Towards UAV-USV Collaboration in Harsh Maritime Conditions Including Large Waves

要約

本論文では、大きな波を特徴とする過酷な海洋条件下で、無人航空機（UAV）と無人水上機（USV）の緊密な連携を実現するために設計されたシステムを紹介する。このオンボードUAVシステムは、このような厳しい条件下での追従・着水タスクにおけるUSVとの連携を強化することを目的としている。我々のシステムの主な貢献は、波状の水面上でのUSVの動きを6自由度で記述する新しい数学的USVモデルであり、USVの状態を推定・予測するために使用される。推定器は、複数のグローバルセンサとオンボードセンサからのデータを融合し、正確なUSV状態推定を保証します。予測器は、新しい数学的USVモデルと最後に推定された状態を使用して、将来のUSV状態を計算します。推定されたUSVの状態と予測されたUSVの状態は、過酷な環境条件であっても、USVを追跡したり、そのデッキに着陸したりするためのUAV軌道を生成する軌道プランナに転送されます。提案されたアプローチは、多くのシミュレーションで検証され、実世界に展開され、UAVはUSVに追従し、そのデッキに繰り返し着陸することができた。

要約(オリジナル)

This paper introduces a system designed for tight collaboration between Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Unmanned Surface Vehicles (USVs) in harsh maritime conditions characterized by large waves. This onboard UAV system aims to enhance collaboration with USVs for following and landing tasks under such challenging conditions. The main contribution of our system is the novel mathematical USV model, describing the movement of the USV in 6 degrees of freedom on a wavy water surface, which is used to estimate and predict USV states. The estimator fuses data from multiple global and onboard sensors, ensuring accurate USV state estimation. The predictor computes future USV states using the novel mathematical USV model and the last estimated states. The estimated and predicted USV states are forwarded into a trajectory planner that generates a UAV trajectory for following the USV or landing on its deck, even in harsh environmental conditions. The proposed approach was verified in numerous simulations and deployed to the real world, where the UAV was able to follow the USV and land on its deck repeatedly.

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