uav tracking

8/13/2019 UAV Tracking

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COOPERATIVE TRACKING OF MOVING TARGETS BYA TEAM OFAUTONOMOUS UAVSM a t t W h e e l e r , B r a d S c h r i c k , T h e I n s i t u G r o u p , B i n g e n , WA

W i l l i a m W h i t a c r e , Mark C a m p b e l l , C o r n e l l U n i v e r s i t y , I t h a c a , NYR o l f R y s d y k , R i c h a r d W i s e , U n i v e r s i t y o f W a s h i n g t o n , S e a t t l e , WA

A b s t r a c tT h i s p a p e r s u m m a r i z e s c u r r e n t w o r k o nt h e o r e t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l c o o p e r a t i v e t r a c k i n g o fm o v i n g t a r g e t s b y a t e a m o f UAVs. T h e I n s i t uG r o u p i s l e a d i n g a d i v e r s e g r o u p o f r e s e a r c h e r s t od e v e l o p b u i l d i n g b l o c k f o u n d a t i o n s f o r c o o p e r a t i v et r a c k i n g . T h e b u i l d i n g b l o c k a l g o r i t h m s h a v e b e e nm a t u r i n g t h ro u g h t h e p a r t n e r s , a n d t h e t e a m l e d b yI n s i t u i s now p u l l i n g t h e t e c h n o l o g i e s t o g e t h e r f o r

d e m o n s t r a t i o n a n d c o m m e r c i a l i z a t i o n . T h e w o r kr e p o r t e d h e r e f o c u s e s o n c o o p e r a t i v e t r a c k i n g u s i n gm u l t i p l e UAVs, w i t h t h e a b i l i t y f o r o n e o p e r a t o r t oc o n t r o l many UAVs w h i c h a r e t a s k e d t o 1 ) p r o v i d ea u t o n o m o u s t r a c k i n g o f m o v i n g a n d e v a d i n gt a r g e t s , a n d 2 ) r e p o r t t o a c e n t r a l i z e d d a t a b a s e( w i t h o u t o p e r a t o r a t t e n t i o n ) : t h e p o s i t i o n , p o s i t i o nh i s t o r y , v e l o c i t y v e c t o r o f t h e t a r g e t b e i n g t r a c k e d .

F l o c k g u i d a n c e a l g o r i t h m s h a v e b e e nd e v e l o p e d a n d s i m u l a t e d t o e n a b l e a f l o c k o f UAVst o t r a c k a n e v a d i n g v e h i c l e . A l g o r i t h m s h a v e b e e nd e m o n s t r a t e d i n s i m u l a t i o n t h a t : d y n a m i c a l l ya l l o c a t e t a s k s a n d c o m p u t e n e a r - o p t i m a l p a t h s i nr e a l - t i m e ; m i n i m i z e t h e p r o b a b i l i t y t h a t v e h i c l e s a r ed e s t r o y e d d u e t o c o l l i s i o n o r d a m a g e f r o m t h r e a t ;a n d a c c o m m o d a t e m o v i n g t a r g e t s , t i m e - o n - t a r g e t s ,a n d s e q u e n c i n g , a s w e l l a s t h e e f f e c t s o f w e a t h e r( e s p e c i a l l y w i n d ) a n d t e r r a i n . A d d i t i o n a l l yG e o l o c a t i o n e s t i m a t i o n a l g o r i t h m s a n d s o f t w a r eh a v e b e e n d e v e l o p e d w h i c h e x c h a n g e i n f o r m a t i o namong v e h i c l e s , p r o c e s s t h e i n f o r m a t i o n r o b u s t l ya n d i n r e a l t i m e , a n d h a v e d e m o n s t r a t e d t h a t t h ej o i n t a c c u r a c y i s i m p r o v e d . Work h a s a l s o f o c u s e do n a c c u r a t e p r o b a b i l i s t i c a n a l y s i s o f t h e e s t i m a t e s ,e s p e c i a l l y c o n s i d e r i n g v a r i a t i o n s a c r o s s m u l t i p l ev e h i c l e s e t s o f S c a n E a g l e UAVs.I n t r o d u c t i o n

R e c e n t m i l i t a r y o p e r a t i o n s a n d s e a r c h a n dr e s c u e o p e r a t i o n s h a v e d e m o n s t r a t e d t h e p r e s e n c e ,n e e d , a n d u s e f u l n e s s o f u n i n h a b i t e d a e r i a l v e h i c l e s( U A V s ) . F o r many o f t h e s e m i s s i o n s , UAVs w i t h

o n - b o a r d c a m e r a s y s t e m s a r e v e r y i m p o r t a n te l e m e n t s f o r o p e r a t i o n s , w i t h t h e i r a b i l i t y t o b o t ht r a c k a n d i d e n t i f y o b j e c t s o n t h e g r o u n d . W i t h as i n g l e UAV a n d c a m e r a a s a b u i l d i n g b l o c k , c u r r e n tr e s e a r c h i s now f o c u s e d o n d e v e l o p i n g t e a m s o ft h e s e v e h i c l e s f o r c o o p e r a t i v e m i s s i o n s . T h e s e t e a m s o f v e h i c l e s o p e n u p v e r y i m p o r t a n tr e s e a r c h q u e s t i o n s s u c h a s : W h a t i n f o r m a t i o n i ss h a r e d b e t w e e n t h e v e h i c l e s ? Ho w d o t h e v e h i c l e sc o o p e r a t i v e l y p l a n t r a j e c t o r i e s a n d t a s k s f o r e a c hm i s s i o n t y p e ? How c a n t h e i m p a c t o fc o m m u n i c a t i o n s c o n s t r a i n t s , s u c h a s o u t a g e s a n dd r o p p e d p a c k e t s b e m i n i m i z e d ?

T h e I n s i t u G r o u p , C o r n e l l U n i v e r s i t y , a n d t h eU n i v e r s i t y o f W a s h i n g t o n h a v e t e a m e d u p t oc o n d u c t r e s e a r c h i n o r d e r t o a n s w e r many o f t h e s eq u e s t i o n s . T h e I n s i t u G r o u p d e v e l o p s a v a r i e t y o fp r o d u c t i o n UAVs, i n c l u d i n g t h eS c a n E a g l e / S e a S c a n s y s t e m .

