Un método basado en optimización para la estimación de pose relativa para UAVs colaborativos utilizando trayectorias predefinidas observadas
Autores: Cetinkaya, Guven; Genc, Yakup
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Un método basado en optimización para la estimación de pose relativa para UAVs colaborativos utilizando trayectorias predefinidas observadas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Estimación de pose
Visión monocular
Marco geométrico
Restricciones inducidas por la trayectoria
Parámetros de pose relativa
Geometría de trayectoria cooperativa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La estimación precisa de la pose relativa entre vehículos aéreos no tripulados (UAV) es un requisito clave para la navegación cooperativa, el control de formaciones y la operación en enjambre en entornos sin GNSS. En sistemas de múltiples UAV, la visión monocular es atractiva debido a su bajo peso y requisitos de energía; sin embargo, las mediciones solo de dirección pueden llevar a ambigüedades angulares, particularmente bajo movimiento de objetivos simétricos o planos. Este documento presenta un marco geométrico para la estimación de la pose relativa monocular utilizando patrones de movimiento conocidos observados, en lugar de depender de arquitecturas de sistemas distribuidos complejas. El método explota las restricciones geométricas inducidas por la trayectoria al proyectar de nuevo la trayectoria observada en el plano de imagen de un UAV objetivo en el espacio tridimensional y trazar rayos desde el centro de la cámara hacia una trayectoria de referencia parametrizada geométricamente. Los parámetros de la pose relativa se refinan a través de optimización no lineal utilizando Levenberg-Marquardt, lo que permite una estimación precisa en condiciones ruidosas. Más allá del marco de estimación, se investiga la influencia de la geometría de trayectoria cooperativa en la observabilidad angular a través de experimentos de simulación. Los resultados indican que el movimiento colaborativo plano puede inducir ambigüedad angular a pesar de la convergencia numérica, mientras que la introducción de una excitación moderada fuera del plano a través de trayectorias tridimensionales mejora significativamente la observabilidad. Además de la evaluación basada en simulaciones, se lleva a cabo un experimento de vuelo real limitado para validar cualitativamente los patrones de ambigüedad observados bajo condiciones de detección prácticas. En particular, se muestra que las trayectorias tridimensionales en forma de ocho suprimen significativamente los grandes valores atípicos angulares y mejoran la robustez de la estimación sin aumentar la complejidad computacional, proporcionando orientación validada para el diseño activo de trayectorias para garantizar la observabilidad en escenarios aéreos basados en visión.
Descripción
La estimación precisa de la pose relativa entre vehículos aéreos no tripulados (UAV) es un requisito clave para la navegación cooperativa, el control de formaciones y la operación en enjambre en entornos sin GNSS. En sistemas de múltiples UAV, la visión monocular es atractiva debido a su bajo peso y requisitos de energía; sin embargo, las mediciones solo de dirección pueden llevar a ambigüedades angulares, particularmente bajo movimiento de objetivos simétricos o planos. Este documento presenta un marco geométrico para la estimación de la pose relativa monocular utilizando patrones de movimiento conocidos observados, en lugar de depender de arquitecturas de sistemas distribuidos complejas. El método explota las restricciones geométricas inducidas por la trayectoria al proyectar de nuevo la trayectoria observada en el plano de imagen de un UAV objetivo en el espacio tridimensional y trazar rayos desde el centro de la cámara hacia una trayectoria de referencia parametrizada geométricamente. Los parámetros de la pose relativa se refinan a través de optimización no lineal utilizando Levenberg-Marquardt, lo que permite una estimación precisa en condiciones ruidosas. Más allá del marco de estimación, se investiga la influencia de la geometría de trayectoria cooperativa en la observabilidad angular a través de experimentos de simulación. Los resultados indican que el movimiento colaborativo plano puede inducir ambigüedad angular a pesar de la convergencia numérica, mientras que la introducción de una excitación moderada fuera del plano a través de trayectorias tridimensionales mejora significativamente la observabilidad. Además de la evaluación basada en simulaciones, se lleva a cabo un experimento de vuelo real limitado para validar cualitativamente los patrones de ambigüedad observados bajo condiciones de detección prácticas. En particular, se muestra que las trayectorias tridimensionales en forma de ocho suprimen significativamente los grandes valores atípicos angulares y mejoran la robustez de la estimación sin aumentar la complejidad computacional, proporcionando orientación validada para el diseño activo de trayectorias para garantizar la observabilidad en escenarios aéreos basados en visión.