Créditos ECTS Créditos ECTS: 6
Horas ECTS Criterios/Memorias Traballo do Alumno/a ECTS: 102 Horas de Titorías: 3 Clase Expositiva: 27 Clase Interactiva: 18 Total: 150
Linguas de uso Castelán, Galego
Tipo: Materia Ordinaria Máster RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Departamento externo vinculado ás titulacións
Áreas: Área externa M.U en Operacións e Enxeñaría de Sistemas Aéreos non Tripulados
Centro Escola Politécnica Superior de Enxeñaría
Convocatoria: Primeiro semestre
Docencia: Sen docencia (Extinguida)
Matrícula: Non matriculable | 1ro curso (Si)
Esta materia é troncal. Os seus obxectivos deseñáronse de forma que encaixen nas dúas menciones do mestrado. Para iso, suscitouse un programa eminentemente técnico, pero sen introducir a complexidade matemática ou conceptual que tería no caso de tratarse unha materia para especialistas.
O seu obxectivo global é capacitar aos estudantes para a selección, axuste, e configuración de aeronaves comerciais de uso profesional, especialmente no que respecta ao enlace radioeléctrico, o sistema de propulsión e á selección dos compoñentes comerciais para a instrumentación de a bordo.
Como obxectivo adicional, común a ambas liñas do mestrado, suscitarase a capacitación do alumno en aspectos legais que afectan directamente á súa futura actividade profesional e introduciráselle brevemente nas aplicacións máis estendidas dos UAVs; principalmente no modelado tridimensional do terreo e de forma complementaria na filmación de vídeo e inspección industrial.
O obxectivo anterior, atopa un importante desenvolvemento posterior na rama de Enxeñería Civil, Industrial e Arquitectura servindo como base a quen vaia a cursala. Doutra banda, permitirá aos alumnos da mención de Deseño de Aeronaves coñecer aspectos que deberán ser tidos en conta cando se susciten a fabricación dun novo vehículo.
Á finalización do curso o estudante coñecerá tanto os aspectos teóricos como prácticos dos temas que se indican a continuación:
1. Enlace radioeléctrico: nas bandas UHF e ISM, en particular a 400 MHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz xunto con todos os parámetros de funcionamento dunha estación de control remoto e o seu receptor. Mostraranse as técnicas de modulación SFK, GSFK, codificación CDMA, o espectro ensanchado FHSS e a selección, diagrama de radiación e principio de funcionamento das antenas máis comúns adaptadas a UAVs. Finalmente, o estudante dispondrá de criterios para seleccionar o produto comercial máis adecuado ás súas necesidades.
2. Autopilotos para UAVs de á fixa e xiratoria: arquitectura e funcionamento. Unidade Inercial de Medida (IMU), sistemas micro-electromecánicos (MEMS). Magnetómetros, GPS, enlaces de telemetría, sistemas de información en pantalla (OSDs). Módulos de alimentación (PM). Sistemas auxiliares de posicionamento e evitación de obstáculos mediante cámaras estereoscópicas, de fluxo óptico, ultrasons, láser e infrarroxos. Configuración dos principais autopilotos comerciais.
3. Sistemas de propulsión e almacenamento de enerxía: tipos de motor e variadores de velocidade (ESCs). Principio de funcionamento e selección de produtos comerciais. Baterías de Litio nas súas diferentes variantes: proceso de carga e descarga e boa praxe no relativo á súa seguridade, durante o uso, transporte e almacenamento. Selección de produtos comerciais e dimensionamento da batería principal. Estimación da autonomía dun UAV a partir de datos fornecidos polo fabricante baixo diferentes condicións atmosféricas.
4. Cámaras adaptadas a UAVs: cámaras de espectro visible (RGB), cámaras térmicas, cámaras multi e hiperespectrais. Produtos comerciais dispoñibles no mercado e criterios de selección.
5. Obtención de modelos dixitais do terreo: fluxo de traballo en fotogrametría. Planificación do voo, alineación de imaxes, obtención da nube dispersa de puntos, densificación e adicción de texturas. Obtención de DSMs, DTMs e Ortomosaicos.
6. Lexislación normativa e criterios de seguridade. Trámites coa Axencia Estatal de Seguridade Aérea.
A memoria do título contempla para esta materia os seguintes contidos:
Lexislación. Fundamentos geodésicos e topográficos de medición e apoio. Fundamentos fotogramétricos de plan de voo, navegación, aerotriangulación, interpretación e tratamento dixital de imaxes, visión 2D e 3D. Fundamentos cartográficos de xeración e interpretación de mapas, GIS e modelos dixitais.
