Real Time Safety of Fixed-wing UAVs using Collision Cone Control Barrier Functions

要約

固定翼 UAV は、その高い飛行速度と長い耐久性により輸送システムに変革をもたらしましたが、ますます乱雑になっている環境での安全な運用は、効果的な衝突回避技術に大きく依存しています。
この論文では、移動する障害物を回避しながら、航空機を目的のルートに沿って安全に航行するための新しい方法を紹介します。
当社では、衝突円錐に基づくコントロール バリア関数 (CBF) のクラスを利用して、航空機と障害物との間の相対速度が、衝突につながる可能性のあるベクトルの円錐を一貫して回避できるようにします。
提案された制約が航空機にとって有効な CBF であることを実証することで、CBF-QP と呼ばれる二次計画法 (QP) を介したリアルタイム実装を活用できます。
検証には、軌道に沿った制御則のシミュレーションが含まれており、静的障害物シナリオと移動障害物シナリオの両方で有効性を示します。

要約(オリジナル)

Fixed-wing UAVs have transformed the transportation system with their high flight speed and long endurance, yet their safe operation in increasingly cluttered environments depends heavily on effective collision avoidance techniques. This paper presents a novel method for safely navigating an aircraft along a desired route while avoiding moving obstacles. We utilize a class of control barrier functions (CBFs) based on collision cones to ensure the relative velocity between the aircraft and the obstacle consistently avoids a cone of vectors that might lead to a collision. By demonstrating that the proposed constraint is a valid CBF for the aircraft, we can leverage its real-time implementation via Quadratic Programs (QPs), termed the CBF-QPs. Validation includes simulating control law along trajectories, showing effectiveness in both static and moving obstacle scenarios.

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