Archive ouverte de l'ENAC
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3458 research outputs found
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General Extremal Field Method for Time-Optimal Trajectory Planning in Flow Fields
No full textInternational audienceWe present an algorithm to compute time-optimal trajectories for light vehicles in unsteady flow fields, with applications to long-range, low-power aircraft as well as underwater vehicles in ocean currents. The proposed approach aims at unifying various works from the literature on extremal fields and extends it by several features. First, we propose an exact scheme to deal with still obstacles. While being directly useful for pure obstacles, it is also of particular interest to ensure the validity of computation at the borders of the problem domain. Second, we demonstrate the method ability to deal with trajectory planning for long-range airborne missions with real weather data. Lastly, the source code, written in Python, is made open to the community to accelerate research in the domain
Un modèle d'affectation quasi-dynamique du trafic aérien pour atténuer la complexité et la congestion du trafic aérien pour les opérations de mobilité aérienne urbaine à haute densité
No full textInternational audienceIn spite of the significant effects of COVID-19, UAM operations are still expected to grow smoothly and healthily in the near future. If such dense UAM traffic relies on tactical planning to resolve conflicts in a decentralized control scheme, urban airspace could soon be heavily congested and airspace complexity could be overwhelming. In this paper, we propose a Quasi-dynamic Air Traffic Assignment (QATA) model, which aims to allocate traffic flows among air routes in the planning horizon in order to organize UAM traffic flows and reduce air traffic congestion and complexity within a centralized strategic planning scheme while meeting the demand and respecting some criteria. Firstly, UAM traffics are modeled as flows that operate on a 3D two-way UAM route network. Next, the QATA problem is formulated as an optimization problem involving network dynamics to minimize the air traffic complexity evaluated by the linear dynamical system and congestion defined by traffic density and energy consumption. A simulation-based rolling horizon framework is introduced to decompose the QATA problem into several modified static air traffic assignment problems in each time interval. In order to overcome the limitations of conventional dynamic traffic assignment algorithms, a simulated annealing algorithm using parallel computing and a novel neighborhood generation strategy is proposed to efficiently optimize the problem. By applying the model to a pre-designed large-scale UAM route network in Singapore's urban airspace, Experimental studies demonstrate the performance of the proposed framework and its applicability. Parallel computing can achieve up to three times faster than the original algorithm. The proposed algorithm significantly reduces the value of the objective function by (32.20 ± 0.29)% in 143.47 ± 3.74 seconds at the 95% confidence interval of 100 experiments, far better compared to the representative conventional dynamic traffic assignment algorithms. This study could be useful to assist air traffic control responsibilities and air navigation service providers in addressing various issues in unmanned traffic management
Vers la vérification des langages de description d’interface utilisateur
No full textThe User Interface Description Languages (UILDs) are languages made to ease the design of user interfaces. They distinguish the user interface design from the design of the rest of the program and give an appropriate syntax to describe user interfaces. However, these languages are used in critical contexts such as the aerospace or the medical field despite their unreliable nature to such context.In this thesis, we are inquiring how we can use UIDLs specialized in graphical user interface description in critical context. For that, we decide to study the formalization of these languages semantics. The UIDLs semantics have been little studied in the literature even though their formalization can allow verifying all the describable interfaces. We present common properties to UIDLs and finally question their formalization. To address this question, we suggest using Milner's bigraphs, a mathematical framework which allows to model a system evolving in time and space. We show that bigraphs are suitable to formalize UIDLs semantics and define an UIDL based on the bigraph theory. Such an UIDL can be used as an intermediate language to compile other UIDLs and consequently allow verification of graphical interfaces.We tried this approach by compiling the language Smala, an UIDL used in the aviation field, towards the defined UIDL and by verifying certain properties on examples.Les UIDLs (User Interface Description Languages) sont des langages conçuspour faciliter la conception des interfaces utilisateur. Ils permettentde se concentrer sur le développement de l’interface utilisateur sans sepréoccuper du reste du programme, tout en offrant une syntaxe adéquate àleur description. Cependant, ces langages sont utilisés dans desdomaines critiques, tels que l’aéronautique ou le domaine médical, alorsqu’ils ne permettent pas, en l’état, d’apporter les garantiesnécessaires pour ce type d’applications critiques.Dans cette thèse, nous nous questionnons sur les UIDLs spécialisés dansla