Estimación de Pose Relativa Distribuida para Sistemas Multi-UAV Basada en Navegación Inercial y Fusión de Enlaces de Datos
Autores: Li, Kun; Bu, Shuhui; Li, Jiapeng; Xia, Zhenyv; Wang, Jvboxi; Li, Xiaohan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estimación de Pose Relativa Distribuida para Sistemas Multi-UAV Basada en Navegación Inercial y Fusión de Enlaces de Datos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Operaciones de enjambre autónomas
Sistema de posicionamiento en formación
Navegación inercial
Basado en enlace de datos
Mediciones relativas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La auto-localización precisa y la estimación del estado mutuo son esenciales para las operaciones de enjambre aéreo autónomo en exploración cooperativa, seguimiento de objetivos y misiones de búsqueda y rescate. Sin embargo, lograr una posicionamiento de formación confiable en entornos sin GNSS sigue siendo un desafío significativo. Este documento propone un sistema de posicionamiento de formación de UAV que integra la navegación inercial con mediciones relativas basadas en enlace de datos para mejorar la precisión del posicionamiento. Cada UAV estima de manera independiente su estado de vuelo en tiempo real utilizando datos de IMU a bordo a través de un método de fusión de navegación inercial. Los estados estimados se transmiten a otros UAV en la formación a través de un enlace de datos, que también proporciona mediciones de posición relativas. Al recibir la información del enlace de datos, cada UAV filtra las mediciones erróneas, las alinea temporalmente con sus estimaciones de estado y construye un grafo de optimización de pose relativa para la estimación de estado en tiempo real. Además, se implementa una estrategia de selección de datos y un algoritmo de ventana deslizante para controlar la acumulación de datos y mitigar la deriva de la navegación inercial. El método propuesto se valida a través de simulaciones y experimentos de vuelo en formación con dos UAV en el mundo real. Los resultados experimentales demuestran que el sistema logra una reducción del 76% en el error de posicionamiento en comparación con el uso de mediciones de enlace de datos por sí solas. Este enfoque proporciona una solución robusta y confiable para mantener un posicionamiento relativo preciso en vuelo en formación sin depender del GNSS.
Descripción
La auto-localización precisa y la estimación del estado mutuo son esenciales para las operaciones de enjambre aéreo autónomo en exploración cooperativa, seguimiento de objetivos y misiones de búsqueda y rescate. Sin embargo, lograr una posicionamiento de formación confiable en entornos sin GNSS sigue siendo un desafío significativo. Este documento propone un sistema de posicionamiento de formación de UAV que integra la navegación inercial con mediciones relativas basadas en enlace de datos para mejorar la precisión del posicionamiento. Cada UAV estima de manera independiente su estado de vuelo en tiempo real utilizando datos de IMU a bordo a través de un método de fusión de navegación inercial. Los estados estimados se transmiten a otros UAV en la formación a través de un enlace de datos, que también proporciona mediciones de posición relativas. Al recibir la información del enlace de datos, cada UAV filtra las mediciones erróneas, las alinea temporalmente con sus estimaciones de estado y construye un grafo de optimización de pose relativa para la estimación de estado en tiempo real. Además, se implementa una estrategia de selección de datos y un algoritmo de ventana deslizante para controlar la acumulación de datos y mitigar la deriva de la navegación inercial. El método propuesto se valida a través de simulaciones y experimentos de vuelo en formación con dos UAV en el mundo real. Los resultados experimentales demuestran que el sistema logra una reducción del 76% en el error de posicionamiento en comparación con el uso de mediciones de enlace de datos por sí solas. Este enfoque proporciona una solución robusta y confiable para mantener un posicionamiento relativo preciso en vuelo en formación sin depender del GNSS.