E os seguintes Resultados de aprendizaxe:
Comprensión xeral dos fundamentos operacionales. Competencias básicas para abordar as materias de ambas as especialidades.
Estes serán desenvolvidos de acordo co seguinte:
Programa teórico (16 horas presenciales, 8 no presenciales)
BLOQUE I: Análise e seguridade do enlace radioeléctrico (3 HORAS)
1. Bandas de Frecuencia para o enlace radioeléctrico de mando, control, transmisión de vídeo e telemetría
a. Banda ISM-2,4 GHz
b. Banda de 5 GHz
c. Banda de 400 MHz
d. Bandas de longo alcance
2. Estacións de control remoto
a. Arquitectura de emisores e receptores
b. Técnicas de modulación analóxica e dixital (AM, FM, FSK e GSFK)
c. Codificación CDMA
d. FHSS (Espectro ensanchado)
3. Tipos, selección e configuración de receptores
a. Receptores de modulación PWM
b. Receptores de codificación PPM
c. Receptores de SMART-BUS (S-BUS)
4. Estacións de control remoto e receptores comerciais, especificacións técnicas e criterios de selección
5. Tipo, instalación e características das antenas
a. Diagrama de radiación
b. Adaptación en impedancia
c. Potencia efectiva transmitida (PIRE)
d. Monopolos e Dipolos
e. Antenas Cloverleaf
f. Antenas de Parche
g. Antenas de Tracking.
h. Instalación de antenas en UAVs: evitación de interferencias e compatibilidade electromagnética (EMI)
6. Radioenlaces de vídeo e telemetría
a. Emisores e receptores de vídeo
b. Módulos de Telemetría
c. Sistemas On Screen Display (OSD)
BLOQUE II: Configuración do autopiloto e sistemas auxiliares (5HORAS)
1. Arquitectura e tipos de autopiloto
a. Unidade inercial de Medida (IMU)
b. Medición de aceleracións e ángulos: sistemas micro-eletromecánicos (MEMS)
c. Sistema de alimentación do autopiloto (PM)
d. Condicións de instalación e voo: calibración de xiroscopios e acelerómetros
e. GPS e Magnetómetros
f. Sistemas auxiliares para o posicionamento e evitación de obstáculos: cámaras monoculares estereoscópicas, ultrasonidos, IR e cámaras fluxo óptico
2. Configuración do autopiloto e sistemas auxiliares
a. Axuste dos reguladores PID
b. Axuste dos parámetros de voo
c. Configuración de autopilotos comerciais de equipos profesionais
BLOQUE III: Autonomía, xestión, selección e mantemento do sistema de almacenamento de enerxía a bordo (7 HORAS)
1. Sistema de propulsión
a. Motores BLDC
i. Tipos de motor
ii. Principio de funcionamento
iii. Parámetros que o definen
iv. Características de par e velocidade
v. Motores comerciais para vehículos profesionais: criterio de selección
b. Variadores de velocidade (Electronic Speed Controllers, ESCs)
i. Estrutura e compoñentes
ii. Principio de funcionamento
iii. Tipos
iv. Produtos de comerciais de uso profesional e criterios de selección
2. Tipos de batería, ciclo de carga, almacenamento e vida útil
a. Baterías Li-Ion
b. Baterías Li-Ion-Poly
c. Proceso de carga
d. Curvas de descarga a diferentes ratios
e. Rendemento real e densidade de enerxía
f. Cargadores dixitais para baterías de litio
g. Condicións de seguridade e riscos asociados ás baterías de Litio.
3. Cálculo da autonomía dun RPA en función da súa carga de pago: casos prácticos
4. Corrección da autonomía en función de altitude e temperatura ambiente
BLOQUE IV: Cámaras adaptadas a UAVs: características, selección e instalación (1 HORAS)
1. Cámaras RGB de distancia focal fixa para RPAs
2. Cámaras RGB para UAVs con zoom óptico ajustable desde a aeronave
3. Cámaras térmicas e térmicas radiométricas
4. Cámaras duales
5. Sistemas integrados cámara-xiroestabilizador
6. Índices de protección IP para cámaras, aeronaves e elementos auxiliares
BLOQUE V: Operacións para a obtención DTMs e DSMs (6 HORAS)
1. Planificación de voos para operacións fotogramétricas
2. Clasificación e alineación das imaxes
3. Obtención da nube dispersa de puntos
4. Densificación da nube
5. Texturización
6. Post-procesado
7. Obtención final de modelos 3D e ortomosaicos
BLOQUE VI: Lexislación (2 HORAS)
