Safe Low-Altitude Navigation in Steep Terrain with Fixed-Wing Aerial Vehicles

要約

固定翼航空機は、長距離を航行したり、環境監視用途で広いエリアをカバーしたりするための効率的な方法を提供します。
設計上、操縦性が限られているため、広いオープンスペースも必要になります。
ただし、厳しい規制および安全高度制限により、利用可能なスペースが制限されます。
特に複雑な、狭い、または急峻な地形では、車両が衝突不可避状態 (ICS) に陥らないようにすることが困難になる場合があります。
この研究では、厳しい高度制約内で航行しながら、ICS に入らない安全な経路を見つける戦略を提案します。
この方法では、周期的なパスを使用して ICS を効率的に分類します。
サンプリングベースのプランナーは、安全な周期的 (円形) パスで始まり、終わる、衝突のない運動学的に実行可能なパスを作成します。
現実的な地形では、円形の周期パスを使用すると、ヨーを認識せずヨーを制限することで、目標選択プロセスを簡素化できることを示します。
複雑な高山地形での飛行テストで急峻な地形をナビゲートしながら、安全な経路をリアルタイムで動的に計画することでアプローチを実証します。

要約(オリジナル)

Fixed-wing aerial vehicles provide an efficient way to navigate long distances or cover large areas for environmental monitoring applications. By design, they also require large open spaces due to limited maneuverability. However, strict regulatory and safety altitude limits constrain the available space. Especially in complex, confined, or steep terrain, ensuring the vehicle does not enter an inevitable collision state(ICS) can be challenging. In this work, we propose a strategy to find safe paths that do not enter an ICS while navigating within tight altitude constraints. The method uses periodic paths to efficiently classify ICSs. A sampling-based planner creates collision-free and kinematically feasible paths that begin and end in safe periodic (circular) paths. We show that, in realistic terrain, using circular periodic paths can simplify the goal selection process by making it yaw agnostic and constraining yaw. We demonstrate our approach by dynamically planning safe paths in real-time while navigating steep terrain on a flight test in complex alpine terrain.

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