Control of multiple airships for autonomous surveillance and target tracking

This paper proposes a 3-layer architecture for the coordinated flight control system of multiple airships, focusing on environmental monitoring and surveillance, an application where airships present advantages over conventional unmanned aerial vehicles (UAVs). For the guidance layer, regarding the formation flight, we use a leader-follower approach, and for the low-level layer we use a state-feedback kinematic controller. We developed an adapted kinematic model to emulate a real airship behaviour, which was used as the basis of a simulation environment to test the approach. The simulations show good tracking performances for both waypoint navigation and target tracking missions. Keywords— Unmanned Aerial Vehicle, Cooperative flight formation, Environmental monitoring. Resumo— Este artigo propõe um sistema de controle de voo coordenado para múltiplos diriǵıveis, baseado em uma arquitetura de três ńıveis. A aplicação alvo é o monitoramento e vigilância de áreas ambientais, onde os diriǵıveis apresentam vantagens sobre outros tipos de véıculos aéreos não tripulados (VANTs). No ńıvel de guiamento, relativo à formação de voo, utiliza-se uma técnica do tipo ĺıder-seguidor, e no baixo ńıvel utiliza-se um controlador cinemático por realimentação de estados. Foi também desenvolvido um modelo cinemático adaptado para emular o comportamento real de um diriǵıvel, o qual foi usado como base de um ambiente de simulação para se testar a abordagem proposta. As simulações mostraram bons resultados de desempenho tanto para o rastreamento de um alvo móvel como para a navegação por pontos de passagem pré-definidos. Palavras-chave— Véıculo Aéreo Não Tripulado, Voo cooperativo, Monitoramento ambiental.