F i g u r e 1 . M u l t i p l e a i r c r a f t t r a c k i n g a m o v i n gt a r g e t a r e more l i k e l y t o m a i n t a i n l o c k .T h e S c a n E a g l e i s c u r r e n t l y t h e s m a l l e s t UAVw i t h a n i n e r t i a l l y - s t a b i l i z e d t u r r e t , e n a b l i n g t h ep e r s i s t e n t t r a c k i n g o f c o o r d i n a t e s / l a n d m a r k s w i t hl i m i t e d i n p u t f r o m u s e r s . U s i n g t h e S c a n E a g l e a s ab a s i s , t h e g o a l o f t h e p r o p o s e d w o r k i s t o r a p i d l ye v a l u a t e , a n d d e m o n s t r a t e i n f l i g h t , a l g o r i t h m s f o rc o o p e r a t i v e t r a c k i n g o f m o v i n g t a r g e t s u s i n g

1 - 4 2 4 4 - 0 3 7 8 - 2 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 ( 2 0 0 6 I E E E . 5 C 2 - 1

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m u l t i p l e UAVs, a s s h o w n i n F i g u r e 1 . T h e w o r kr e p o r t e d h e r e f o c u s e s o n c o o p e r a t i v e t r a c k i n g u s i n gm u l t i p l e UAVs, w i t h t h e a b i l i t y f o r o n e o p e r a t o r t oc o n t r o l many UAVs w h i c h a r e t a s k e d t o 1 ) p r o v i d ea u t o n o m o u s t r a c k i n g o f m o v i n g a n d e v a d i n gt a r g e t s , a n d 2 ) r e p o r t t o a c e n t r a l i z e d d a t a b a s e( w i t h o u t o p e r a t o r a t t e n t i o n ) : t h e p o s i t i o n , p o s i t i o nh i s t o r y , v e l o c i t y v e c t o r .

R e p o r t i n g e x p e c t e d p o s i t i o n o f t h e a s s i g n e dt a r g e t e n a b l e s I n t e l l i g e n c e , S u r v e i l l a n c e , a n dR e c o n n a i s s a n c e ( I S R ) m i s s i o n s t o b e m o r e c o s te f f e c t i v e a n d e f f i c i e n t . I S R r e s o u r c e s h a v eg e n e r a l l y b e e n r e g a r d e d a s t h e n u m b e r o n e r e s o u r c es c a r c i t y d u r i n g r e c e n t o p e r a t i o n s i n I r a q a n dA f g h a n i s t a n . I S R r e s o u r c e s w i l l c o n t i n u e t o b el i m i t e d b y p e r s o n n e l c o n s t r a i n t s u n l e s s t h e v e h i c l e s 'a u t o n o m y a n d c o o p e r a t i o n c a n b e i n c r e a s e d .

T h i s w o r k i s i n t e n d e d t o l e a d t o ad e m o n s t r a t i o n o f t h e a b i l i t y f o r m u l t i p l e UAVs t os e l f - o r g a n i z e a n d c o o p e r a t e f o r t h e t r a c k i n g o f am o v i n g t a r g e t ( S U V , v e s s e l , t a n k , e t c ) . T h e UAVsw i l l d e m o n s t r a t e a u t o n o m o u s b e h a v i o r s t o m o d i f ys t r a t e g y b a s e d u p o n t h e n u m b e r o f UAVs a v a i l a b l ef o r c o o p e r a t i o n , a n d w i l l h e l p e a c h o t h e r r e g a i ni m a g e l o c k i n t h e e v e n t t h a t t h e i m a g e i st e m p o r a r i l y l o s t b y o n e o r m o r e UAV.

F i g u r e 2 . M u l t i p l e UAVs c o u l d c o o p e r a t i v e l yt r a c k a t a r g e t i n u r b a n e n v i r o n m e n t s ,k e e p i n g t h e v e h i c l e i n v i e w much more o f t h e

t i m e .T h e p r i m e b e n e f i t f o r i n t e l l i g e n c e o p e r a t i o n s i st h a t UAVs w i l l b e a b l e t o t r a c k e v a d i n g t a r g e t s w i t hm i n i m a l i n t e r a c t i o n f r o m o p e r a t o r s . T h i s m e a n s t h a t

o n e o p e r a t o r c o u l d c o n t r o l many UAVs a n d manyt a r g e t s , t h e r e b y g a i n i n g m o r e t i m e . E v e n t u a l l y , i t

w i l l b e q u i t e p o s s i b l e t o q u e u e u p m u l t i p l eS c a n E a g l e UAVs t o a t a r g e t , a n d t h e n t h eS c a n E a g l e s c o u l d s e n d i n f o r m a t i o n ( t a r g e t p o s i t i o n ,v e l o c i t y , e t c . ) d i r e c t l y t o t h e b a t t l e f i e l d c o m p u t e r s .T h i s p a p e r s u m m a r i z e s c u r r e n t w o r k o nt h e o r e t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l c o o p e r a t i v e t r a c k i n g o fm o v i n g t a r g e t s b y a t e a m o f UAVs. T h e I n s i t uG r o u p i s l e a d i n g a d i v e r s e g r o u p o f r e s e a r c h e r s t o

d e v e l o p b u i l d i n g b l o c k f o u n d a t i o n s f o r c o o p e r a t i v et r a c k i n g . C o r n e l l U n i v e r s i t y s p e c i a l i z e s i n s i n g l ev e h i c l e t r a c k i n g e s t i m a t i o n , [ 1 , 2 ] , w h i l e t h eU n i v e r s i t y o f W a s h i n g t o n s p e c i a l i z e s i n c o o p e r a t i v ep l a n n i n g f o r t r a c k i n g m i s s i o n s u n d e r e n v i r o n m e n t a lc o n s t r a i n t s s u c h a s w i n d [ 3 , 4 ] . T h e I n s i t u G r o u pd e v e l o p s c a m e r a b a s e d o b j e c t t r a c k i n g a t t h e p i x e ll e v e l i n o r d e r t o i n e r t i a l l y p o i n t t h e c a m e r a . F i n a l l y ,t h e I n s i t u G r o u p t h e n i n t e g r a t e s t h e s e t e c h n o l o g i e sf i r s t i n s i m u l a t i o n , a n d t h e n t o f l i g h t t e s t .

