High-Speed Interception Multicopter Control by Image-based Visual Servoing

要約

近年、公共の安全を脅かす違法ドローンの報告が増加しています。
完全自律型ドローンの侵入には、無線周波数干渉や GPS シールドなどの従来の方法は失敗する可能性があります。
この論文では、ストラップダウンカメラを備えた自律型マルチコプターを使用して、操縦中の侵入者 UAV を迎撃するスキームを提案します。
迎撃マルチコプターは、空中を高速で移動する侵入者を自律的に検知し迎撃することができます。
ストラップダウンカメラは、電気光学ポッドの複雑な機械構造を回避し、迎撃マルチコプターをコンパクトにします。
ただし、カメラとマルチコプターの動作が連動しているため、迎撃任務は困難になります。
この問題を解決するために、傍受を高速かつ正確にする Image-Based Visual Servoing (IBVS) コントローラーが提案されています。
次に、高速シナリオでの姿勢変化に対するセンサーイメージングと画像処理の時間遅延に応じて、遅延カルマンフィルター (DKF) オブザーバーを一般化して、現在の画像位置を予測し、更新頻度を高めます。
最後に、ハードウェアインザループ (HITL) シミュレーションと屋外飛行実験により、この方法の迎撃精度と成功率が高いことが検証されました。
飛行実験では終端速度20m/sの高速迎撃を実現した。

要約(オリジナル)

In recent years, reports of illegal drones threatening public safety have increased. For the invasion of fully autonomous drones, traditional methods such as radio frequency interference and GPS shielding may fail. This paper proposes a scheme that uses an autonomous multicopter with a strapdown camera to intercept a maneuvering intruder UAV. The interceptor multicopter can autonomously detect and intercept intruders moving at high speed in the air. The strapdown camera avoids the complex mechanical structure of the electro-optical pod, making the interceptor multicopter compact. However, the coupling of the camera and multicopter motion makes interception tasks difficult. To solve this problem, an Image-Based Visual Servoing (IBVS) controller is proposed to make the interception fast and accurate. Then, in response to the time delay of sensor imaging and image processing relative to attitude changes in high-speed scenarios, a Delayed Kalman Filter (DKF) observer is generalized to predict the current image position and increase the update frequency. Finally, Hardware-in-the-Loop (HITL) simulations and outdoor flight experiments verify that this method has a high interception accuracy and success rate. In the flight experiments, a high-speed interception is achieved with a terminal speed of 20 m/s.

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