Leader-Follower Control and Distributed Communication based UAV Swarm Navigation in GPS-Denied Environment

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have developed rapidly in recent years due to technological advances and UAV technology finds applications in a wide range of fields, including surveillance, search and rescue, and agriculture. The utilization of UAV swarms in these contexts offers numerous advantages, increasing their value across different industries. These advantages include increased efficiency in tasks, enhanced productivity, greater safety, and the higher data quality. The coordination of UAVs becomes particularly crucial during missions in these applications, especially when drones are flying in close proximity as part of a swarm. For instance, if a drone swarm is targeted or needs to navigate through a Global Positioning System (GPS)-denied environment, it may encounter challenges in obtaining the location information typically provided by GPS. This poses a new challenge for the UAV swarms to maintain a reliable formation and successfully complete a given mission. In this article, our objective is to minimize the number of sensors required on each UAV and reduce the amount of information exchanged between UAVs. This approach aims to ensure the reliable maintenance of UAV formations with minimal communication requirements among UAVs while they follow predetermined trajectories during swarm missions. In this paper, we introduce a concept that utilizes extended Kalman filter, leader-follower-based control and a distributed data-sharing scheme to ensure the reliable and safe maintenance of formations and navigation autonomously for UAV swarm missions in GPS-denied environments. The formation control approaches and control strategies for UAV swarms are also discussed

The State Space of Complex Systems

In dieser Arbeit wird eine Beschreibung von Monte-Carlo-Verfahren zur Lösung komplexer Optimierungsaufgaben mit Hilfe von Markov-Ketten durchgeführt. Nach einer kurzen Einführung werden Lösungsmenge solcher Aufgaben und der physikalische Zustandsraum komplexer Systeme identifiziert. Zunächst wird die Dynamik von Zufallswanderern im Zustandsraum mit Hilfe von Master-Gleichungen modelliert. Durch Einführung von Performanzkriterien können verschiedene Optimierungsstrategien quantitativ miteinander verglichen werden. Insbesondere wird das Verfahren Extremal Optimization vorgestellt, dass ebenfalls als Markov-Prozess verstanden werden kann. Es wird bewiesen, dass eine im Sinne der genannten Kriterien beste Implementierung existiert. Da diese von einem sogenannten Fitness Schedule abhängt, wird dieser für kleine Beispielsysteme explizit berechnet. Daran anschließend wird die Zustandsdichte komplexer Systeme betrachtet. Nach einem kurzen Überblick über vorhandene Methoden folgt eine detaillierte Untersuchung des Verfahrens von Wang und Landau. Numerische und analytische Hinweise werden gegeben, nach denen dieser Algorithmus innerhalb seiner Klasse wahrscheinlich der Optimale ist. Eine neue Methode zur Approximation der Zustandsdichte wird vorgestellt, die insbesondere für die Untersuchung komplexer Systeme geeignet ist. Abschließend wird ein Ausblick auf zukünftige Arbeiten gegeben

A survey of cost-sensitive decision tree induction algorithms

The past decade has seen a significant interest on the problem of inducing decision trees that take account of costs of misclassification and costs of acquiring the features used for decision making. This survey identifies over 50 algorithms including approaches that are direct adaptations of accuracy based methods, use genetic algorithms, use anytime methods and utilize boosting and bagging. The survey brings together these different studies and novel approaches to cost-sensitive decision tree learning, provides a useful taxonomy, a historical timeline of how the field has developed and should provide a useful reference point for future research in this field

Recent Advances in Graph Partitioning

We survey recent trends in practical algorithms for balanced graph partitioning together with applications and future research directions

Kinematic Calibration of Parallel Kinematic Machines on the Example of the Hexapod of Simple Design

The aim of using parallel kinematic motion systems as an alternative of conventional machine tools for precision machining has raised the demands made on the accuracy of identification of the geometric parameters that are necessary for the kinematic transformation of the motion variables. The accuracy of a parallel manipulator is not only dependent upon an accurate control of its actuators but also upon a good knowledge of its geometrical characteristics. As the platform's controller determines the length of the actuators according to the nominal model, the resulted pose of the platform is inaccurate. One way to enhance platform accuracy is by kinematic calibration, a process by which the actual kinematic parameters are identified and then implemented to modify the kinematic model used by the controller. The first and most general valuation criterion for the actual calibration approaches is the relative improvement of the motion accuracy, eclipsing the other aspects to pay for it. The calibration outlay has been underestimated or even neglected for a long time. The scientific value of the calibration procedure is not only in direct proportion to the achieved accuracy, but also to the calibration effort. These demands become particularly stringent in case of the calibration of hexapods of the so-called simple design. The objectives of the here proposed new calibration procedure are based on the deficits mentioned above under the special requirements due to the circumstances of the simple design-concept. The main goals of the procedure can be summarized in obtaining the basics for an automated kinematic calibration procedure which works efficiently, quickly, effectively and possibly low-cost, all-in-one economically applied to the parallel kinematic machines. The problem will be approached systematically and taking step by step the necessary conclu-sions and measurements through: Systematical analysis of the workspace to determine the optimal measuring procedure, measurements with automated data acquisition and evaluation, simulated measurements based on the kinematic model of the structure and identifying the kinematic parameters using efficient optimization algorithms. The presented calibration has been successfully implemented and tested on the hexapod of simple design `Felix' available at the IWM, TU Dresden. The obtained results encourage the application of the procedure to other hexapod structures