T h i s p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s . F i r s t , t h ec o o p e r a t i v e p l a n n i n g a n d t r a c k i n g p r o b l e m i si n t r o d u c e d , f o l l o w e d b y a s u m m a r y d e s c r i p t i o n o ft h e t e c h n o l o g i e s , r a n g i n g f r o m v i d e o t r a c k i n g t oc o o p e r a t i v e p l a n n i n g t o c o o p e r a t i v e e s t i m a t i o n .F i n a l l y , a h i g h f i d e l i t y d i s t r i b u t e d s i m u l a t i o nt e s t b e d i s d e s c r i b e d a l o n g w i t h s i m u l a t i o n r e s u l t ss h o w i n g t h e i n t e g r a t e d s y s t e m . F l i g h t t e s t i n g o f t h ea l g o r i t h m s i s p l a n n e d f o r l a t e 2 0 0 6 o r e a r l i e r 2 0 0 7 .C o o p e r a t i v e T r a c k i n g A r c h i t e c t u r e

F i g u r e 3 s h o w s a b l o c k d i a g r a m o f t h e h i g hl e v e l s o l u t i o n p r o p o s e d . T h e k e y e l e m e n t s i n c l u d e :S c a n E a g l e UA V . T h e UAV i n c l u d e s a l l t r a d i t i o n a le l e m e n t s o f t h e a i r f r a m e , e n g i n e , c o n t r o l

a c t u a t o r s a n d s e n s o r s , a v i o n i c s w i t h e m b e d d e dp r o c e s s i n g a n d t h e p o t e n t i a l f o r a u x i l i a r yp r o c e s s i n g b o a r d s . A l s o i n c l u d e s a s e t o f b a s i ct r a j e c t o r y a l g o r i t h m s , s u c h a s o r b i t i n g a b o u t ap o i n t a t a g i v e n a l t i t u d e .O b j e c t T r a c k e r . T h i s s y s t e m i n c l u d e s a v a r i e t y o fi m a g e p r o c e s s i n g a l g o r i t h m s , o r p i x e l i m a g et r a c k e r s , i n c o n j u n c t i o n w i t h a t w o a x i s

g i m b a l i n g p a y l o a d w i t h c a m e r a . T h e f e e d b a c kl o o p r e j e c t s e n g i n e v i b r a t i o n s w h i l e a l s ot r a c k i n g a n a p p r o x i m a t e GPS l o c a t i o n o n t h eg r o u n d .F l o c k G u i d a n c e . T h i s s y s t e m o p t i m i z e s e i t h e r t h eUAV o r b i t i n g p a r a m e t e r s o r s p e c i f i c UAVf l i g h t c o m m a n d s i n o r d e r t o i m p r o v e

5 C 2 - 2



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G e o l o c a t i o n . T h e s e a l g o r i t h m s i n c l u d e s p e c i f i ca p p r o a c h e s t o h a n d l e t h e p r e s e n c e o f w i n d ,w h i c h i s a l a r g e f a c t o r f o r t h e s e s m a l l UAVs.E x t e n s i o n s i n c l u d e d y n a m i c a l l y a l l o c a t i n g t a s k sa n d c o m p u t i n g n e a r - o p t i m a l p a t h s i n r e a l - t i m e .

G e o l o c a t i o n . T h i s s y s t e m t a k e s r e a l t i m e s c r e e nc o o r d i n a t e m e a s u r e m e n t s f r o m t h eO b j e c t T r a c k e r l o o p , f u s e s w i t h t h e UAVa t t i t u d e , p o s i t i o n , a n d g i m b a l p o s i t i o n s i n o r d e rt o d e v e l o p a s t a t i s t i c a l l y a c c u r a t e e s t i m a t e o ft h e t a r g e t l o c a t i o n . I n a d d i t i o n , a n i n f o rm a ti o nf o r m i s u s e d i n o r d e r t o f u s e m e a s u r e m e n t s

f r o m t h e o t h e r UAVs i n a d i s t r i b u t e d f a s h i o n ,a n d t o h a n d l e m e a s u r e m e n t d e l a y s .I n a d d i t i o n t o t h e s e e l e m e n t s , a d d i t i o n a l t r a j e c t o r yo p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m s c o u l d b e d e s i g n e d i n o r d e rt o m a x i m i z e i n f o r m a t i o n c o n t e n t o f t h e c o l l e c t e ds e n s o r s . T h e v i s u a l s e n s o r s , w i t h i m a g e p r o c e s s i n g ,r e p o r t b e a r i n g i n f o rm a ti o n o n l y . C o o p e r a t i v ep l a n n i n g o f t h e v e h i c l e t r a j e c t o r i e s i m p r o v e s t h ec o n v e r g e n c e t i m e o f t h e G e o l o c a t i o n a c c u r a c y .A s u m m a r y o f t h e S c a n E a g l e UAV c a n b e f o u n d i n[ 5 , 6 ] , w h i l e a s u m m a r y o f t h e o t h e r b l o c k s i s g i v e nh e r e .

) i x e l s

T l e r ObjectTrackeru s e ri n p u t

T g t p o s / v e l < ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ n g l e s| < U A V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 U A V I ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ a t t / p o s a t t / posr h a s i n g i n o r m a t i o nuse r usert o f r o m i n p u t t o f r o m i n p u to t h e r o t h e r o t h e r o t h e rAC AC AC AC

F i g u r e 3 . B l o c k d i a g r a m o f t h e i n t e g r a t e d s o l u t i o n f o r C o o p e r a t i v e p l a n n i n ga n d t r a c k i n g u s i n g m u l t i p l e S c a n E a g l e UAVs.

O b j e c t T r a c k e rT h e c a m e r a o n - b o a r d t h e S c a n E a g l e UAV i ss t e e r e d b y a m u l t i - l a y e r e d c o n t r o l s y s t e m . T h e r e a r et h r e e c o n t r o l l o o p s . L i s t e d i n o r d e r o f f a s t e s t t os l o w e s t t i m e s c a l e s , t h e l o o p s a r e :

1 . R a t e g y r o f e e d b a c k2 . GPS f e e d f o r w a r d3 . V i d e o i m a g e b a s e d f e e d b a c k

T h e i n n e r l o o p u s e s r a t e g y r o f e e d b a c k t o h o l dt h e c a m e r a l i n e - o f - s i g h t f i x e d w i t h r e s p e c t t o a ni n e r t i a l r e f e r e n c e . T h i s l o o p r e j e c t s a i r c r a f t m o t i o nt o a b a n d w i d t h o f 5 H z . T h e GPS l o o p u s e s UAV-t a r g e t r e l a t i v e p o s i t i o n a n d v e l o c i t y t o d y n a m i c a l l ys t e e r t h e l i n e o f s i g h t o n t o t h e t a r g e t c o o r d i n a t e s .T h e o u t e r i m a g e f e e d b a c k l o o p c o m p e n s a t e s f o rl o w f r e q u e n c y b i a s e r r o r s i n t h e i n n e r l o o p s , t o k e e pt h e i m a g e d s c e n e s t a t i o n a r y i n t h e v i d e o w i n d o w .