description des interfaces graphiques et leur utilisation dans lescontextes critiques. Notre approche porte sur l’étude de la sémantiquede ces langages et de leur formalisation. Les sémantiques des UIDLs ontpeu été étudiées dans la littérature et pourtant, leur formalisationpourrait permettre de vérifier l’ensemble des interfacesdescriptibles. Nous présentons des propriétés communes aux UIDLs pourenfin nous questionner sur la façon de les formaliser. Pour répondre àcette question, nous proposons d’utiliser les bigraphes de Robin Milner,un formalisme mathématique permettant de modéliser un système évoluanten espace et en temps. Nous montrons que la théorie des bigraphes estadéquate pour la formalisation de la sémantique des UIDLs et définissonsun UIDL ayant pour fondement théorique les bigraphes. La définition d’untel UIDL permet son utilisation en tant que langage intermédiaire pourla compilation d’autres UIDLs et, par son intermédiaire, de pouvoirvérifier des interfaces graphiques. Nous essayons notre approche encompilant le langage Smala, un UIDL utilisé dans le domaine del’aviation, vers l’UIDL défini et en vérifiant certaines propriétés surdes exemples d’interfaces
Stochastic modeling of the radiation pattern of airborne antennas: Application to the radar altimeter
No full textInternational audienc
Évaluation des méthodes de calcul des performances des hélices à angles d'incidence élevés
No full textInternational audienceAccurately modelling propulsion systems forces and moments is of paramount importance for both design and control of aerial vehicles. With the increasing interest on hybrid vertical takeoff and landing UAVs, methods for propellers forces and moments calculation must be reliable throughout the entire flight envelope, including high incidence angles. In this work we evaluate six different existing methodologies for propeller thrust calculation in two different ways: wind tunnel tests are conducted to evaluate numerical differences, and we also use closed loop dynamical simulations in order to compare the obtained control commands, allowing for an estimation of the impact of such differences in a simulated flight. The methodologies are also compared with respect to applicability considering different steps of the design process. We obtained similar results for all methodologies as they show an offset but yet good prediction capabilities for high incidence angles. Content
Un système local de prévision et alerte des submersions côtières centré sur les besoins des utilisateurs et utilisant des techniques de métamodélisation
No full textInternational audienceIl est désormais possible de modéliser correctement les inondations côtières. Néanmoins, ces modèles sont trop coûteux en temps de calcul pour permettre leur utilisation pour la prévision-alerte. Ce travail vise à développer et à tester une méthode rapide et robuste, capable de prévoir des informations de submersion à terre adaptées aux besoins des utilisateurs, et intégrant la complexité des processus de submersion. La solution explorée s'appuie sur des métamodèles, c'est-à-dire des fonctions mathématiques qui estiment de manière précise et rapide (minutes) les résultats que fournirait le modèle numérique. L'originalité est ici d'aborder et de valider l'ensemble du processus depuis l'identification des besoins des utilisateurs jusqu'à la mise en place et validation d’un système de prévision-alerte submersion reposant sur cette solution. Ces travaux sont réalisés sur le site de Gâvres (France). Ce site étant sujet à des franchissements par paquets de mer, le modèle numérique à résolution de phase SWASH est utilisé pour construire le jeu de données d'apprentissage nécessaire à la mise en place des métamodèles. Ces derniers et les post-traitements associés sont implémentés dans un démonstrateur et permettent de prédire 14 indicateurs de submersion pour les 6 prochaines marée
Modélisation de l'Impact de Bâtiments Logistiques à Proximité des Radars de l'Aviation Civile
No full textInternational audienceLes performances des radars de l'aviation civile peuvent être impactées par la présence de bâtiments, tels que les hangars ou les terminaux. Ainsi, pour chaque nouvelle construction, une étude doit être faite pour vérifier son impact. Parmi les différents types d'impacts que peuvent subir les radars, seule la modification du diagramme de rayonnement est considérée dans cet article. Pour caractériser cet effet, appelé « masquage », un modèle analytique basé sur la théorie du knife-edge est proposé et comparé à un modèle de simulation électromagnétique. Ce modèle analytique a l'avantage de donner des résultats plus rapidement qu'en utilisant des logiciels de simulation électromagnétique
An EM Algorithm for Mixtures of Hyperspheres
No full textInternational audienceThis paper studies a new expectation maximization (EM) algorithm to estimate the centers and radii of multiple hyperspheres. The proposed method introduces latent variables indicating to which hypersphere each vector from the dataset belongs to, in addition to random latent vectors having an a priori von Mises-Fisher distribution characterizing the location of each vector on the different hyperspheres. This statistical model allows a complete data likelihood to be derived, whose expected value conditioned on the observed data has a known distribution. This property leads to a simple and efficient EM algorithm whose performance is evaluated for the estimation of hypersphere mixtures yielding promising results