1. Normativa vixente
2. Elaboración do plan de seguridade para calquera tipo de operación.
Programa de prácticas (20 horas presenciales )
- Práctica 1: dimensionamento dun vehículo multirrotor de 4 rotores mediante simulación. Simularase a aeronave que será posteriormente ensamblada na práctica nº 5
- Práctica 2 (de campo): programación dun voo autónomo con recolleita de imaxes para a obtención de modelos tridimensionais do terreo. Práctica de voo con 2 equipos profesionais. Voo 1 de iniciación en modo GPS, ATTI e Sport (equipo de MTOW, peso máximo ao despegue, menor de 5 kg). Velocidade máxima de 76 km/h durante a práctica. Segundo voo con equipo de MTOW de 11,5 kg (clasificación en categoría dúas MTOW entre 5 e 15 kg). Realizarase voo de inspección industrial en modo GPS. Pilotarase en modo (FPV) sen visión exterior. Usaranse lentes profesionais: só con visión desde a aeronave e sen referencias externas. Utilizarase unha plataforma de inspección simulada móbil: globos de helio en movemento con códigos impresos ou balizas de características similares.
- Práctica 3: Análise práctica de enlaces radioeléctricos en diferentes bandas.
- Práctica 4: configuración de autopilotos comerciais: Naza V2, A2, N3/A3, PX.
- Práctica 5: ensamblaxe e axuste completo do vehículo simulado na práctica 1: 4 rotores, diagonal 750 mm, MTOW 2,5 kg. Proba de voo fose do horario oficial.
- Non existe bibliografía para os bloques técnicos que se describiron, adaptada ao uso de RPAs. A existente, tanto en Enxeñería de Telecomunicación, Sistemas de Almacenamento de Enerxía, Motores e Variadores de Velocidade, Fotografía ou Fotogrametría é demasiado extensa, foi elaborada para Graduados ou Post-Graduados en cada unha das ramas de estudo e nalgúns casos, como nos protocolos de comunicación, modulación e encriptación do sinal do enlace radioeléctrico e, por suposto, na configuración de autopilotos, é inexistente.
Considérase, xa que logo, que non é recomendable acudir a ningunha destas fontes, polo menos ata non finalizar os estudos.
O material recomendado atoparase dispoñible no campus virtual da Universidade de Lugo e é o resultado do traballo realizado por un grupo de profesores de diferentes aéreas de coñecemento da Universidade de Oviedo. En concreto do Departamento de Enxeñería Eléctrica, nas Áreas de coñecemento de Enxeñería Eléctrica, Tecnoloxía Electrónica e Teoría do Sinal e as Comunicacións.
- Para o bloque VIN toda a lexislación vixente atópase na web da Axencia Estatal de Seguridade Aérea – Ministerio de Fomento.
Bibliografía complementaria
Practical Spread Spectrum – Charles O Philips
Permanent Magnet Brushless DC Motores Drives and Controls – Chang, liang Xia
DIY Lithium Batteries: How to Build Your Own Battery – Mica Toll
Introduction to modern Photogrammetry – Edward M. Mihail
Dentro do cadro de competencias que figura na Memoria Verificada do Título, traballaranse as seguintes:
Competencias básicas:
• CB10 - Que os estudantes posúan as habilidades de aprendizaxe que lles permitan continuar estudando dun modo que haberá de ser en gran medida autodirixido ou autónomo.
Competencias xerais:
• CG2 - Que os estudantes adquiran coñecementos xerais en operación dos sistemas aéreos non tripulados.
• CG3 - Que os estudantes adquiran a capacidade para analizar as necesidades dunha empresa no ámbito dos sistemas aéreos non tripulados e determinen a mellor solución tecnolóxica para a mesma.
Competencias específicas:
• CE2 - Coñecemento dos principios geomáticos, fotogramétricos e cartográficos, de navegación, aerotriangulación, interpretación e tratamento dixital de imaxes, así como das boas prácticas existentes na operación de sistemas aéreos non tripulados e saiban aplicar a normativa en vigor.
Competencias transversais:
• CT8 - Capacidade de análise e síntese.
• CT9 - Capacidade de razoamento crítico e creatividade.
- Clases teóricas que se poden seguir mediante adobe connect ou similar.
- Clases prácticas que serán realizadas mediante sistemas TIC.As prácticas 2 e 5 faranse de xeito presencial e o resto pode seguirse mediante adobe connect ou similar . A práctica 2 realizarase mediante viaxe de prácticas a un aeródromo.
- Traballos: o alumno deberá realizar un traballo individual relacionado cos contidos do bloque V que será posteriormente avaliado. Suscitarase de forma individual ou en grupos reducidos dependendo do número de persoas matriculadas. Consistirá na obtención do modelo dixital do terreo, cuberto durante o voo autónomo.
