MarsBird-VII: Un Sistema de Navegación Estéreo-Inercial Autónomo con Optimización en Tiempo Real para un Dron Espacial Rotorcraft de Marte
Autores: Xiao, Ju; Qiu, Hanchen; Zhou, Yukun; Wang, Rui; Liu, Peng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
MarsBird-VII: Un Sistema de Navegación Estéreo-Inercial Autónomo con Optimización en Tiempo Real para un Dron Espacial Rotorcraft de Marte
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Navegación autónoma
Rotorcraft de Marte
Sistema de navegación visual-inercial
Consciente de la computación
Ventana de Paridad
Ejecución en tiempo real
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La navegación autónoma confiable para los vehículos aéreos de la clase Tianwen-3 en Marte debe satisfacer tanto la precisión a nivel de muestreo como la ejecución en tiempo real bajo severas limitaciones computacionales a bordo. Para abordar este desafío, desarrollamos MarsBird-VII, un sistema de navegación visual-inercial estéreo restringido por la misión que combina un front-end de visión consciente de la computación con un back-end de optimización de ventana deslizante Parity-Window. El front-end desacopla el seguimiento de alta frecuencia de la reposición de características para limitar la latencia de percepción, mientras que el back-end alterna actualizaciones sobre subconjuntos de estado entrelazados y preserva el acoplamiento de ventana completa a través de una marginalización unificada. A diferencia de simplemente reducir el tamaño de la ventana deslizante, la estrategia propuesta reduce el costo de optimización por actualización sin disminuir el horizonte de observación geométrica, mejorando así la compensación entre precisión y tiempo de ejecución para la aviónica embebida. Experimentos de vuelo análogos a la Tierra demuestran un fuerte rendimiento de navegación bajo condiciones relevantes para la misión. En la evaluación de secuencia completa, el sistema propuesto logra una APE de traducción alineada SE(3) de 0.31 m RMSE/0.47 m Max y alcanza además 0.06 m RMSE/0.15 m Max en un segmento estable nominal. El perfilado del tiempo de ejecución durante más de 5000 ciclos de actualización muestra que el back-end Parity-Window mantiene la latencia máxima de optimización por debajo de 58.32 ms, satisfaciendo el plazo de tiempo real duro de 66.7 ms mientras mantiene una precisión cercana a la optimización de ventana completa. Estos resultados muestran que el sistema propuesto proporciona un equilibrio práctico de precisión, robustez y rendimiento determinista en tiempo real para la navegación de vehículos aéreos de la clase Tianwen-3 en Marte.
Descripción
La navegación autónoma confiable para los vehículos aéreos de la clase Tianwen-3 en Marte debe satisfacer tanto la precisión a nivel de muestreo como la ejecución en tiempo real bajo severas limitaciones computacionales a bordo. Para abordar este desafío, desarrollamos MarsBird-VII, un sistema de navegación visual-inercial estéreo restringido por la misión que combina un front-end de visión consciente de la computación con un back-end de optimización de ventana deslizante Parity-Window. El front-end desacopla el seguimiento de alta frecuencia de la reposición de características para limitar la latencia de percepción, mientras que el back-end alterna actualizaciones sobre subconjuntos de estado entrelazados y preserva el acoplamiento de ventana completa a través de una marginalización unificada. A diferencia de simplemente reducir el tamaño de la ventana deslizante, la estrategia propuesta reduce el costo de optimización por actualización sin disminuir el horizonte de observación geométrica, mejorando así la compensación entre precisión y tiempo de ejecución para la aviónica embebida. Experimentos de vuelo análogos a la Tierra demuestran un fuerte rendimiento de navegación bajo condiciones relevantes para la misión. En la evaluación de secuencia completa, el sistema propuesto logra una APE de traducción alineada SE(3) de 0.31 m RMSE/0.47 m Max y alcanza además 0.06 m RMSE/0.15 m Max en un segmento estable nominal. El perfilado del tiempo de ejecución durante más de 5000 ciclos de actualización muestra que el back-end Parity-Window mantiene la latencia máxima de optimización por debajo de 58.32 ms, satisfaciendo el plazo de tiempo real duro de 66.7 ms mientras mantiene una precisión cercana a la optimización de ventana completa. Estos resultados muestran que el sistema propuesto proporciona un equilibrio práctico de precisión, robustez y rendimiento determinista en tiempo real para la navegación de vehículos aéreos de la clase Tianwen-3 en Marte.