5 C 2 - 3



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P a y l o a d o p e r a t o r s t e e r i n g s e t p o i n t s a r ep r o v i d e d a t e a c h l e v e l . U s i n g t h e j o y s t i c k , t h eo p e r a t o r ma y s t e e r :

t h e l i n e - o f - s i g h t r a t e t a r g e t GPS c o o r d i n a t e s o r t h e i m a g e p a t c h r a t e i n t h e v i d e o w i n d o wT h e e f f e c t s o f v i b r a t i o n a n d t u r b u l e n c e o ni m a g e q u a l i t y b e c o m e s e v e r e a t h i g h zoom o n t h eS c a n E a g l e p l a t f o r m . A zoom o f t i m e s 2 5

c o r r e s p o n d s t o a 1 . 8 d e g r e e f i e l d o f v i e w A t ma xz o o m , t h e i m a g e c a n s h i f t u p t o 5 0 p i x e l s b e t w e e nf r a m e e x p o s u r e s , b o t h v e r t i c a l l y a n d h o r i z o n t a l l y .O b j e c t T r a c k e r h a s d r a m a t i c a l l y r e d u c e d o p e r a t o rw o r k l o a d f o r h i g h zoom i m a g i n g , e x t e n d i n g t h ee f f e c t i v e zoom r a n g e b y a f a c t o r o f t h r e e .

P r e s e n t l y , O b j e c t T r a c k e r u s e s s c e n e b a s e di m a g e p r o c e s s i n g t o s t e e r t h e c a m e r a . A b o x o n t h es c e n e i m a g e i s d e s i g n a t e d b y t h e u s e r a n d t h e n t h i sb o x i s p u l l e d t o t h e c e n t e r o f t h e s c r e e n b yO b j e c t T r ac k e r s u p l i n k e d t u r r e t s t e e r i n g c o m m a n d s .

F o r o b s e r v a t i o n o f s t a t i c t a r g e t s , h a n d s o f fo p e r a t i o n i s p o s s i b l e f o r m i n u t e s a t a t i m e .H o w e v e r , t r a c k i n g m o v i n g v e h i c l e s i s s t i l l a f u l l yi n t e r a c t i v e t a s k . T h e u s e r m u s t n u d g e t h e j o y s t i c ke v e r y f e w s e c o n d s t o k e e p t h e b o x o n t h e t a r g e t . Weh a v e t r a c k e d m o v i n g v e h i c l e s h a n d s o f f f o r t e n s o fs e c o n d s , b y a d j u s t i n g t h e t a r g e t b o x t o t i g h t l ye n c l o s e a m o v i n g v e h i c l e i n t h e v i d e o . H o w e v e r ,t h i s i s n o t a s i g n i f i c a n t o p e r a t o r a i d .

C u r r e n t r e s e a r c h h a s f o c u s e d o n d e v e l o p i n g ab l o b a n a l y s i s a l g o r i t h m , w h i c h i s d e s i g n e d t oa u t o m a t i c a l l y c e n t e r t h e t a r g e t b o x o n a d e s i g n a t e dt a r g e t , r e l i e v i n g t h e o p e r a t o r o f t h i s c o n t i n u o u s t a s k .T h e b l o b a n a l y s i s a l g o r i t h m d e t e c t s a r e g i o n o f t h es c e n e p a t c h i n t h e b o x w h i c h i s d i f f e r e n t f r o m t h es u r r o u n d i n g i m a g e . T h e b l o b i s t h e n i s o l a t e d a n du s e d t o c e n t e r t h e b o x o n t h e t a r g e t . T h e b l o ba n a l y s i s a l g o r i t h m c a n d e t e c t o b j e c t s w h i c h a r e :

l i g h t e r t h a n s c e n e d a r k e r t h a n s c e n e u n i f o r m c o l o r m o v i n g o n s c e n e o r h a v e s t r o n g e d g e sT h i s a l g o r i t h m w o r k s w e l l i n u n c l u t t e r e d ,u n o c c l u d e d e n v i r o n m e n t s . I t c a n e x t e n d t h e p e r i o do f h a n d s o f f o p e r a t i o n f o r o b s e r v i n g d i s t i n c t t a r g e t si n d e f i n i t e l y . H o w e v e r , i t i s p r e s e n t l y n o t t o o

d i s c r i m i n a t i n g . When t h e t r a c k e d v e h i c l e m o v e sn e a r a s i m i l a r l o o k i n g b l o b , t h e b l o b t r a c k e r ma ys w i t c h t a r g e t s . T h i s c h a r a c t e r i s t i c w i l l b e i m p r o v e ds o m e w h a t b y i n c l u d i n g a K a l m a n f i l t e r t o a l l o wo n l y r e a l i s t i c t a r g e t m o t i o n . F i g u r e 4 i l l u s t r a t e s t h eb e h a v i o r o f t h e b l o b t r a c k e r .

F i g u r e 4 . B l o b t r a c k i n gF l o c k G u i d a n c e

T h e g u i d a n c e a l g o r i t h m m u s t a c c o m p l i s h t w og o a l s s i m u l t a n e o u s l y t o s u p p o r t G e o l o c a t i o n . F i r s t ,t h e UAVs f l i g h t p a t h m u s t b e s u c h t h a t t h e t a r g e t i sk e p t i n r a n g e o f t h e c a m e r a a n d w i t h i n t h e c a m e r a sl i n e - o f - s i g h t . S e c o n d l y , t h e c o m m a n d e d c l o c k a n g l e E D E S ) b e t w e e n t h e t w o UAVs m u s t b e t r a c k e df o r i m p r o v e d G e o l o c a t i o n p e r f o r m a n c e . F o re x a m p l e , w i t h t w o UAVs a c l o c k a n g l e o f f s e t o f 9 0 0m i n i m i z e s G e o l o c a t i o n u n c e r t a i n t y . F i g u r e s 5 a n d 6s h o w t h e d e s i r e d m o t i o n o f t h e UAVsc o r r e s p o n d i n g t o t h e t a r g e t m o t i o n .

20 0

10 0

0

-100

-200

-300 -200 -1 00 0 100 200 300F i g u r e 5 . D e s i r e d UAV p o s i t i o n s r e l a t i v e t o

t a r g e t

5 C 2 - 4

UAV1UAV2C l o c k A n g l e UAV1

R d e s \UAV2A V d e s

R d e sxT a r g e t

Wind

. i n n . l

- i U U I



5/9

4003 5 0 F3 0 0 F

tY0z. 2 _00 -

2 5 0 h2 0 01 5 0 F1 0 05 00

- 5 0 ' I0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0P o s i t i o n EAST 2000 2500

F i g u r e 6 . A b s o l u t e m o t i o n o f UAVs a n d t a r g e tI f t h e UAVs g r o u n d s p e e d e x c e e d s t h a t o f t h et a r g e t , d u e t o i t s c o n s t r a i n e d s t a n d - o f f d i s t a n c e , t h e

UAV w i l l o r b i t a b o u t t h e t a r g e t ' s p o s i t i o n w i t h ac l o c k a n g l e r a t e g i v e n b y t h e r a t i o o f t h e t a n g e n t i a lc o m p o n e n t o f t h e UAVs s p e e d r e l a t i v e t o t h e t a r g e ta n d t h e r a d i u s t o t h e t a r g e t :j ( V g 2 + V t + 2V t ) V , t ) s i n ( T P ( t ) q t t

r ( t )N o t e t h a t c l o c k a n g l e r a t e i s a f f e c t e d b y UAVg r o u n d s p e e d ( a n d t h u s w i n d ) a s w e l l a s t a r g e ts p e e d , t a r g e t h e a d i n g , a n d c u r r e n t c l o c k a n g l e .T h e r e f o r e , c l o c k a n g l e r a t e i s o n l y c o n s t a n t w h e nt h e t a r g e t i s s t a t i o n a r y a n d t h e r e i s n o w i n d .