- Titorías: o profesor estará dispoñible para a resolución de dúbidas sobre os contidos teóricos e na realización de traballos e prácticas. Posto que está adscrito á Universidade de Oviedo, durante os días da semana que se atope nela os alumnos terán permanentemente dispoñible unha liña de Skype e correo electrónico, xunto cos medios de comunicación que aporte o campus virtual da Universidade de Santiago.
ESCENARIO 1
Aínda que o ensino transmítese a través do adobe connect . 4 horas de teoría e as titorías en grupo impartiranse exclusivamente por videoconferencia coa plataforma Adobe connect ou similar .
ESCENARIO 2
Toda a teoría, 50% das prácticas e tutoriais grupo serán ensinados por medio de videoconferencia coa plataforma Adobe Connect ou similar.
ESCENARIO 3
Todo o ensino terá lugar telemáticamente.
Os coñecementos e competencias adquiridos polos estudantes se avaliaran da seguinte forma:
- Realización dun conxunto de exames breves de cuestións curtas, presencialmente mediante microsoft teams o similar ou a través do campus virtual, para os bloques 1, 2, 3, 4 e 6. Elaboración e presentación do traballo do bloque 5 (total 60% da cualificación). 10% cada un deles. Avaliación das competencias CB10, CG2, CG3
- Realización correcta das prácticas. No caso que se indique con entrega dun formulario de resultados. 40% repartido da seguinte forma (avaliación de las competencias CE2, CT8 y CT9):
o Práctica 1: 5% ;Entrega de formulario de resultados
o Práctica 2: 10%
o Práctica 3: 5% ;Entrega de formulario de resultados
o Práctica 4: 5% ;Entrega de formulario de resultados
o Práctica 5: 15% ;Aeronave completamente montada e capaz de voar estable, con e sen sinal GPS.
Ningunha cualificación será conservada para o seguinte curso académico no caso non alcanzar a puntuación mínima. A cualificación mínima obtida deberá ser maior ou igual a 5 puntos.
Os estudantes que teñan concedida dispensa de asistencia a algunha das actividades docentes programadas segundo o disposto na Instrución 1/2017 da Secretaría Xeral, deben ter en conta que para aprobar esta materia é obrigatoria a asistencia ás actividades prácticas, tanto de laboratorio como de campo, sinaladas no horario de clases e programadas na Guía docente.
O anterior procedemento de avaliación será idéntico, tanto na convocatoria ordinaria de xuño como na de xullo
A continuación, indícase unha estimación do tempo que cada alumno debe de adicar ás diferentes actividades de aprendizaxe (horas presenciais e non presenciais seguidas das horas de traballo persoal ):
- Clases teóricas: 24 h ;60 h.
- Clases prácticas: 20 h;40 h.
- Titorías: 4h. Se ofrece titoría presencial ou telemática a necesidade do alumno de luns a venres
- Total: 48 h; 102 h. = 150 horas de traballo
Visionado previo de vídeos relativos aos temas de estudo na canle de YT do profesor: http://www.youtube.com/c/RPASUOUniversidaddeOviedo
Suxírese a subscrición á canle (exento de publicidade ou remuneración algunha para o seu autor), posto que nel inclúense periodicamente resultados da análise de novas aeronaves, novos produtos, visitas a feiras nacionais e internacionais, proxectos de investigación e amplíanse os contidos expostos en clase e dispoñibles no campus virtual.
Os comentarios realizados por calquera subscritor nos vídeos dispoñibles serán respondidos nun prazo máximo de 24 h durante o período de impartición da materia. Finalizada esta o tempo habitual de resposta é dunhas 72 h.
Plan de continxencia
No escenario 3, no se podrán realizar as prácticas 2 e 5, que serán substituídas por outras que non precisen asistencia .
en calquer escenario manterase a docencia da materia, mediante streaming na súa hora habitual.
O exame da materia farase de xeito presencial nos escenarios 1 e virtual mediante equipos Microsoft, formularios Microsoft ou similares nos escenarios 2 e 3.
En calquera escenario: os casos de realizar exercicios fraudulentas ou probas serán de aplicación a definir a fóra no "Regulamento S Valoración facer rendemento académicos dous estudantes e revisión cualificacións .
Manés Fernandez Cabanas
- Departamento
- Departamento externo vinculado ás titulacións
- Área
- Área externa M.U en Operacións e Enxeñaría de Sistemas Aéreos non Tripulados
- Correo electrónico
- manes.fernandez [at] rai.usc.es
- Categoría
- Profesor/a área externa