナミクスはMultibody Dynamics（MBD）を使用してモデル化され、システム相互作用の正確な表現を実現します。
UAVとターゲットの動きは、VINS-MONOとDETRを使用して推定され、システムはMAPPOを介してキャプチャ戦略を自律的に実行します。
シミュレーション結果は、MySIMがシステムのダイナミクスと制御を正確にシミュレートし、マルチUAVテザーのネットシステムが非プロペルと操作の両方の非協力ターゲットの両方をキャプチャできるように成功することを示しています。
Dynamicsモデリングを知覚と学習ベースの制御と統合する高精度シミュレーションプラットフォームを提供することにより、MySIMは、実際の展開前にUAVベースの制御ポリシーの効率的なテストと最適化を可能にします。
このアプローチは、複雑なUAV調整タスクをシミュレートするための重要な利点を提供し、他のUAVベースのシステムの設計に適用される可能性があります。

要約(オリジナル)

As the number of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) operating in low-altitude airspace continues to increase, non-cooperative targets pose growing challenges to low-altitude operations. To address this issue, this paper proposes a multi-UAV-tethered netted system as a non-lethal solution for capturing non-cooperative targets. To validate the proposed system, we develop mySim, a multibody dynamics-based UAV simulation environment that integrates high-precision physics modeling, vision-based motion tracking, and reinforcement learning-driven control strategies. In mySim, the spring-damper model is employed to simulate the dynamic behavior of the tethered net, while the dynamics of the entire system is modeled using multibody dynamics (MBD) to achieve accurate representations of system interactions. The motion of the UAVs and the target are estimated using VINS-MONO and DETR, and the system autonomously executes the capture strategy through MAPPO. Simulation results demonstrate that mySim accurately simulates dynamics and control of the system, successfully enabling the multi-UAV-tethered netted system to capture both non-propelled and maneuvering non-cooperative targets. By providing a high-precision simulation platform that integrates dynamics modeling with perception and learning-based control, mySim enables efficient testing and optimization of UAV-based control policies before real-world deployment. This approach offers significant advantages for simulating complex UAVs coordination tasks and has the potential to be applied to the design of other UAV-based systems.

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