Filtro de Kalman Extendido Implícito para Navegación Relativa de Terreno Óptico Usando Mediciones Retrasadas
Autores: Silvestrini, Stefano; Piccinin, Margherita; Zanotti, Giovanni; Brandonisio, Andrea; Lunghi, Paolo; Lavagna, Michèle
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Filtro de Kalman Extendido Implícito para Navegación Relativa de Terreno Óptico Usando Mediciones Retrasadas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Exploración
Cuerpos celestes
Naves espaciales
Cámaras
Algoritmos
Navegación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
La exploración de cuerpos celestes como la Luna, Marte, o incluso cuerpos más pequeños como cometas y asteroides, es la próxima frontera de la exploración espacial. Uno de los propósitos más interesantes y atractivos desde el punto de vista científico en este campo es la capacidad de una nave espacial para aterrizar en dichos cuerpos. Las cámaras monoculares son ampliamente adoptadas para realizar esta tarea debido a su bajo costo y complejidad del sistema. Sin embargo, los algoritmos basados en imágenes para la estimación de movimiento varían en diferentes escalas de complejidades y cargas computacionales. En este documento, se presenta un método para realizar navegación relativa (o local) del terreno utilizando correspondencias de características de cuadro a cuadro y mediciones de altímetro. El enfoque basado en imágenes propuesto se basa en la implementación del filtro de Kalman extendido implícito, que funciona utilizando modelos dinámicos no lineales y correcciones de mediciones que son funciones implícitas de las variables de estado. En particular, aquí se emplea la restricción epipolar, que es una relación geométrica entre los vectores de posición de los puntos de características y el vector de traducción de la cámara, como la medición implícita fusionada con actualizaciones del altímetro. En aplicaciones realistas, las rutinas de procesamiento de imágenes requieren una cierta cantidad de tiempo para ser ejecutadas. Por esta razón, el sistema de navegación presentado implica un ciclo rápido utilizando mediciones de altímetro y un ciclo lento con actualizaciones basadas en imágenes. Además, se tiene en cuenta el retraso intrínseco de la ejecución de la coincidencia de características utilizando un método de extrapolación modificado.
Descripción
La exploración de cuerpos celestes como la Luna, Marte, o incluso cuerpos más pequeños como cometas y asteroides, es la próxima frontera de la exploración espacial. Uno de los propósitos más interesantes y atractivos desde el punto de vista científico en este campo es la capacidad de una nave espacial para aterrizar en dichos cuerpos. Las cámaras monoculares son ampliamente adoptadas para realizar esta tarea debido a su bajo costo y complejidad del sistema. Sin embargo, los algoritmos basados en imágenes para la estimación de movimiento varían en diferentes escalas de complejidades y cargas computacionales. En este documento, se presenta un método para realizar navegación relativa (o local) del terreno utilizando correspondencias de características de cuadro a cuadro y mediciones de altímetro. El enfoque basado en imágenes propuesto se basa en la implementación del filtro de Kalman extendido implícito, que funciona utilizando modelos dinámicos no lineales y correcciones de mediciones que son funciones implícitas de las variables de estado. En particular, aquí se emplea la restricción epipolar, que es una relación geométrica entre los vectores de posición de los puntos de características y el vector de traducción de la cámara, como la medición implícita fusionada con actualizaciones del altímetro. En aplicaciones realistas, las rutinas de procesamiento de imágenes requieren una cierta cantidad de tiempo para ser ejecutadas. Por esta razón, el sistema de navegación presentado implica un ciclo rápido utilizando mediciones de altímetro y un ciclo lento con actualizaciones basadas en imágenes. Además, se tiene en cuenta el retraso intrínseco de la ejecución de la coincidencia de características utilizando un método de extrapolación modificado.