Colaboración de Localización UAV-UGV en Entornos de Gran Escala sin GNSS: Una Fusión VIO-UWB sin Anclaje con Ponderación Adaptativa y Supresión de Atípicos
Autores: Xu, Haoyuan; Zhao, Gaopeng; Bo, Yuming
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Colaboración de Localización UAV-UGV en Entornos de Gran Escala sin GNSS: Una Fusión VIO-UWB sin Anclaje con Ponderación Adaptativa y Supresión de Atípicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Gnss
Uav
Ugv
Vio
Uwb
Nlos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En entornos exteriores a gran escala sin GNSS, los UAV y UGV que dependen únicamente de la odometría visual-inercial (VIO) sufren de deriva global acumulada a medida que la trayectoria crece. Mientras tanto, el rango de ultra-ancho de banda (UWB) entre plataformas exhibe ruido desconocido y variable en el tiempo bajo condiciones NLOS/multipath, lo que hace que el ponderado ingenuo sea poco confiable. Este documento presenta un marco de localización colaborativa sin anclajes para equipos UAV-UGV que fusiona rangos UWB por pares (incluyendo UAV-UAV, UAV-UGV y UGV-UGV) con VIO a bordo en un backend de gráfico de factores a través de un esquema robusto de dos etapas. Primero, limitamos la deriva de VIO utilizando la covarianza del estado por agente y rechazamos los valores atípicos de UWB con una puerta de Mahalanobis, previniendo sesgos en las primeras etapas cuando VIO aún es preciso. Luego, durante la optimización global, estimamos de manera adaptativa la información de Fisher de los factores UWB a partir de los residuos de estado de medición, lo que permite la autoajuste en línea de la confianza de medición bajo SNR variable en el tiempo. Experimentos en el mundo real con tres UAV y dos UGV sobre techos de múltiples niveles y áreas de bosque-abierto (~1.6 km2) muestran que, en comparación con una variante solo de valores atípicos, el método propuesto reduce aún más el RMSE de localización en aproximadamente un 24.6% y el error máximo en aproximadamente un 31.2% tanto para UAV como para UGV, manteniendo un rendimiento sólido durante largas trayectorias dominadas por la deriva de VIO y rangos NLOS. El enfoque no requiere anclajes fijos ni GNSS y es aplicable a equipos UAV-UGV para respuesta a desastres, mapeo/inspección cooperativa y operaciones con limitaciones de ancho de banda.
Descripción
En entornos exteriores a gran escala sin GNSS, los UAV y UGV que dependen únicamente de la odometría visual-inercial (VIO) sufren de deriva global acumulada a medida que la trayectoria crece. Mientras tanto, el rango de ultra-ancho de banda (UWB) entre plataformas exhibe ruido desconocido y variable en el tiempo bajo condiciones NLOS/multipath, lo que hace que el ponderado ingenuo sea poco confiable. Este documento presenta un marco de localización colaborativa sin anclajes para equipos UAV-UGV que fusiona rangos UWB por pares (incluyendo UAV-UAV, UAV-UGV y UGV-UGV) con VIO a bordo en un backend de gráfico de factores a través de un esquema robusto de dos etapas. Primero, limitamos la deriva de VIO utilizando la covarianza del estado por agente y rechazamos los valores atípicos de UWB con una puerta de Mahalanobis, previniendo sesgos en las primeras etapas cuando VIO aún es preciso. Luego, durante la optimización global, estimamos de manera adaptativa la información de Fisher de los factores UWB a partir de los residuos de estado de medición, lo que permite la autoajuste en línea de la confianza de medición bajo SNR variable en el tiempo. Experimentos en el mundo real con tres UAV y dos UGV sobre techos de múltiples niveles y áreas de bosque-abierto (~1.6 km2) muestran que, en comparación con una variante solo de valores atípicos, el método propuesto reduce aún más el RMSE de localización en aproximadamente un 24.6% y el error máximo en aproximadamente un 31.2% tanto para UAV como para UGV, manteniendo un rendimiento sólido durante largas trayectorias dominadas por la deriva de VIO y rangos NLOS. El enfoque no requiere anclajes fijos ni GNSS y es aplicable a equipos UAV-UGV para respuesta a desastres, mapeo/inspección cooperativa y operaciones con limitaciones de ancho de banda.