Méthodes exactes et heuristiques pour l'ordonnancement des atterrissages d'avions ED AA
No full textAirport runways are considered to be one of the main bottlenecks in the airport system and one of the key factors that determine airport capacity. Optimizing the utilization of the runways to reduce delays motivates the numerous studies of the aircraft landing problem. In this thesis, we focus on the problem of scheduling aircraft landings in two different contexts: scheduling landings on one runway considered as an independent resource, and scheduling aircraft arrivals on critical airspace fixes and at the runway threshold. The objective is to minimize the total delay cost. For the first problem, we consider a realistic delay-cost representation that is rarely considered in the literature: a convex, piecewise linear function. To solve this problem, two optimization methods are proposed in this thesis: an exact method based on mixed-integer linear programming and a heuristic method based on an optimistic planning algorithm used in reinforcement learning. We also propose in this thesis new realistic and challenging instances for the aircraft landings problem, as the instances of the literature are nowadays easily solved with current versions of optimization software. Numerical tests performed on our instances show that the delays can be significantly reduced when an optimization approach is adopted to schedule aircraft landings. However, the exact method requires prohibitive computation times with the increasing size of the instance (increasing numbers of aircraft). For the second problem, we propose a preliminary study in which we adopt a mixed-integer linear programming approach. The comparison of this approach with the technique traditionally used by air traffic controllers reveals once again how beneficial an optimization approach can be for reducing delays.Les pistes des aéroports sont considérées comme l'un des principaux goulots d'étranglementdu système aéroportuaire et l'un des facteurs qui déterminent la capacité des aéroports. Optimiser l'utilisation des pistes afin de réduire les retards motive les études du problème d'ordonnancement des atterrissages d'avions. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons au problème d'ordonnancement d'atterrissages d'avions dans deux contextes différents : un ordonnancement à la piste considérée comme une ressource indépendante, puis un ordonnancement d'arrivées d'avions en considérant plusieurs pistes d'atterrissage précédées par des balises de l'espace aérien aéroportuaire. Notre objectif est de minimiser les coûts de retard des avions. Pour le premier problème, nous considérons une représentation du coût de retard réaliste mais rarement considérée dans la littérature : une fonction convexe, linéaire par morceaux. Pour la résolution du problème, deux méthodes d'optimisation sont proposées dans cette thèse : une méthode exacte basée sur la programmation linéaire mixte en nombres entiers et une méthode heuristique basée sur un algorithme de planification optimiste issu du domaine de l'apprentissage par renforcement. Nous proposons aussi dans cette thèse des nouvelles instances réalistes et difficiles pour le problème d'ordonnancement d'atterrissage, car les instances de la littérature sont de nos jours facilement résolues avec les versions actuelles des logiciels d'optimisation. Les tests numériques effectués sur les instances proposées montrent que les retards peuvent significativement être réduits quand une approche d'optimisation est adoptée pour ordonnancer les atterrissages. Cependant, la méthode exacte requiert des temps de calcul qui deviennent prohibitifs avec la taille du problème (ici le nombre d'avions). Pour le deuxième problème, nous proposons une étude préliminaire dans laquelle nous adoptons une approche de programmation linéaire mixte en nombres entiers. La comparaison de cette approche avec la technique traditionnellement utilisée par les contrôleurs aériens révèlent encore une fois à quel point une approche d'optimisation peut être bénéfique pour réduire les retard
Bio-inspired control for collective motion in swarms of drones
No full textInternational audienceTo control a distributed swarm of UAVs, many solutions aim at reaching global coordination through local interactions at the agent scale. These interactions are based on the use of reactive algorithms that allow a fleet to adapt its collective behavior to specific operating contexts, but not to all. While providing some flexibility, reactive algorithms can lack speed of completion, safety, and robustness in clustered environments. Generally, the best known reactive algorithms are borrowed from behavioral patterns observed in nature, but tend to digress from the adaptation to a rigorous geometrical approach. Our approach aims at implementing a coordination model directly inspired from the interactions and behaviors that a small fish, the rummy-nose tetra (Hemigrammus rhodostomus), adopts to display collective movements. This article focuses on such an implementation in the deployment of a group of UAVs inside a circular arena. After carrying out experiments with a swarm of 5 drones, we develop a simulator to test the implementation in a swarm of drones of an extended version of the fish school model and evaluate its capacity to reproduce the experiments. Finally, after validating the UAV model by comparison with the experiments, the use of such collective motion algorithm in several contexts of operation is discussed