A cooperative navigation system with distributed architecture for multiple unmanned aerial vehicles

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Basso, Maik
• Orientador(a): Freitas, Edison Pignaton de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Veículo aéreo não tripulado; Sistemas de navegação (Veículos); Mapeamento digital
• Palavras-chave em Inglês: Multi-UAVs applications; Cooperative navigation systems; 3D occupancy grid maps; 3D mapping; Map sharing; 3D map merging
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/241876

Os veículos aéreos não tripulados (VANTs) têm sidoamplamenteutilizados em muitas aplicações devido, entre outrosrecursos,à sua versatilidade, custo de operação e tamanho reduzidos. Essas aplicações exigem cadavez mais que recursos relacionados à navegaçãoautônoma sejam empregados,como o mapeamento. No entanto, acapacidade reduzida de recursos como, por exemplo, bateria e hardware (memória e capacidade de processamento) podem atrapalhar o desenvolvimento dessas aplicações em VANTs.Assim, o uso colaborativo de múltiplosVANTs para mapeamento pode ser utilizado como uma alternativa para resolvereste problema, criando um sistema de navegaçãocooperativo. Estesistema requer que mapas locais individuais sejam transmitidos efundidos em um mapa global de forma distribuída.Nesse cenário, há doisproblemas principais aserem abordados:a transmissão dosmapas entre os VANTs e afusão dos mapas locais em cada VANT. Nestecontexto, estatese apresentao projeto, desenvolvimento e avaliaçãode um sistema de navegação cooperativo com arquitetura distribuída para ser utilizado pormúltiplos VANTs. Este sistemausa estruturas propostas para armazenaros mapasdegradedeocupação 3D. Além disso, os mapas são compactados e transmitidos entre os VANTs usando os algoritmos propostos. Em seguida, os mapas 3D locais são fundidos em cada VANT. Neste sistemade fusão de mapas, os mapas são processados antes e juntados em pares usando algunsalgoritmos adequados para torná-los compatíveiscom os dados dos mapas da grade de ocupação 3D. Além disso, as propriedadesde orientação dos pontoschave são obtidas a partir de gradientes de campos potenciais. Alguns filtros propostos são utilizadospara melhorar as indicações dos parâmetros dastransformações entre mapas. Paravalidar a aplicação proposta, foram realizadas simulações em seis ambientes distintos, externos e internos, e com características construtivas distintas. Os resultados apresentados demonstram a efetividade do sistema na construção, compartilhamento e fusão dos mapas. Ainda, a partir dos resultados obtidos, destaca-se a extrema complexidade dos sistemas de fusão de mapas.