Alineación de rumbo en tiempo real y post-misión para la navegación de drones basada en sensores GNSS de antena única y MEMs-IMU
Autores: Contreras, João F.; Vassaram, Jitesh A. M.; Fernandes, Marcos R.; do Val, João B. R.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Alineación de rumbo en tiempo real y post-misión para la navegación de drones basada en sensores GNSS de antena única y MEMs-IMU
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Dron
Navegación
Sensores MEMs-IMU
SAR interferométrico diferencial
Estimación de parámetros bayesiana
Filtros tipo Kalman
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este documento presenta un procedimiento de alineación de rumbo para la navegación de drones que emplea una única antena GNSS de suspensión combinada con sensores MEMs-IMU de baja calidad. El diseño fue motivado por la necesidad de una aplicación de radar interferométrico diferencial montado en drones (DinSAR). Sin embargo, la metodología propuesta aquí se aplica a cualquier aplicación de Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) que requiera datos de navegación de alta precisión para misiones de vuelo corto utilizando sensores MEMs rentables. El método propuesto aquí implica una estimación de parámetros bayesiana basada en una métrica Mahalanobis acumulativa simultánea aplicada al proceso de innovación de filtros tipo Kalman, que son idénticos excepto por la suposición inicial del rumbo. El procedimiento se generaliza a parámetros multidimensionales, denominado alineación paramétrica, refiriéndose al hecho de que la estrategia se aplica a problemas de alineación respecto a algunos parámetros, como el valor inicial del rumbo. También se presenta la motivación para la extensión multidimensional en el escenario. El método es altamente aplicable en casos donde no se dispone de giroscopios. Emplea las técnicas de optimización más sencillas que pueden implementarse utilizando un esquema de paralelismo en tiempo real. Los resultados experimentales obtenidos de una misión real de VANT demuestran que el método propuesto puede proporcionar alineación inicial del rumbo cuando el rumbo no es directamente observable durante el despegue, mientras que las simulaciones numéricas se utilizan para ilustrar la extensión al caso multidimensional.
Descripción
Este documento presenta un procedimiento de alineación de rumbo para la navegación de drones que emplea una única antena GNSS de suspensión combinada con sensores MEMs-IMU de baja calidad. El diseño fue motivado por la necesidad de una aplicación de radar interferométrico diferencial montado en drones (DinSAR). Sin embargo, la metodología propuesta aquí se aplica a cualquier aplicación de Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) que requiera datos de navegación de alta precisión para misiones de vuelo corto utilizando sensores MEMs rentables. El método propuesto aquí implica una estimación de parámetros bayesiana basada en una métrica Mahalanobis acumulativa simultánea aplicada al proceso de innovación de filtros tipo Kalman, que son idénticos excepto por la suposición inicial del rumbo. El procedimiento se generaliza a parámetros multidimensionales, denominado alineación paramétrica, refiriéndose al hecho de que la estrategia se aplica a problemas de alineación respecto a algunos parámetros, como el valor inicial del rumbo. También se presenta la motivación para la extensión multidimensional en el escenario. El método es altamente aplicable en casos donde no se dispone de giroscopios. Emplea las técnicas de optimización más sencillas que pueden implementarse utilizando un esquema de paralelismo en tiempo real. Los resultados experimentales obtenidos de una misión real de VANT demuestran que el método propuesto puede proporcionar alineación inicial del rumbo cuando el rumbo no es directamente observable durante el despegue, mientras que las simulaciones numéricas se utilizan para ilustrar la extensión al caso multidimensional.