Detalhes bibliográficos
| Ano de defesa: |
2018 |
| Autor(a) principal: |
Sidney Andrade de Lima |
| Orientador(a): |
Hermann Johann Heinrich Kux,
Elcio Hideiti Shiguemori |
| Banca de defesa: |
Camilo Daleles Rennó,
Jorge Luís Nunes e Silva Brito,
Rafael Lemos Paes |
| Tipo de documento: |
Dissertação
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| Tipo de acesso: |
Acesso aberto |
| Idioma: |
por |
| Instituição de defesa: |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
BR
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| Resumo em Inglês: |
The objective of this work is to evaluate the accuracy of the positioning calculation and the guidance of Remotely Piloted Aircraft (RPA) using concepts of photogrammetry from images generated by embedded cameras, aiming at autonomous air navigation. This type of navigation can be used as an alternative to the navigation systems currently in use in most RPA. The technique of image navigation uses orthomosaic and Digital Surface Models (DSM) as a reference, to represent the object space, that is, the terrain and images obtained by the camera boarded at the time of the flight. Thus, during the flight, photographs are obtained and when homologous points are found between these images and the orthomosaic it is possible to calculate the position and attitudes of the perspective center of the camera through the concepts of photogrammetry. The RPA usually navigate through the Global Navigation Satellite System (GNSS) associated with an Inertial Navigation System (INS). However, GNSS may have its accuracy degraded at any time as it is subject to the control of the owners of these systems, which may insert noises or even turn off their signal. In addition, there is the possibility of malicious interference, known as Jamming. Although the INS is an autonomous system, after some time of navigation this system loses accuracy, because the positioning is determined by the measurement of acceleration and rotations, accumulating errors with time. Therefore, the INS has its coordinates corrected from time to time by GNSS. In this case the GNSS / INS navigation system is dependent on GNSS. Therefore, the image navigation system can solve the autonomy problem, because if the GNSS is disabled or degraded, the image navigation system would continue to provide coordinate information for the INS, making the system autonomous. The accuracy information of the image positioning is also very important, since when the accuracy of the INS coordinate is smaller, than the accuracy obtained by image navigation, the INS will have its coordinates reset. In this work the influence of the relief, camera inclination, geometric distortions and the influence of SURF and RANSAC algorithms on the accuracy of the perspective center coordinates and attitudes angles of the camera were evaluated. With the applied methodology it was possible to verify average errors in the order of 0.5 meters in the positioning and 0.5° in the angle of attitudes of the camera. So the navigation through the image can reach values equal to or higher than the GNSS receivers without differential correction. Therefore, navigating through the image is a good alternative to enable autonomous navigation. |
| Link de acesso: |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/07.17.11.58
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Resumo: |
Este trabalho tem por objetivo avaliar a acurácia do cálculo do posicionamento e a orientação de Aeronaves Remotamente Pilotadas (ARP) usando conceitos de fotogrametria a partir de imagens geradas por câmaras embarcadas, visando à navegação aérea autônoma. Esse tipo de navegação pode ser utilizado como uma alternativa aos sistemas de navegação atualmente em uso na maioria das ARP. A técnica de navegação por imagens de casamento de padrão utiliza ortoimagens e Modelos Digitais de Superfície (MDS) como referência para representar o espaço objeto, ou seja, o terreno e imagens obtidas pela câmara embarcada no momento do voo. Assim durante o voo são obtidas fotografias, encontrando-se pontos homólogos entre a imagem e a ortoimagem é possível calcular a posição e ângulos de atitudes do centro perspectivo da câmara através dos conceitos de fotogrametria. As ARP usualmente navegam através do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) associado a um Sistema de Navegação Inercial (INS). No entanto, o GNSS pode ter sua acurácia degradada a qualquer momento, pois está sujeito ao controle dos proprietários destes sistemas, que podem inserir ruídos ou até mesmo desligar o seu sinal. Além disso, existe a possibilidade de interferências maliciosas, conhecidas pelo termo em inglês jamming. Apesar de o INS ser um sistema autônomo, após algum tempo de navegação este sistema perde acurácia, pois o posicionamento é determinado pela medição de aceleração e rotações, acumulando erros com o passar do tempo. Por isso, o INS tem suas coordenadas corrigidas pelo GNSS. Neste caso o sistema de navegação GNSS/INS é dependente do GNSS. Portanto o sistema de navegação por imagem pode resolver o problema de autonomia, pois caso o GNSS seja desabilitado ou degradado, o sistema de navegação por imagem continuaria fornecendo informação de coordenadas para o INS, viabilizando a autonomia do sistema. A informação da acurácia do posicionamento por imagem é muito importante, pois quando a acurácia da coordenada do INS for menor do que a acurácia obtida pela navegação por imagem, o INS terá suas coordenadas reinicializadas. Neste trabalho foram avaliadas a influência do relevo, inclinação da câmara, distorções geométricas e dos algoritmos SURF e RANSAC na acurácia das coordenadas do centro perspectivo e ângulos de atitudes da câmara. Com a metodologia aplicada foi possível verificar erros médios na ordem de 0,5 metros no posicionamento e 0,5° nos ângulos de atitudes da câmera. Assim verificou-se que a navegação através de imagens pode atingir valores iguais ou superiores aos receptores GNSS sem correção diferencial. Portanto, navegar por imagem é uma boa alternativa para possibilitar a navegação autônoma de RPA. |