G u i d a n c e c o m m a n d s a v a i l a b l e t o t h e c o n t r o l l e ra r e UAV s p e e d , w i t h i n l i m i t s , a n d s p e c i f y i n g a no r b i t r a d i u s a n d o r b i t c e n t e r . By d e f a u l t , t h eg u i d a n c e w i l l p a s s t h e e s t i m a t e d t a r g e t l o c a t i o n a st h e o r b i t c e n t e r . A n o m i n a l t a r g e t s t a n d - o f f d i s t a n c ei s g i v e n a s a c o n s t a n t , b a s e d o n t h e c a m e r ac a p a b i l i t i e s . T h e r e f o r e , t h e r a d i u s a d j u s t m e n t i sc o n t r o l l e d , a g a i n w i t h i n l i m i t s . E a c h UAV h a s a ni n n e r - l o o p a u t o p i l o t t h a t c o n v e r t s t h e s e c o m m a n d st o a c t u a l d e f l e c t i o n s o f t h e r u d d e r , a i l e r o n s , t h r o t t l e ,a n d e l e v a t o r t h e r e b y c o n t r o l l i n g a i r s p e e d , a l t i t u d e ,h e a d i n g r a t e , a n d s i d e s l i p a n g l e . G o o d Helmsman T r a c k i n g

T h e g u i d a n c e a l g o r i t h m u s e d w a s d e v e l o p e db y R y s d y k [ 7 ] . I n [ 7 ] , c r o s s t r a c k e r r o r a n d h e a d i n ge r r o r , b a s e d o n a d e s i r e d p a t h , a r e b r o u g h ts i m u l t a n e o u s l y t o z e r o b y t h e u s e o f a G o o d

H e l m s m a n f u n c t i o n . I n t h i s c a s e , s i m i l a r G o o dH e l m s m a n f u n c t i o n s a r e u s e d t o c o n v e r t t h e c l o c ka n g l e s e p a r a t i o n e r r o r b e t w e e n t h e t w o UAVs i n t or a d i u s a n d s p e e d a d j u s t m e n t s . I n a d d i t i o n , t h e s p e e da d j u s t m e n t i s f i l t e r e d b y a f i r s t o r d e r l e a dc o m p e n s a t o r t o a c c o u n t f o r e n g i n e d y n a m i c s . T h e' v i r t u a l ' l e a d e r p r i n c i p l e i s e m p l o y e d s o t h a t t h eUAVs a d j u s t s p e e d a n d r a d i u s e q u a l l y b u to p p o s i t e l y ( o n e i n c r e a s e s , o n e d e c r e a s e s ) b a s e d o nt h e s i g n o f t h e c l o c k a n g l e s e p a r a t i o n e r r o r . T h eUAV t h a t l e a d s t h e o t h e r i n c l o c k a n g l e i sd e t e r m i n e d o n l y b y t h e s i g n o f t h e c l o c k a n g l es e p a r a t i o n c o m m a n d .

I n p u t s r e q u i r e d f o r F l o c k G u i d a n c e a r ee s t i m a t e d t a r g e t p o s i t i o n ( g i v e n b y t h e e s t i m a t i o na l g o r i t h m ) , h o s t UAV p o s i t i o n ( g i v e n b y o n b o a r dG P S / I N S ) , a n d t e a m m a t e UAV p o s i t i o n( c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n U A V s ) .G e o l o c a t i o n

T h e G e o l o c a t i o n e s t i m a t o r w a s d e v e l o p e du n d e r t h e f o l l o w i n g c o n s t r a i n t s :1 . M u s t b e a b l e t o r u n i n r e a l - t i m e .2 . M u s t b e a b l e t o h a n d l e s i g n i f i c a n t l yn o n l i n e a r d y n a m i c s , p a r t i c u l a r l y t h em e a s u r e m e n t e q u a t i o n s .3 . M u s t b e c o m p u t a t i o n a l l y e f f i c i e n t f o rc o o p e r a t i v e e s t i m a t i o n .4 . M u s t b e d y n a m i c a l l y a n d n u m e r i c a l l ys t a b l e .T h e d e t a i l s o f t h e G e o l o c a t i o n t r a c k i n ge s t i m a t o r c a n b e f o u n d i n [ 2 ] . Key a t t r i b u t e s o f t h ec o o p e r a t i v e G e o l o c a t i o n t r a c k i n g e s t i m a t o r a r e :D e c e n t r a l i z e d . E a c h v e h i c l e h a s i t s own

G e o l o c a t i o n e s t i m a t o r , a n d t h e n c o m m u n i c a t e s o n l yn e c e s s a r y i n f o r m a t i o n t o t h e o t h e r v e h i c l e s . T h i sm i n i m i z e s memory a n d c o m m u n i c a t i o n , a n de n a b l e s r o b u s t n e s s .

S i m p l i f i e d P r e d i c t i o n . O n l y t h e t a r g e td y n a m i c s a r e u s e d i n t h e p r e d i c t i o n p o r t i o n o f t h ee s t i m a t o r , t h u s a l l o w i n g h a l f o f t h e e s t i m a t o r t os c a l e v e r y w e l l w i t h t h e n u m b e r o f v e h i c l e s .

