Tracking Ground Targets Using an Autonomous Helicopter With

7/24/2019 Tracking Ground Targets Using an Autonomous Helicopter With

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Tracking ground targetsusing an autonomoushelicopter with a vision

systemFUNDACIN UNIV !"ITA!IA #$" #I% !TAD$! "" !&I$ "T %AN !INCN !UI '"TUDIANT IN& NI !(A A !$NAUTICA


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"eguimiento de o)*etivos en tierra utili+ando unhelic,ptero aut,nomo- con un sistema de visi,n

Un helic,ptero aut,nomo con un sistema de visi,n a )ordo parareali+ar un seguimiento de o)*etivos en tierra puede reali+artareas muy importantes- como la inspecci,n y vigilancia. lsistema de seguimiento de o)*etivos helic,ptero aut,nomo esun sistema comple*o interdisciplinario. Un sistema deseguimiento t/pica aut,noma de destino helic,ptero usandosensores de visi,n por lo general incluye cinco componentesprincipales0 un sistema de navegaci,n- un controlador de vuelun sistema de visi,n activa- un estimador de estado de destinoy una ley de orientaci,n helic,ptero.


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Tremendo 12ito se ha logrado en el controlaut,nomo de los helic,pteros. As/ 3ue hayun inter1s cada ve+ mayor para eldesarrollo de aplicaciones de videovigilancia a1rea )asado en helic,pterosaut,nomos. "eguimiento de )lancos detierra desempe4an un papel cr/tico enaplicaciones de video vigilancia a1reas. nel pasado- los sistemas de vigilancia dev/deo a1reas dependen de operaci,nhumana para hacer un seguimiento o)*etivoterrestre. s di5/cil de operar el helic,ptero yel sistema de visi,n activa a )ordomanualmente para )lo3uear un o)*etivo enel campo de visi,n. 6ara li)erar el operadorde la carga- es necesario desarrollar unsistema de seguimiento aut,noma. Desdesensor de visi,n es ligero y puede capturarun mont,n de in5ormaci,n so)re el medioam)iente- es una )uena opci,n para lossistemas de vigilancia de v/deo a1reas.


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Descripci,n general del sistema l sistema de seguimiento de o)*etivos helic,ptero aut,nomo es un sistemacomple*o interdisciplinario. "e trata de una gran cantidad de t1cnicas- comla aerodin7mica- control aut,nomo y visi,n por ordenador- etc. Un sistema seguimiento t/pica aut,noma de destino helic,ptero usando sensores devisi,n por lo general incluye cinco componentes principales0 un sistema denavegaci,n- un controlador de vuelo- un sistema de visi,n activa- unestimador de estado de destino y una ley de orientaci,n helic,ptero. #a5uncionalidad de cada uno de los componentes se presenta en la siguiente.


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8. "istema de Navegaci,n l sistema de navegaci,n se usa para medir los estados del helic,ptero-como posici,n- velocidad- actitud etc. 6roporciona in5ormaci,n de navegacpara otros componentes a )ordo. s muy importante en el sistema dehelic,ptero aut,nomo.


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:. Control de vuelo l controlador de vuelo est7 en el cora+,n del sistema de helic,pteroaut,nomo. sto hace 3ue el helic,ptero esta)le y proporcionar la inter5a+para los componentes de nivel superior para controlar el movimiento delhelic,ptero. #os componentes de nivel superior suelen enviar comandos deposici,n o comandos de velocidad al controlador de vuelo para llevar a ca)tareas espec/;cas- como seguir un o)*etivo en movimiento- volando a lo lade un r/o- etc.


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=. $)*etivo del stado stimado>Target "tate stimator?

l m,dulo de estimaci,n de estado o)*etivo mide la posici,n relativa entre ehelic,ptero y el destino en 5unci,n de la posici,n de destino de p/2eles. Acontinuaci,n- el m,dulo de estimaci,n del estado de destino utili+a lasmediciones para estimar la posici,n y velocidad del o)*etivo. Un )uen estudde estimaci,n de estado de destino es una serie de documentos por @. !ong#i y Vesselin 6. ilkov.


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B. #ey de $rientaci,nhelic,ptero

#a ley de orientaci,n helic,ptero hace uso de la posici,n relativa y lavelocidad entre el o)*etivo y el helic,ptero para guiar el helic,ptero paraseguir el o)*etivo.


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Diagrama


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$)*etivo del stado stimador

s necesario estimar el estado del o)*etivo al implementar el sistema deseguimiento. n este tra)a*o- asumimos el terreno es plano- por lo 3ue laposici,n relativa entre el helic,ptero y el o)*etivo se puede estimar en )ase ala posici,n de p/2el de la meta y la altura del helic,ptero. #a posici,n relativase puede calcular de la siguiente manera.

"uponiendo 3ue la posici,n de p/2el de la metal helic,ptero vuela so)re el suelo a una altura

Coordenada del helic,ptero en el marco mundial Coordenadas del o)*etivo en el marco mundialCoordenadas del o)*etivo en el marco de la c7mara es

#a matri+ de rotaci,n del marco de la c7mara al marco mundial es.


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#ey de $rientaci,n

l prop,sito del sistema de seguimiento de o)*etivos helic,ptero aut,nomoes para mantener la posici,n del helic,ptero en la posici,n deseada enrelaci,n con el o)*etivo en movimiento. n esta secci,n- una ley deorientaci,n 3ue puede conducir el helic,ptero para seguir el destino sinpro)lemas se descri)e. "u idea )7sica es adoptado por la ley de orientaci,npos velocidad y la ley de control de auto siguiente.


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!esultados de la simulaci,n l sistema de seguimiento de o)*etivoshelic,ptero aut,nomo propuesto ha sidopro)ado en un entorno de simulaci,n )asadoen la tecnolog/a de realidad virtual. lhelic,ptero utili+ado en la simulaci,n es unmodelo din7mico no lineal de raptor E !Chelic,ptero.A0 Caso 8

Al comien+o- el helic,ptero se mueve en y el

o)*etivo est7 en . ntonces el o)*etivo semueve a velocidad constante a Bm s y elhelic,ptero aut,nomo es de comandos paraseguir el o)*etivo. #a posici,n deseada delhelic,ptero est7 detr7s de la diana de unos:E metros. l e2perimento duraapro2imadamente BE segundos.


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Caso A >BE seg?


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Caso >BE seg?


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Caso % > E seg? Al comien+o- el helic,ptero semueve en y el o)*etivo est7 en .

ntonces el o)*etivo se mueve auna velocidad constante de B m s- y el helic,ptero aut,nomo se leordena seguir el o)*etivo. #aposici,n deseada del helic,pteroest7 detr7s de la diana de unos :E

metros. l e2perimento duraapro2imadamente E segundos.


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Caso % > E seg?


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Caso % > E seg?


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Conclusi,n Un helic,ptero aut,noma con un sistema de visi,n para rastrear o)*etivos entierra se descri)e en este documento. "e estima el estado del destinomediante ;ltro de Galman. "e propone una nueva ley de orientaci,ninspirada en orientaci,n persecuci,n velocidad y control del coche deseguimiento en este tra)a*o. l sistema se prue)a en un entorno desimulaci,n )asado en la tecnolog/a de realidad virtual. #a simulaci,n muestr3ue el helic,ptero no tripulado puede reali+ar el seguimiento del o)*etivoterrestre con 12ito.


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&!ACIA"

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