Método de Inicialización Rápida de Enjambre de Vehículos Aéreos No Tripulados Basado en VIO-UWB en un Entorno de Negación Satelital
Autores: Wang, Runmin; Deng, Zhongliang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Método de Inicialización Rápida de Enjambre de Vehículos Aéreos No Tripulados Basado en VIO-UWB en un Entorno de Negación Satelital
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Señales de satélite
Enjambres de UAV
Métodos de inicialización
Odometría visual-inercial
Límite inferior de Cramér-Rao
Nodos ancla
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En entornos donde las señales de satélite están bloqueadas, inicializar enjambres de UAV rápidamente es un desafío técnico, especialmente en interiores o en áreas con señales de satélite débiles, lo que dificulta establecer la posición relativa del enjambre. Dos métodos comunes para la inicialización son el uso de la cámara para la inicialización conjunta de SLAM, que aumenta la carga de comunicación debido al análisis de puntos de características de imagen, y obtener una relación posicional aproximada utilizando información previa a través de un dispositivo como una brújula magnética, que carece de precisión. En los últimos años, la tecnología de odometría visual-inercial (VIO) ha progresado significativamente, proporcionando nuevas soluciones. Con el aumento de la potencia de cálculo y la mejora de la precisión de VIO, ahora es posible establecer la relación de posición relativa a través del movimiento de los drones. Este documento propone un método de inicialización robusto en dos etapas para enjambres de más de cuatro UAV, adecuado para escenarios de negación de satélites a gran escala. En primer lugar, el documento analiza el problema del límite inferior de Cramér-Rao (CRLB) y el problema de configuración en movimiento del clúster para determinar el nodo ancla óptimo para el algoritmo. Posteriormente, se utiliza una estrategia para seleccionar nodos ancla que estén cerca del límite inferior de CRLB, y se construye un problema de optimización para resolver la relación de posición entre los nodos ancla a través del movimiento relativo y la relación de rango entre los UAV. Este problema de optimización incluye restricciones cuadráticas así como restricciones lineales y es un problema de programación cuadrática con restricciones cuadráticas (QCQP) con alta robustez y alta precisión. Después de abordar el problema del nodo ancla, este documento simplifica y mejora un algoritmo de posicionamiento cooperativo rápido para enjambres, que es más rápido que el algoritmo de escalado multidimensional (MDS) tradicional. Los resultados de simulaciones teóricas y pruebas reales de UAV demuestran que el algoritmo propuesto es avanzado, superior y resuelve efectivamente el problema de inicialización del enjambre de UAV en condiciones de rechazo de señales de satélite.
Descripción
En entornos donde las señales de satélite están bloqueadas, inicializar enjambres de UAV rápidamente es un desafío técnico, especialmente en interiores o en áreas con señales de satélite débiles, lo que dificulta establecer la posición relativa del enjambre. Dos métodos comunes para la inicialización son el uso de la cámara para la inicialización conjunta de SLAM, que aumenta la carga de comunicación debido al análisis de puntos de características de imagen, y obtener una relación posicional aproximada utilizando información previa a través de un dispositivo como una brújula magnética, que carece de precisión. En los últimos años, la tecnología de odometría visual-inercial (VIO) ha progresado significativamente, proporcionando nuevas soluciones. Con el aumento de la potencia de cálculo y la mejora de la precisión de VIO, ahora es posible establecer la relación de posición relativa a través del movimiento de los drones. Este documento propone un método de inicialización robusto en dos etapas para enjambres de más de cuatro UAV, adecuado para escenarios de negación de satélites a gran escala. En primer lugar, el documento analiza el problema del límite inferior de Cramér-Rao (CRLB) y el problema de configuración en movimiento del clúster para determinar el nodo ancla óptimo para el algoritmo. Posteriormente, se utiliza una estrategia para seleccionar nodos ancla que estén cerca del límite inferior de CRLB, y se construye un problema de optimización para resolver la relación de posición entre los nodos ancla a través del movimiento relativo y la relación de rango entre los UAV. Este problema de optimización incluye restricciones cuadráticas así como restricciones lineales y es un problema de programación cuadrática con restricciones cuadráticas (QCQP) con alta robustez y alta precisión. Después de abordar el problema del nodo ancla, este documento simplifica y mejora un algoritmo de posicionamiento cooperativo rápido para enjambres, que es más rápido que el algoritmo de escalado multidimensional (MDS) tradicional. Los resultados de simulaciones teóricas y pruebas reales de UAV demuestran que el algoritmo propuesto es avanzado, superior y resuelve efectivamente el problema de inicialización del enjambre de UAV en condiciones de rechazo de señales de satélite.