I n f o r m a t i o n F o r m . An i n f o r m a t i o n f o r m i su s e d i n o r d e r t o 1 ) m i n i m i z e t h e a m o u n t o fi n f o r m a t i o n s h a r e d b e t w e e n v e h i c l e s , 2 ) s i m p l i f yt h e m u l t i p l e v e h i c l e f u s i o n p r o b l e m , a n d 3 ) s i m p l i f y

5 C 2 - 5

2 l z ~~ T a r g e tUAV1UAV2

A - c



6/9

t h e p r o b l e m o f d e l a y e d d a t a ( f r o m c o m m u n i c a t i o nd r o p - o u t s ) .S i g m a P o i n t s . S i g m a p o i n t s a r e u s e d t od e v e l o p s t a t i s t i c a l l i n e a r i z a t i o n s o f t h e d y n a m i c s ,w h i c h h a v e b e e n s h o w n t o b e m o r e a c c u r a t e t h a nt h e t r a d i t i o n a l E x t e n d e d K a l m a n F i l t e r ( o r t h eE x t e n d e d I n f o r m a t i o n F i l t e r ) .S q u a r e R o o t . A s q u a r e r o o t v e r s i o n o f t h ee s t i m a t o r i s u s e d , b o t h f o r i t s n u m e r i c a l a c c u r a c y i nr e a l t i m e i m p l e m e n t a t i o n a n d i t s e a s e i n

i m p l e m e n t a t i o n w i th t h e s i g m a p o i n t s .S R - S P I F I t e r a t i o n O v e r T i m l ePrediction,

Y N I A V 1 - N A V TAC N a v i g a t i o n >AC A t t i t U d Y A T T , TT

(Eiimba~~~l A t t d / N F ' - S IU p d a t e Y C o o p e r a t i v e TGTGirnbal A t : f l ~ t u d : e : T G X T I F u s i o n 5 ( TC a mera S c r e e n z S C H F S S i R _+

C o o r d i n a t e s.+ ~ ~ ~ ~ [ 1 P O 1 2 3 1 . X

i P o l I I P o 3 X C : o m m u n i c a t e d f r o m n O t h e r U A V / ' sC o m m u n i c a t e t o O t h e r U A V s

F i g u r e 7 . B l o c k d i a g r a m o f t h e G e o l o c a t i o ns o l u t i o n

F i g u r e 7 s h o w s a b l o c k d i a g r a m o f t h eG e o l o c a t i o n e s t i m a t o r . T h e n o v e l f e a t u r e o f t h ee s t i m a t o r i s t h e u p d a t e s t e p w h i c h i s a square r o o t ,i n f o r m a t i o n f o r m w i t h a r e d u c e d n u m b e r o f s t a t e sf o r u p d a t e . O n l y t h e b a s i c s k e t c h o f t h e u p d a t e w i l lb e p r o v i d e d h e r e . T h o s e n o t a l r e a d y f a m i l i a r w i t hS i g m a P o i n t f i l t e r i n g s h o u l d c o n s u l t [ 8 , 9 ] s i n c e t hep r e l i m i n a r y d e f i n i t i o n s w i l l n o t b e g i v e n h e r e .

T h e G e o l o c a t i o n e s t i m a t o r i s f o r e s t i m a t i n g t h es t a t e o f a t a r g e t on t h e g r o u n d w i t h d y n a m i c s g i v e nb y ,X P ? 0 J?oI 1XPO: WoI

ZSCRN

X P O S L9 s m l ( X P O I ^ X . A T T ,

L X - G l 1 lI V S C R l )

X P O S NYSCRN(XPOI ^ XAT 2 VSN

X G I M N

W h e r e g S C R i s a s i g n i f i c a n t l y n o n l i n e a rf u n c t i o n o f t h e P O I s t a t e a s w e l l a s t h e a i r c r a f ts t a t e s . T h e a i r c r a f t s t a t e s h a v e e r r o r s a n d t h e s ee r r o r s a r e c h a r a c t e r i z e d b y t h e o n b o a r d I n e r t i a lN a v i g a t i o n S y s t e m ( I N S ) a l r e a d y a n d t h e r e f o r e d on o t n e e d t o b e r e e s t i m a t e d a n d t h e r e i n l i e s t h e k e yt o t h e G e o l o c a t i o n e s t i m a t o r . We u s e t h e s q u a r er o o t o f t h e a i r c r a f t s t a t e e r r o r c o v a r i a n c e , S x 2 x 2 , t od o a r e d u c e d o r d e r u p d a t e u s i n g o r t h o g o n a l i z a t i o n s .T h e i n f o r m a t i o n t o b e s e n t b e t w e e n a i r c r a f t i s

0 - 1 ^ X S -2 x 2 / , k 1 + l k + l

5k ( Z I Z l - 1 + [ X l 1

o I k 1 vk+t+lw h e r e C k + l i s t h e s t o c h a s t i c l i n e a r i z a t i o n g i v e n b yt h e S i g m a P o i n t f i l t e r . T h e f u s i o n o f i n f o r m a t i o nf r o m o t h e r UAVs a n d t h e f i n a l u p d a t e s t e p o f t h el o c a l e s t i m a t o r i s g i v e n in i n f o r m a t i o n f o r m as

w h e r e t h e s u b s c r i p t P O I s t a n d s f o r P o i n t o f I n t e r e s t( t a r g e t ) . T h e measurement o f t h e P O I i sT I i+1

R- X-x x I l k L l

I P O I , k + I 2I ' ~ .j I ] N

5 C 2 - 6

i P O I k + l



7/9

S i m u l a t i o nS i n c e t h i s w o r k i s i n t e n d e d t o l e a d t o t h e u s e o fm u l t i p l e r e a l UAVs c o o p e r a t i v e l y t r a c k i n g am o v i n g t a r g e t , a l l c o m p o n e n t s m u s t b e t h o r o u g h l yt e s t e d . As a s t e p i n t h a t d i r e c t i o n , a h i g h f i d e l i t yd i s t r i b u t e d s i m u l a t i o n h a s b e e n d e v e l o p e d. T h i ss i m u l a t i o n t e s t b e d u t i l i z e s T C P / I P c o n n e c t i o n s a n d

c a n t h e r e f o r e b e u s e d w i t h c o m p o n e n t s i n d i f f e r e n tl o c a t i o n s p r o v i d e d h i g h b a n d w i d t h l o o p s d o n o te x t e n d o v e r t o o g r e a t a d i s t a n c e .S e t u p

T h e s i m u l a t i o n t e s t b e d c o n s i s t s o f t h e F l o c kG u i da n c e ( F G ) a n d G e o l o c a t i o n ( G e o ) a l g o r i t h m si m p l e m e n t e d i n S i m u l i n k a n d M a t l a b r e s p e c t i v e l y ,a s w e l l a s t h e f o l l o w i n g s o f t w a r e c o m p o n e n t s .D a t a h u b ( D H ) : T h e D a t a h u b c a n b e t h o u g h t o fa s a d i s t r i b u t e d d a t a s e r v e r . D a t a p u b l i s h e d o n a

l o c a l D a t a h u b i s m i r r o r e d t o t h e D a t a h u b s o n a l lo t h e r c o n n e c t e d c o m p u t e r s . T h e D a t a h u b f a c i l i t a t e sd e v e l o p m e n t b y p r o v i d i n g a m e a n s f o r d a t ae x c h a n g e b e t w e e n c o m p o n e n t s o f d i f f e r e n tl a n g u a g e s . T h i s a l l o w s e a c h r e s e a r c h g r o u p t o w o r ki n w h a t e v e r e n v i r o n m e n t i s m o s t c o m f o r t a b l e . T h eD a t a h u b a l s o h a s i t s own s c r i p t i n g l a n g u a g ea v a i l a b l e .F l i g h t S i m ( F S ) : T h i s i s a r e a l i s t i c f l i g h ts i m u l a t o r o f t h e S c a n E a g l e UAV w h i c h i n c l u d e s a l l

c o r e c o m p o n e n t s o f t h e UAV i n c l u d i n g t h e a i r c r a f tf l i g h t d y n a m i c s w i t h f l i g h t c o n t r o l l o o p s , c a m e r at u r r e t , a n d e n v i r o n m e n t a l a s p e c t s s u c h a s w i n d . I ta l s o h a s t h e c a p a b i l i t y t o i n t e r a c t w i t h HILc o m p o n e n t s .

