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Publicação
GNC autónomo de um drone para exploração planetária
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Orientador(es)
Resumo(s)
Planetary exploration poses unique challenges due to unknown terrain, communication delays, and the necessity for autonomous operation in harsh environments. This thesis focuses on the development and implementation of an autonomous Guidance, Navigation, and Control (GNC) system for a drone intended to support planetary surface missions. The primary objective is to achieve real-time, reliable, and efficient navigation and control in Global Navigation Satellite Systems (GNSS)-denied environments, such as Mars. The proposed system integrates onboard sensor fusion for localization—leveraging monocular odometry—with path planning algorithms to enable efficient trajectory generation. A central design consideration is feasibility: the selection of sensors and components is based on current or near-future space-qualified technologies, with realistic performance characteristics accounted for throughout development.
System performance was validated in a simulated environment that incorporated representative planetary terrain and constraints. This work contributes to the advancement of autonomous aerial robotics for future space missions, enhancing the capabilities of planetary surface exploration and scientific data collection.
A exploração planetária apresenta desafios únicos devido ao terreno desconhecido, aos atrasos nas comunicações e à necessidade de operação autónoma em ambientes adversos. Esta dissertação foca-se no desenvolvimento e implementação de um sistema autónomo de Guidance, Navigation, and Control (GNC) para um drone concebido para apoiar missões de superfície planetária. O principal objetivo é permitir uma navegação e controlo em tempo real, fiáveis e eficientes, em ambientes sem Global Navigation Satellite Systems (GNSS), como é o caso de Marte. O sistema proposto integra fusão sensorial a bordo para localização — recorrendo à odometria monocular — com algoritmos de planeamento de trajectórias para geração eficiente de percursos. Um dos principais focos do design do sistema é a viabilidade: a seleção de sensores e componentes baseia-se em tecnologias atuais ou de futuro próximo, qualificadas para aplicações espaciais, tendo sempre em consideração características de desempenho realistas ao longo do desenvolvimento. O desempenho do sistema foi validado num ambiente simulado que incorpora terreno e restrições representativas de um cenário planetário. Este trabalho contribui para o avanço da robótica aérea autónoma em futuras missões espaciais, reforçando as capacidades de exploração da superfície planetária e de aquisição de dados científicos.
A exploração planetária apresenta desafios únicos devido ao terreno desconhecido, aos atrasos nas comunicações e à necessidade de operação autónoma em ambientes adversos. Esta dissertação foca-se no desenvolvimento e implementação de um sistema autónomo de Guidance, Navigation, and Control (GNC) para um drone concebido para apoiar missões de superfície planetária. O principal objetivo é permitir uma navegação e controlo em tempo real, fiáveis e eficientes, em ambientes sem Global Navigation Satellite Systems (GNSS), como é o caso de Marte. O sistema proposto integra fusão sensorial a bordo para localização — recorrendo à odometria monocular — com algoritmos de planeamento de trajectórias para geração eficiente de percursos. Um dos principais focos do design do sistema é a viabilidade: a seleção de sensores e componentes baseia-se em tecnologias atuais ou de futuro próximo, qualificadas para aplicações espaciais, tendo sempre em consideração características de desempenho realistas ao longo do desenvolvimento. O desempenho do sistema foi validado num ambiente simulado que incorpora terreno e restrições representativas de um cenário planetário. Este trabalho contribui para o avanço da robótica aérea autónoma em futuras missões espaciais, reforçando as capacidades de exploração da superfície planetária e de aquisição de dados científicos.
Descrição
Palavras-chave
Guidance Navigation and Control (GNC) Global Navigation Satellite Systems (GNSS)-denied environments monocular odometry path planning feasibility