Küresel navigasyon uydu sistemlerinin kullanılamadığı durumlarda insansız hava araçları için hibrit-merkezi olmayan kalman filtreleme ile konum kestirimi

Abstract

Bu tez, insansız hava araçlarında konum kestirimi problemini tekil algoritmik çözümler yerine, problemin yapısal bileşenlerini merkeze alan bütüncül bir kestirim mimarisi çerçevesinde ele almaktadır. Konum bilgisinin yatay ve düşey bileşenlerinin farklı ölçüm karakteristiklerine ve dinamik davranışlara sahip olduğu gösterilerek, bu bileşenlerin tek tip bir kestirim yapısı altında ele alınmasının sınırlamaları ortaya konmuştur. Bu doğrultuda konum kestirimi problemi, ölçüm geometrisi, zamansal süreklilik ve sensör güvenilirliği boyutları birlikte dikkate alınarak yeniden yapılandırılmıştır. Önerilen yaklaşımda, çoklu sensörlerden elde edilen bilgiler merkezi tekil bir yapı yerine, sensör bazlı kestirimlerin üst düzeyde birleştirildiği merkezi olmayan bir organizasyon altında ele alınmaktadır. Bu yapı, sensörler arasındaki güvenilirlik farklılıklarının kestirim sürecine doğal biçimde yansıtılmasını sağlamakta ve tekil sensör hataları veya geçici ölçüm kayıpları durumunda kestirimin sürdürülebilirliğini korumaktadır. Böylece mimari, açık bir yedekleme mekanizması tanımlamaksızın, işlevsel bir sistem yedekliliği üretmektedir. Çalışmada ayrıca, kestirimin yalnızca anlık doğruluğu değil, zaman içindeki tutarlılığı da temel bir tasarım ölçütü olarak ele alınmıştır. Bu kapsamda kullanılan tamamlayıcı kestirim süreçleri, farklı belirsizlik koşulları altında kestirim davranışının daha kararlı ve yorumlanabilir olmasını sağlamaktadır. Sunulan yaklaşım, çoklu sensörlü konum kestirimi problemlerinin nasıl ele alınması gerektiğine dair genellenebilir ve mimari düzeyde bir perspektif sunmaktadır.This thesis addresses the position estimation problem in unmanned aerial vehicles not through isolated algorithmic solutions, but within a holistic estimation architecture that places the structural components of the problem at its core. It is shown that the horizontal and vertical components of position information exhibit different measurement characteristics and dynamic behaviours, thereby revealing the limitations of treating these components under a unified estimation framework. Accordingly, the position estimation problem is reformulated by jointly considering measurement geometry, temporal continuity, and sensor reliability. In the proposed approach, information obtained from multiple sensors is not processed within a single centralized structure; instead, it is handled through a decentralized organization in which sensor-level estimates are fused at a higher level. This structure enables differences in sensor reliability to be naturally reflected in the estimation process and preserves estimation continuity in the presence of individual sensor failures or temporary measurement losses. As a result, the architecture provides functional system-level redundancy without explicitly defining a dedicated backup mechanism. The study further considers not only the instantaneous accuracy of the estimates, but also their temporal consistency as a primary design criterion. The complementary estimation processes employed in this context ensure more stable and interpretable estimation behaviour under varying uncertainty conditions. Overall, the proposed approach offers a generalizable, architecture-level perspective on how multi-sensor position estimation problems should be addressed.