T r a j e c t o r y G e n e r a t o r ( T G ) : T h i s c r e a t e sr e a l i s t i c r a n d o m v e h i c l e t r a j e c t o r i e s t o m o d e l a c a rd r i v i n g t h r o u g h a c i t y o r o u t o n t h e h i g h w a y . T h e s ec a n a l s o b e u s e d w i t h a r a n d o m s e q u e n c e o f o n e a n dt h e n t h e o t h e r . T h i s w o u l d b e l i k e a t a r g e t d r i v i n gf r o m o n e t o w n t o t h e n e x t a l o n g a h i g h w a y . T h i sw a s i m p l e m e n t e d u s i n g t h e s c r i p t i n g l a n g u a g ep r o v i d e d w i t h t h e D a t a h u b .

U s e r I n t e r f a c e ( U I ) : T h i s w a s a n i n t e r f a c ec r e a t e d i n M a t l a b t o g i v e t h e u s e r a v i s u a la w a r e n e s s o f t h e s t a t e o f t h e f l o c k a n d a l l o w e d t h eu s e r t o s e n d c o m m a n d s t o t h e f l o c k t h r o u g h t h ed a t a h u b . Commands i n c l u d e s u c h t h i n g s a s c l o c ka n g l e o f f s e t s a n d s t o p p i n g c o o p e r a t i o n b e t w e e n t h ea i r c r a f t ( s i m u l a t i n g a c o m m u n i c a t i o n l o s s ) .

S c e n e G e n e r a t o r ( S G ) : T h e S c e n e G e n e r a t o rc r e a t e s d i g i t a l i m a g e s f o r O b j e c t T ra c k e r b a s e d o na i r c r a f t p o s i t i o n a n d a t t i t u d e , c a m e r a a t t i t u d e a n ds e t t i n g s , a n d t h e t a r g e t l o c a t i o n . T h eS c e n e G e n e r a t o r w a s r u n n i n g i n t h e s i m u l a t i o n a t f o rt h e t e s t s p e r f o r m e d b u t O b j e c t T r a c k e r w a s n o t y e ti n t h e l o o p .

F i g u r e 8 . S o f t w a r e / h a r d w a r e a r c h i t e c t u r e f o r t h es i m u l a t i o n

F i g u r e 8 s h o w s t h e h a rd wa r e a n d s o f t w a r ec o n n e c t i o n s f o r t h e s i m u l a t i o n t e s t b e d . T h e s m a l lb l o c k s r e p r e s e n t t h e v a r i o u s s o f t w a r e c o m p o n e n t sw i t h d e s c r i p t i o n s a n d a b b r e v i a t i o n s g i v e np r e v i o u s l y . T h e l a r g e r b l o c k s r e p r e s e n t t h ec o m p u t e r s . T h e a r r o w s b e t w e e n c o m p u t e r s i n d i c a t eT C P / I P c o n n e c t i o n s b e t w e e n D a t a h u b s a n d t h ea r r o w s w i t h i n e a c h c o m p u t e r r e p r e s e n t l o c a lc o n n e c t i o n s t o t h e o n b o a r d D a t a h u b . C o m p u t e r so n e a n d t w o c a n b e l o o s e l y t h o u g h t o f a s s i m u l a t i n gUAVs o n e a n d t w o w h i l e c o m p u t e r t h r e e c a n b et h o u g h t o f a s t h e g r o u n d s t a t i o n .R e s u l t sC o o p e r a t i v e t r a c k i n g h a s b e e n t e s t e d f o rt a r g e t s m o v i n g i n b o t h c i t y a n d h i g h w a y d r i v i n gm o d e s . I n a c i t y d r i v i n g m o d e t h e r a n d o m t r a j e c t o r yi s c h a r a c t e r i z e d b y s t r a i g h t l i n e s , s h a r p t u r n s , l o ws p e e d s a n d f r e q u e n t s t o p s . I n t h e h i g h w a y d r i v i n gm o d e t h e s p e e d s a r e h i g h e r , s t o p s l e s s f r e q u e n t , a n dt u r n s t e n d t o b e m o r e g r a d u a l .

5 C 2 - 7



8/9

F i g u r e 9 s h o w s a t y p i c a l r e s u l t o f t h ec o o p e r a t i v e t r a c k i n g o f a c a r i n a c i t y d r i v i n g m o d e .T h e a i r c r a f t t r a j e c t o r i e s s h o w t h e a i r c r a f t o r b i t i n gt h e t a r g e t a n d m a i n t a i n i n g t h e c o m m a n d e d c l o c ka n g l e o f f s e t o f 9 0 0 . S i n c e t h e c a r i s m o v i n g a t a l o wp e r c e n t a g e o f t h e maximum UAV s p e e d we s e ev e r y r o u n d e d f r e q u e n t o r b i t s a s s h o w n i n t h e F l o c kG u i d a n c e S e c t i o n .

d e s i r e d a n d e x p e c t e d b e h a v i o r .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f , . . . . .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

z

z I.... I .E a s t l m}

E a s t ( m )F i g u r e 9 . C o o p e r a t i v e t r a c k i n g o f a t a r g e tm o v i n g i n a c i t y d r i v i n g modeT h e e s t i m a t e s a n d 3 G b o u n d s a r e a l s o s h o w n i n

