Planejamento ótimo de trajetórias para neutralização de ameaças aéreas com sistema multidrones e recursos limitados
Author
Benicio Barbosa Cruz
Advisors
- Advisor Rubens Junqueira Magalhães Afonso
- Co-advisor Davi Antônio dos Santos
Concentration Area
Sistemas e Controle
Program
Engenharia Eletrônica e Computação
Defense Date
15/07/2025
Thesis Number
80490
Abstract
Este trabalho apresenta uma abordagem integrada para o planejamento de trajetórias e tomada de decisão em sistemas autônomos cooperativos compostos por múltiplos drones, operando em ambientes tridimensionais com restrições dinâmicas e operacionais. O cenário envolve a interceptação de alvos móveis na presença de obstáculos estáticos, exigindo que os agentes executem suas missões de forma eficiente, segura e dentro dos limites físicos e energéticos da plataforma. A metodologia proposta é baseada em planejamento ótimo, respeitando as restrições de velocidade, aceleração, área de operação e prevenção de colisões, tanto com obstáculos quanto entre os próprios agentes. Um diferencial da abordagem é a integração da alocação dos drones aos alvos diretamente no problema de otimização, considerando níveis de energia remanescente. Restrições específicas, como a de velocidade terminal, asseguram que os drones alcancem os alvos de forma adequada para possíveis ações subsequentes, como acompanhamento ou manutenção da posição relativa. A validação da proposta foi realizada por meio de simulações em cenários com múltiplos agentes e obstáculos, além de experimentos em ambiente de realidade mista, integrando drones reais e simulados em uma operação coordenada. Os resultados demonstraram a eficácia do otimizador no planejamento de trajetórias viáveis e na tomada de decisões, assegurando o cumprimento dos objetivos da missão com otimização do uso de recursos e respeito às limitações operacionais. Este trabalho apresenta uma abordagem integrada para o planejamento de trajetórias e tomada de decisão em sistemas autônomos cooperativos compostos por múltiplos drones, operando em ambientes tridimensionais com restrições dinâmicas e operacionais. O cenário envolve a interceptação de alvos móveis na presença de obstáculos estáticos, exigindo que os agentes executem suas missões de forma eficiente, segura e dentro dos limites físicos e energéticos da plataforma. A metodologia proposta é baseada em planejamento ótimo, respeitando as restrições de velocidade, aceleração, área de operação e prevenção de colisões, tanto com obstáculos quanto entre os próprios agentes. Um diferencial da abordagem é a integração da alocação dos drones aos alvos diretamente no problema de otimização, considerando níveis de energia remanescente. Restrições específicas, como a de velocidade terminal, asseguram que os drones alcancem os alvos de forma adequada para possíveis ações subsequentes, como acompanhamento ou manutenção da posição relativa. A validação da proposta foi realizada por meio de simulações em cenários com múltiplos agentes e obstáculos, além de experimentos em ambiente de realidade mista, integrando drones reais e simulados em uma operação coordenada. Os resultados demonstraram a eficácia do otimizador no planejamento de trajetórias viáveis e na tomada de decisões, assegurando o cumprimento dos objetivos da missão com otimização do uso de recursos e respeito às limitações operacionais.
