El Diseño y Evaluación de un Sistema de Sensor de Dirección Usando Patrones de Marcadores de Color a Bordo de UAVs Pequeños de Ala Fija en un Sistema de Relevo Inalámbrico
Autores: Hirai, Kanya; Ueba, Masazumi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
El Diseño y Evaluación de un Sistema de Sensor de Dirección Usando Patrones de Marcadores de Color a Bordo de UAVs Pequeños de Ala Fija en un Sistema de Relevo Inalámbrico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Aplicaciones
Sistema de control de orientación de antenas
Sistema de sensores
Patrones de marcadores de color
Error de precisión de detección
Desenfoque de movimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Entre los varios usos de los vehículos aéreos no tripulados (VANT), un sistema de retransmisión inalámbrica es una de las aplicaciones más prometedoras. Específicamente, un pequeño VANT de ala fija es adecuado para establecer el sistema rápidamente. En el sistema, un sistema de control de dirección de antena dirige una antena a bordo hacia una estación terrestre para formar y mantener un enlace de comunicación entre el VANT y la estación terrestre. En este artículo, proponemos un sistema de sensores para detectar la dirección de la estación terrestre desde el VANT utilizando patrones de marcadores de color para el sistema de control de dirección de antena. El sensor detecta la diferencia entre la dirección de la antena y la dirección de la estación terrestre. El sensor se caracteriza por el uso de la información de color de múltiples marcadores de color y la coincidencia de patrones de marcadores de color. Esto permite la detección de marcadores distantes y de baja resolución, una alta precisión en la detección de marcadores y una detección robusta de marcadores frente al desenfoque por movimiento. En este artículo, describimos el algoritmo detallado del sensor, y su rendimiento se evalúa utilizando el sistema de sensores prototipo. Los resultados de la evaluación del rendimiento experimental mostraron que el método propuesto tenía un tamaño mínimo detectable de dibujo de 10.2 píxeles, una tolerancia al desenfoque por movimiento de 0.0175 y un error de precisión de detección de menos de 0.12 grados. Este rendimiento indica que el método tiene un tamaño mínimo detectable de dibujo que es la mitad del del marcador ArUco (un marcador AR común), es 15.9 veces más tolerante al desenfoque por movimiento que el marcador ArUco, y tiene un error de precisión de detección el doble que el del marcador ArUco. Los marcadores de color en el método propuesto pueden colocarse más lejos o ser más pequeños que los marcadores ArUco, y pueden ser detectados por la cámara a bordo incluso si la actitud de la aeronave cambia significativamente. El método propuesto utilizando patrones de marcadores de color tiene el potencial de mejorar la flexibilidad operativa de los sistemas de retransmisión de radio que utilizan VANT y se espera que se desarrolle aún más en el futuro.
Descripción
Entre los varios usos de los vehículos aéreos no tripulados (VANT), un sistema de retransmisión inalámbrica es una de las aplicaciones más prometedoras. Específicamente, un pequeño VANT de ala fija es adecuado para establecer el sistema rápidamente. En el sistema, un sistema de control de dirección de antena dirige una antena a bordo hacia una estación terrestre para formar y mantener un enlace de comunicación entre el VANT y la estación terrestre. En este artículo, proponemos un sistema de sensores para detectar la dirección de la estación terrestre desde el VANT utilizando patrones de marcadores de color para el sistema de control de dirección de antena. El sensor detecta la diferencia entre la dirección de la antena y la dirección de la estación terrestre. El sensor se caracteriza por el uso de la información de color de múltiples marcadores de color y la coincidencia de patrones de marcadores de color. Esto permite la detección de marcadores distantes y de baja resolución, una alta precisión en la detección de marcadores y una detección robusta de marcadores frente al desenfoque por movimiento. En este artículo, describimos el algoritmo detallado del sensor, y su rendimiento se evalúa utilizando el sistema de sensores prototipo. Los resultados de la evaluación del rendimiento experimental mostraron que el método propuesto tenía un tamaño mínimo detectable de dibujo de 10.2 píxeles, una tolerancia al desenfoque por movimiento de 0.0175 y un error de precisión de detección de menos de 0.12 grados. Este rendimiento indica que el método tiene un tamaño mínimo detectable de dibujo que es la mitad del del marcador ArUco (un marcador AR común), es 15.9 veces más tolerante al desenfoque por movimiento que el marcador ArUco, y tiene un error de precisión de detección el doble que el del marcador ArUco. Los marcadores de color en el método propuesto pueden colocarse más lejos o ser más pequeños que los marcadores ArUco, y pueden ser detectados por la cámara a bordo incluso si la actitud de la aeronave cambia significativamente. El método propuesto utilizando patrones de marcadores de color tiene el potencial de mejorar la flexibilidad operativa de los sistemas de retransmisión de radio que utilizan VANT y se espera que se desarrolle aún más en el futuro.