F i g u r e 9 a n d a r e i n d i c a t i v e o f t h e l e v e l o fp e r f o r m a n c e f o r G e o l o c a t i o n . T h e l a b e l s h a v e b e e ni n t e n t i o n a l l y l e f t o f f o f t h e a x e s d u e t o ITARr e s t r i c t i o n s . H o w e v e r s i n c e t h e t a r g e t i s d r a w n a ta p p r o x i m a t e l y l i f e s i z e ( t h e UAVs a r e s c a l e d u p f o rv i s u a l e f f e c t ) , i t i s c l e a r t h a t t h e e s t i m a t o r i sp e r f o r m i n g w e l l . T h e e s t i m a t e s a n d b o u n d s a r e n o tp e r f e c t l y a l i g n e d b e c a u s e s o m e o f t h e i n f o r m a t i o nb e i n g s e n t b e t w e e n t h e UAVs w a s d r o p p e d . T h a t i swe d i d n o t a l l o w t h e UAVs t o h a v e p e r f e c tc o m m u n i c a t i o n s i n c e i n r e a l l i f e t h e y w i l l n o ta l w a y s b e a b l e t o c o m m u n i c a t e . G e o l o c a t i o n w a st e s t e d f o r b o t h p e r i o d i c d r o p p e d i n f o r m a t i o n a n dl o n g t e r m c o m m u n i c a t i o n d r o p s a n d p e r f o r m e d w e l lt h r o u g h b o t h t e s t s b u t i s f a r b e t t e r w i t h f u l lc o m m u n i c a t i o n . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a m o r ee f f e c t i v e m e a n s o f d e a l i n g w i t h d e l a y e d i n f o r m a t i o nh a s b e e n d e v e l o p e d , [ 2 ] , b u t w a s n o t i m p l e m e n t e df o r t h i s s i m u l a t i o n .

When t h e t a r g e t i s m o v i n g i n t h e h i g h w a yd r i v i n g m o d e we s e e a s o m e w h a t d i f f e r e n t b e h a v i o rf r o m F l o c k G u i d a n c e . s e e t h e UAVs r a r e l ya c t u a l l y o r b i t i n g a r o u n d t h e t a r g e t b u t m o r e o f t e nj u s t f o l l o w i n g t h e t a r g e t w h i l e m a i n t a i n i n g t h ep r o p e r s e p a r a t i o n f r o m e a c h o t h e r . T h i s i s t h e

F i g u r e 1 0 . C o o p e r a t i v e t r a c k i n g o f a t a r g e tm o v i n g i n a h i g h w a y d r i v i n g mode i g u r e 1 0 s h o w s a n e x a m p l e w h e r e t h e t a r g e ti s i n t h e h i g h w a y d r i v i n g m o d e . T h e UAVs s t i l lm a i n t a i n t h e c o m m a n d e d c l o c k a n g l e s e p a r a t i o n o f9 0 0 b u t r a r e l y c i r c l e a r o u n d t h e t a r g e t . G e o l o c a t i o np e r f o r m s q u i t e w e l l a n d i s s h o w n i n t h e z o o m e d i nv i e w i n F i g u r e 1 0 . T h e u n c e r t a i n t y b o u n d s a r ea l i g n e d s i n c e i n f o r m a t i o n b e t w e e n UAVs r e a c h e di t s d e s t i n a t i o n c o n s i s t e n t l y f o r a t l e a s t a f e w u p d a t e

s t e p s . T h a t i s , e v e n w i t h d r o p p e d i n f o r m a t i o n t h ee s t i m a t e s a n d b o u n d s c o n v e r g e t o e a c h o t h e r v e r yq u i c k l y o n e c o m m u n i c a t i o n i s r e s t o r e d . A g a i n t h ea x i s l a b e l s h a v e b e e n l e f t o f f b u t t h e p e r f o r m a n c ec a n b e q u a l i t a t i v e l y a s s e s s e d f r o m t h e s i z e o f t h et a r g e t a s d r a w n .

5 C 2 - 8



9/9

R e f e r e n c e s[ 1 ] C a m p b e l l , M . E . a n d W h e e l e r , M . , A V i s i o nB a s e d G e o l o c a t i o n T r a c k i n g S y s t e m f o r UAVs,AIAA G u i d a n c e N a v i g a t i o n a n d C o n t r o lC o n f e r e n c e , 2 0 0 6 .[ 2 ] C a m p b e l l , M . E . , W h i t a c r e , W. W . , C o o p e r a t i v eT r a c k i n g u s i n g V i s i o n M e a s u r e m e n t s o n S e a S c a nUAVs, IEEE T r a n s a c t i o n s o n C o n t r o l S y s t e m sT e c h n o l o g y , A c c e p t e d f o r P u b l i c a t i o n .[ 3 ] W i s e , R . , R y s d y k , R . UAV C o o r d i n a t i o n f o rA u t o n o m o u s T a r g e t T r a c k i n g , AIAA G u i d a n c eN a v i g a t i o n a n d C o n t r o l C o n f e r e n c e , 2 0 0 6 .[ 4 ] O s b o r n e , J . , R y s d y k , R . W a y p o i n t G u i d a n c ef o r S m a l l UAVs i n W i n d , I n f o t e c h @ A e r o s p o a c e ,A r l i n g t o n , VA; USA; 2 6 - 2 9 S e p t . 2 0 0 5 . p p . 1 - 1 2 .[ 5 ] T h e I n s i t u G r o u p , T h e S e a S c a n UAV,

[ 6 ] M c G e e r , T . a n d V a g n e r s , J . , H i s t o r i c C r o s s i n g :a n Unmanned A i r c r a f t ' s A t l a n t i c F l i g h t , GPSW o r l d , V o l . 1 0 , N o . 2 , F e b 1 9 9 9 , p p . 2 4 - 3 0 .[ 7 ] R y s d y k , R . UAV P a t h F o l l o w i n g f o r C o n s t a n tL i n e - o f - S i g h t T a r g e t O b s e r v a t i o n , J o u r n a l o fG u i d a n c e , N a v i g a t i o n , a n d C o n t r o l , i n p r e s s .[ 8 ] J u l i e r , S . , U h l m a n n , J . , a n d D u r r a n t - W h y t e ,H . F . , A Ne w M e t h o d f o r t h e N o n l i n e a rT r a n s f o r m a t i o n o f M e a n s a n d C o v a r i a n c e s i n F i l t e r sa n d E s t i m a t o r s , IEEE T r a n s a c t i o n s o n A u t o m a t i cC o n t r o l , V o l . 4 5 , N o . 3 , 2 0 0 0 , p p . 4 7 7 - 4 8 2 .[ 9 ] B r u n k e , S . a n d C a m p b e l l , M . E . , S q u a r e R o o tS i g m a P o i n t F i l t e r i n g f o r A e r o d y n a m i c M o d e lE s t i m a t i o n , AIAA J o u r n a l o f G u i d a n c e , C o n t r o l ,a n d D y n a m i c s , V o l . 2 7 , N o . 2 , 2 0 0 4 , p p . 3 1 4 - 3 1 7 .

2 5 t h D i g i t a l A v i o n i c s S y s t e m s C o n f e r e n c eO c t o b e r 1 5 , 2 0 0 6

5 C 2 - 9

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