PG-EAM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica
EN PT
Dissertação de Mestrado PG-EEC 2025

Planejamento ótimo de trajetórias para neutralização de ameaças aéreas com sistema multidrones e recursos limitados

Autor

Benicio Barbosa Cruz

Orientadores

Área de Concentração

Sistemas e Controle

Programa

Engenharia Eletrônica e Computação

Data de Defesa

15/07/2025

Número da Tese

80490

Resumo

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.

Palavras-chave

Planejamento de trajetória Tomada de decisões Controle preditivo Aeronave não-tripulada Avaliação de ameaças Defesa aérea Sistemas multiagentes Otimização Engenharia aeronáutica Controle