Contrôle d'essaim de drone en contexte militaire

Swarm control of UAV's in military applications

• Auteur / Autrice : Benjamin Piet
• Direction : Nicolas Petit
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mathématique et automatique
• Date : Inscription en doctorat le 29/07/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mathématiques et Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CAS - Centre Automatique et Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Drone

Essaim

Controle

Uav

Swarm

Control

Résumé

Le vol coordonné d'un essaim de véhicules aériens sans pilote (UAV) a suscité beaucoup d'intérêt ces dernières années, que ce soit pour des applications civiles (recherche et sauvetage, grille de capteurs mobiles, transport à grande échelle...) ou militaires (surveillance, reconnaissance, mission de combat...). Le principal défi dans la coordination d'un essaim de micro-drones est d'assurer une reconfiguration efficace tout en évitant les collisions avec les obstacles dans l'environnement et entre eux. Différents schémas et méthodes de contrôle de la formation sont possibles et ont été testés et comparés. On peut choisir entre un schéma de contrôle centralisé et distribué, et une variété de méthodes de contrôle, allant de l'approche standard leader-suiveur, à la planification globale de trajectoire et à l'approche de suivi de trajectoire par contrôle prédictif de modèle, ou aux champs de potentiel artificiels, pour n'en nommer que quelques-unes. Pour ce travail, nous avons choisi de nous concentrer sur la méthode basée sur le champ de potentiel artificiel, car elle peut facilement être utilisée pour combiner le contrôle de la formation et l'évitement des obstacles en même temps. En outre, une méthodologie est en cours de développement pour permettre une reconfiguration rapide de l'essaim en cas de changement de cible, par exemple, en passant d'une configuration à l'autre d'une simple pression sur un « interrupteur logiciel », de manière optimale.

The topic of coordinated flight in a swarm of unmanned aerial vehicles (UAVs) has driven a large amount of interest in the past few years, whether it be for civil (search and rescue, grid of mobile sensor, large transportation ) or military applications (surveillance, recognition, combat mission ). The primary challenge in coordinating a swarm of micro UAVs lies in ensuring efficient reconfiguration while avoiding collisions with obstacles in the environment and between each other. Different formation control scheme and methods are possible and have been tested and compared. One can choose between centralized and distributed control scheme, and can choose between a variety of control methods, ranging from standard leader-follower approach, global path planning and model predictive control path following approach, or artificial potential fields to name a few. For this work, we chose to focus on the method based on artificial potential field, as it can easily be used for combining formation control and obstacle avoidance at the same time. Furthermore, a methodology is being developed to allow fast reconfiguration of the swarm in case of a change of target for instance, by switching between two or more configuration at the flick of a 'software switch', in an optimal fashion.