On autonomous target tracking for UAVs
Suivi de cibles terrestres par des drones
Résumé
Most applications of Unmanned Aerial Vehicles are related to events that occur on the ground. In particular, ground target tracking, be the target static, slowly moving or maneuvering at high speeds, is an essential task for UAVs. The overall objective of this thesis is to provide methods to endow a drone to autonomously track a moving ground target, under the following conditions: - A fixed wing UAV equipped with a monocular camera. - Presence of obstacles that hinder ground visibility. - No Fly Zones that limit the airspace. - Restrictions on the field of view of the observing sensor (a camera) - Various target dynamics and behavior: the target may be either moving on an open field or on a road network, and also has dynamic constraints (e.g. if it is a car). It can be neutral or evasive: in the latter case, it can exploit the presence of obstacles, denoted as "shadows" to avoid being tracked by the UAV, making the problem akin to a "hide and seek" game. The thesis proposes three approaches to tackle this problem: - A control based navigation method, - An adversarial predictive method, - And a discrete game theoretic approach. Results obtained in realistic simulations and with an actual UAV are presented to evaluate and compare the pros and cons of each approach. Extensions to the multi-drone case are also considered.
La plupart des applications des avions drones sont liées à l'observation d'événements au sol. En particulier, les suivi de cibles terrestres mobiles, qu'elles soient statiques, lentes ou rapides, est une tâche essentielle pour un drone. L'objectif global de la thèse est de proposer des méthodes qui permettent à un drone de suivre une cible terrestre, dans les conditions suivantes: - Le drone est de type voilure fixe équipé d'une caméra monoculaire. - Présence d'obstacles qui occultent la visibilité de zones au sol. - Existence de zones d'exclusion aérienne qui limitent le mouvement aérien. - Restrictions sur le champ de vue du capteur qui assure le suivi (caméra) - Différents comportements de la cible : elle peut évoluer librement ou sous contraintes dynamiques (cas d'une voiture par exemple), et peut être neutre ou évasive~: dans ce dernier cas, elle peut exploiter la présence d'obstacles pour éviter d'être perçue par le drone. Trois approches pour aborder ce problème sont proposées dans la thèse : - Une méthode basée aux lois de contrôle et de la navigation, - Une méthode basée sur la prédiction des déplacements de la cible, - Et une approche basée sur la théorie des jeux. Des résultats obtenus par des simulations réalistes et avec un drone sont présentés, pour évaluer et comparer les avantages et inconvénients de chacune des approches. Des extensions au cas "multi-drones" sont aussi proposées.
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