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利用現(xiàn)有WiFi基礎(chǔ)設(shè)施的室內(nèi)MAV姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)

2020-04-13 09:25:08 編輯: 來源:
導(dǎo)讀 微型飛行器(MAVs)可以有許多有用的應(yīng)用,例如,幫助人類完成倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存或搜索和救援任務(wù)。盡管世界各地的許多公司已經(jīng)開始生產(chǎn)和使用小型飛行器,但其中一些飛行機(jī)器人仍有相當(dāng)大的局限性。 為了更有效地工作,小牛應(yīng)該有一個(gè)有效的姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)的支持。這是一個(gè)系統(tǒng)或方法,可以計(jì)算無人機(jī)的位置和姿態(tài),然后可以用來控制其飛行,調(diào)整其速度,并幫助其導(dǎo)航,而它是自主操作和遠(yuǎn)程控制。 華中科技大學(xué)的研究人員最近開發(fā)

微型飛行器(MAVs)可以有許多有用的應(yīng)用,例如,幫助人類完成倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存或搜索和救援任務(wù)。盡管世界各地的許多公司已經(jīng)開始生產(chǎn)和使用小型飛行器,但其中一些飛行機(jī)器人仍有相當(dāng)大的局限性。

為了更有效地工作,小牛應(yīng)該有一個(gè)有效的姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)的支持。這是一個(gè)系統(tǒng)或方法,可以計(jì)算無人機(jī)的位置和姿態(tài),然后可以用來控制其飛行,調(diào)整其速度,并幫助其導(dǎo)航,而它是自主操作和遠(yuǎn)程控制。

華中科技大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種用于室內(nèi)環(huán)境中小牛姿態(tài)估計(jì)的新系統(tǒng)。他們?cè)赼rXIv上預(yù)先發(fā)布的一篇論文中概述了他們的新方法,并將在IEEE工業(yè)電子學(xué)報(bào)上發(fā)表。該論文利用了現(xiàn)有的WiFi基礎(chǔ)設(shè)施,使小型敏捷無人機(jī)能夠進(jìn)行更有效的導(dǎo)航。

“在我們之前的工作中,我們證明了利用WiFi的本地化來校正機(jī)載慣性傳感器(IMU)漂移的可行性,”開展這項(xiàng)研究的研究人員之一張勝凱告訴TechXplore?!叭欢?,我們開發(fā)的技術(shù),被稱為CWISE,只適用于開放空間,沒有多徑衰落。在我們目前的研究中,我們進(jìn)一步推動(dòng)該方法來解決室內(nèi)環(huán)境中的多路徑問題,使我們提出的系統(tǒng)更加實(shí)用?!?/p>

張和他的同事進(jìn)行的這項(xiàng)新研究的主要目的是利用現(xiàn)成的WiFi基礎(chǔ)設(shè)施來估計(jì)小牛的6自由度姿態(tài)。與現(xiàn)有的基于計(jì)算機(jī)視覺的姿態(tài)估計(jì)技術(shù)相比,他們開發(fā)的系統(tǒng)不受視覺限制,這意味著它可以在不同的照明和環(huán)境條件下工作。

該系統(tǒng)利用了WiFi正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的許多子載波,而不是分析傳感器收集的視覺刺激。更具體地說,它使用這些信號(hào)來找出MAV和WiFi接入點(diǎn)之間的直接路徑的到達(dá)角(AoA),這些信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境中的許多反射。

張和他的同事們創(chuàng)建的這個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)主要組成部分:一個(gè)AoA估計(jì)算法和一個(gè)wifi -慣性傳感器融合模型。AoA估計(jì)算法是一種估計(jì)MAV姿態(tài),解算AoA進(jìn)行定位的計(jì)算方法。另一方面,wifi -慣性傳感器融合模型,結(jié)合估計(jì)的AoA和使用慣性傳感器收集的數(shù)據(jù)來優(yōu)化無人機(jī)的姿態(tài)。

張說:“眾所周知,角度可以通過三角測(cè)量來定位目標(biāo),但是不需要度量尺度?!薄傲硪环矫?,MAV的IMU提供了公制的姿態(tài),但受到時(shí)間漂移的影響。我們?nèi)诤狭薟iFi AoAs和慣性測(cè)量,兩全其利?!?/p>

與傳統(tǒng)的姿態(tài)估計(jì)技術(shù)相比,張和他的同事開發(fā)的系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。首先,它是輕量級(jí)的,可以立即部署在任何室內(nèi)環(huán)境覆蓋的WiFi網(wǎng)絡(luò)。此外,它在不同的照明和紋理?xiàng)l件下的工作空間表現(xiàn)良好。

這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了利用WiFi連接改善機(jī)器人感知和導(dǎo)航策略的潛力。在室內(nèi)環(huán)境的一系列實(shí)驗(yàn)中,新的姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)取得了顯著的效果,平均位置誤差為61.7cm,姿態(tài)誤差為0.92度。在未來,它可以用于增強(qiáng)MAV導(dǎo)航在倉(cāng)庫(kù),辦公室或其他室內(nèi)環(huán)境。

“目前,我們的wifi慣性姿態(tài)估計(jì)器的精度在分米級(jí),”張說。“我們想要改善這一點(diǎn)。同時(shí),WiFi本身也存在一定的局限性,如結(jié)構(gòu)堵塞、干擾等。我們相信,適當(dāng)?shù)貙⒁曈X傳感和無線傳感結(jié)合起來,可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健、更準(zhǔn)確的姿態(tài)估計(jì),從而產(chǎn)生更實(shí)用的自主機(jī)器人。”



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