09261 Abstracts Collection -- Models and Algorithms for Optimization in Logistics

From June 21 to June 26, 2009 the Dagstuhl Seminar Perspectives Workshop 09261 ``Models and Algorithms for Optimization in Logistics \u27\u27 was held in Schloss Dagstuhl~--~Leibniz Center for Informatics. During the seminar, several participants presented their current research, and ongoing work and open problems were discussed. Abstracts of the presentations given during the seminar as well as abstracts of seminar results and ideas are put together in this paper. The first section describes the seminar topics and goals in general. Links to extended abstracts or full papers are provided, if available

Methoden und Beschreibungssprachen zur Modellierung und Verifikation vonSchaltungen und Systemen: MBMV 2015 - Tagungsband, Chemnitz, 03. - 04. März 2015

Der Workshop Methoden und Beschreibungssprachen zur Modellierung und Verifikation von Schaltungen und Systemen (MBMV 2015) findet nun schon zum 18. mal statt. Ausrichter sind in diesem Jahr die Professur Schaltkreis- und Systementwurf der Technischen Universität Chemnitz und das Steinbeis-Forschungszentrum Systementwurf und Test. Der Workshop hat es sich zum Ziel gesetzt, neueste Trends, Ergebnisse und aktuelle Probleme auf dem Gebiet der Methoden zur Modellierung und Verifikation sowie der Beschreibungssprachen digitaler, analoger und Mixed-Signal-Schaltungen zu diskutieren. Er soll somit ein Forum zum Ideenaustausch sein. Weiterhin bietet der Workshop eine Plattform für den Austausch zwischen Forschung und Industrie sowie zur Pflege bestehender und zur Knüpfung neuer Kontakte. Jungen Wissenschaftlern erlaubt er, ihre Ideen und Ansätze einem breiten Publikum aus Wissenschaft und Wirtschaft zu präsentieren und im Rahmen der Veranstaltung auch fundiert zu diskutieren. Sein langjähriges Bestehen hat ihn zu einer festen Größe in vielen Veranstaltungskalendern gemacht. Traditionell sind auch die Treffen der ITGFachgruppen an den Workshop angegliedert. In diesem Jahr nutzen zwei im Rahmen der InnoProfile-Transfer-Initiative durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekte den Workshop, um in zwei eigenen Tracks ihre Forschungsergebnisse einem breiten Publikum zu präsentieren. Vertreter der Projekte Generische Plattform für Systemzuverlässigkeit und Verifikation (GPZV) und GINKO - Generische Infrastruktur zur nahtlosen energetischen Kopplung von Elektrofahrzeugen stellen Teile ihrer gegenwärtigen Arbeiten vor. Dies bereichert denWorkshop durch zusätzliche Themenschwerpunkte und bietet eine wertvolle Ergänzung zu den Beiträgen der Autoren. [... aus dem Vorwort

Faculty of Computer Science

Information about the Faculty of Computer Science of the Technische Universität Dresden, data and facts and a selection of current research projects, 2009Informationen über die Fakultät Informatik der TU Dresden, Daten und Fakten sowie eine Auswahl aktueller Forschungsprojekte, 200

Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems für die Planung von Schnittstellentests im Rahmen der Qualitätssicherung von komponentenbasierter Unternehmenssoftware

Bei der Erstellung von komponentenbasierter Unternehmenssoftware ist es eine Aufgabe der Qualitätssicherung sicherzustellen, dass die Schnittstellen zwischen den einzelnen Komponenten keine Fehler aufweisen. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Konzeption und Umsetzung eines Entscheidungsunterstützungssystems (EUS), welches die Qualitätssicherungsabteilung eines Anbieters von Unternehmenssoftware bei der Aufstellung eines Zeitplans für die zentrale Durchführung von Schnittstellentests unterstützt. Wichtigstes Element des EUS ist ein metaheuristikbasiertes Planungssystem, welches dem Entscheider qualitativ gute Zeitpläne vorschlägt. Das Planungssystem berücksichtigt sowohl unterschiedliche Planungsziele, als auch relevante Problemrestriktionen durch eine geeignete Wahl der Problemkodierung, einer geschickten Erzeugung des Zeitplans aus der Problemkodierung, sowie einer geeigneten Initialisierung der Startlösungen