Real-time Fault Detection on Small Fixed-Wing UAVs using Machine Learning

计算机科学 支持向量机 固定翼 异常检测 故障检测与隔离 特征(语言学) 数据挖掘 集合(抽象数据类型) 人工智能 数据集 特征提取 实时计算 模式识别(心理学) 算法 断层(地质) 工程类 航空航天工程 语言学 哲学 地震学 地质学 执行机构 程序设计语言
作者
Murat Bronz,Elgiz Başkaya,Daniel Delahaye,Stephane Puechmore
出处
期刊:Le Centre pour la Communication Scientifique Directe - HAL - Université Paris Descartes 被引量:38
标识
DOI:10.1109/dasc50938.2020.9256800
摘要

In this study, we have highlighted the main challenges of real-time fault diagnosis on small scale fixed-wing UAVs. The feasibility of real-time fault prediction has been shown in real flight conditions experiencing noisy measurements, communication limitations, and wrapped wing structure that breaks the geometric symmetry. A total of eleven flight logs have been recorded and shared publicly for future potential use by other researchers on fault and anomaly detection. Our proposed method uses a data driven algorithm, SVM, in order to classify the behavior of the vehicle in nominal flight phase and faulty phase. Feasibility of a basic binary classification is shown, despite the well-known over-fitting problem caused by limited data. We have shown that geometrical imperfections that are common in small UAVs can cause particular effects on the prediction performance, and we used it in our advantage to improve the detection on multi-class classification. The SVM algorithm with proposed feature trajectories was capable to detect variation of loss of control effectiveness faults up to an accuracy of 95% in real flights. The data-set and all related programs can be downloaded from: (https://github.com/mrtbrnz/fault_detection).
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