Revista de Ingeniería Aeronáutica y Aeroespacial
Acceso abierto

abstracto

Un sistema de navegación basado en visión de bajo costo para aplicaciones de vehículos aéreos no tripulados de tamaño pequeño

Roberto Sabatini R*, Richardson M, Bartel C, Shaid T, Ramasamy S

Se presenta un sistema de navegación de bajo costo basado en navegación basada en visión (VBN) y otros sensores de aviónica, que está diseñado para vehículos aéreos no tripulados de tamaño pequeño (UAV) aplicaciones. El principal objetivo de nuestra investigación es diseñar un sistema compacto, ligero y relativamente económico capaz de proporcionar el rendimiento de navegación requerido en todas las fases de vuelo de un pequeño UAV, con un enfoque especial en la aproximación y aterrizaje de precisión, donde la Navegación basada en visión (VBN) ) pueden explotarse plenamente en una arquitectura integrada multisensorial. Se comparan varias técnicas existentes para VBN y se selecciona el enfoque de navegación basada en la apariencia (ABN) para su implementación. Se emplean técnicas de extracción de características y de flujo óptico para estimar los parámetros de vuelo, como el ángulo de balanceo, el ángulo de cabeceo, la desviación de la pista y las tasas de cuerpo. Además, abordamos las posibles sinergias entre los sensores VBN, el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) y MEMS-IMU (Unidad de Medición Inercial del Sistema Micro-Electromecánico) y también el uso de Modelos de Dinámica de Aeronaves (ADM) para proporcionar información adicional adecuada para compensar las deficiencias de los sensores VBN y MEMS-IMU en tareas de determinación de actitud de alta dinámica. Se desarrolla un filtro de Kalman extendido (EKF) para fusionar la información proporcionada por los diferentes sensores y proporcionar estimaciones de posición, velocidad y actitud de la plataforma UAV en tiempo real. Se implementan dos arquitecturas de sistemas de navegación integrados diferentes. El primero usa VBN a 20 Hz y GPS a 1 Hz para aumentar el funcionamiento de MEMS-IMU a 100 Hz. El segundo modo también incluye el ADM (cálculos realizados a 100 Hz) para proporcionar un aumento del canal de actitud. La simulación de estos dos modos se realiza en una parte significativa de la envolvente de vuelo operacional del UAV AEROSONDE y se realizan una variedad de maniobras representativas (es decir, ascenso en línea recta, giro nivelado, descenso y ascenso con giro, descenso en línea recta, etc.). La simulación de la arquitectura del primer sistema de navegación integrado (VBN/IMU/GPS) muestra que el sistema integrado puede alcanzar precisiones de posición, velocidad y actitud compatibles con los requisitos de aproximación de precisión CAT-II. La simulación de la arquitectura del segundo sistema (VBN/IMU/GPS/ADM) también muestra resultados prometedores, ya que la precisión de actitud lograda es mayor usando ADM/VBS/IMU que usando solo VBS/IMU. Sin embargo, debido a la rápida divergencia del sensor virtual ADM, existe la necesidad de reinicializar con frecuencia el módulo de datos ADM, que depende en gran medida de la dinámica de vuelo del UAV y de las transiciones de maniobra específicas realizadas.