Autonomous localization of multiple ionizing radiation sources using miniature single-layer Compton cameras onboard a group of micro aerial vehicles

要約

この論文では、超小型航空機 (MAV) のグループを使用して複数のガンマ線源の自律位置を特定するための新しい方法を紹介します。
この方法では、非常に軽量 (44 g) のコンプトン カメラ MiniPIX TPX3 を使用します。
検出器のコンパクトなサイズにより、安全かつ機敏な小型無人航空機 (UAV) への搭載が可能になります。
提案された放射線マッピング手法は、複数の分散型コンプトン カメラ センサーからの測定値を融合して、複数の放射線源の位置をリアルタイムで正確に推定します。
一般に使用される強度ベースの検出器とは異なり、コンプトン カメラは、単一の電離粒子から放射線源に向かう可能性のある一連の方向を再構成します。
したがって、提案されたアプローチは、より長い測定を必要とする放射線場の勾配や等高線を推定することなく、放射線源の位置を特定することができます。
瞬時の推定により、機動性の高い MAV の可能性を最大限に活用できます。
放射線マッピング手法は、放射線源の位置推定の品質を向上させ、対象領域をより迅速に探索するために、MAV の今後の動作を調整するアクティブ探索戦略と組み合わされます。
提案されたソリューションは、複数のセシウム 137 放射線源を使用したシミュレーションと実際の実験で評価されます。

要約(オリジナル)

A novel method for autonomous localization of multiple sources of gamma radiation using a group of Micro Aerial Vehicles (MAVs) is presented in this paper. The method utilizes an extremely lightweight (44 g) Compton camera MiniPIX TPX3. The compact size of the detector allows for deployment onboard safe and agile small-scale Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The proposed radiation mapping approach fuses measurements from multiple distributed Compton camera sensors to accurately estimate the positions of multiple radioactive sources in real time. Unlike commonly used intensity-based detectors, the Compton camera reconstructs the set of possible directions towards a radiation source from just a single ionizing particle. Therefore, the proposed approach can localize radiation sources without having to estimate the gradient of a radiation field or contour lines, which require longer measurements. The instant estimation is able to fully exploit the potential of highly mobile MAVs. The radiation mapping method is combined with an active search strategy, which coordinates the future actions of the MAVs in order to improve the quality of the estimate of the sources’ positions, as well as to explore the area of interest faster. The proposed solution is evaluated in simulation and real world experiments with multiple Cesium-137 radiation sources.

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