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Un sistema de navegación integrado UWB-AOA/IMU para la localización de UAV en interiores de 6 grados de libertad

Autores: Zhao, Pengyu; Zhang, Hengchuan; Liu, Gang; Cui, Xiaowei; Lu, Mingquan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Un sistema de navegación integrado UWB-AOA/IMU para la localización de UAV en interiores de 6 grados de libertad


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Vehículos aéreos no tripulados
Tecnología UWB
Localización
Filtro de Kalman
Fusión de IMU
Navegación en interiores

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Con el creciente despliegue de vehículos aéreos no tripulados (VANT) en entornos interiores, la demanda de localización de alta precisión en seis grados de libertad (6-DoF) ha crecido significativamente. La tecnología de banda ultraancha (UWB) ha surgido como un habilitador clave para la navegación de VANT en interiores debido a su robustez contra los efectos de multipath y sus capacidades de medición de alta precisión. Sin embargo, los sistemas convencionales basados en UWB dependen principalmente de mediciones de rango, operan a bajas frecuencias de medición y son incapaces de proporcionar información de actitud. Este artículo propone un marco de fusión basado en un filtro de Kalman extendido de estado de error acoplado estrechamente (TC-ESKF) que combina UWB y unidad de medida inercial (IMU). Para abordar el desafío de la adquisición del estado inicial, se propone un algoritmo de inicialización basado en mínimos cuadrados no lineales ponderados (WNLS) para estimar rápidamente la posición y actitud inicial del VANT en condiciones estáticas. Durante la navegación dinámica, el sistema integra mediciones de diferencia de tiempo de llegada (TDOA) y ángulo de llegada (AOA) obtenidas del módulo UWB para refinar las estimaciones de estado, mejorando así tanto la precisión de posicionamiento como la estabilidad de actitud. El sistema propuesto se evalúa a través de simulaciones y experimentos de vuelo en interiores en el mundo real. Los resultados experimentales muestran que el algoritmo propuesto supera a los algoritmos de fusión representativos en precisión de posicionamiento 3D y estimación de guiñada.

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