Quadrotor Guidance for Window Traversal: A Bearings-Only Approach

要約

この論文は、クアッドローター無人航空機 (UAV) のためのベアリングのみの測定ベースの 3 次元ウィンドウ横断誘導方法の開発に焦点を当てています。
クワローターの望ましい飛行経路と進行角は、ウィンドウの 4 つの頂点の方位角情報の関数として提案されます。
これらの角度ガイダンス入力では、方位角の二等分線項と楕円形の成形角項を使用し、クアッドローターをウィンドウの重心に向けます。
結果として得られる運動学の詳細な安定性解析により、すべてのクアローター軌道がウィンドウ平面に垂直な方向に沿ってウィンドウの重心につながることが実証されています。
既存のトラバーサル手法と定性的に比較すると、情報の性質、ガイダンス コマンドを生成するための計算、およびトラバーサル パスの再計画の柔軟性に関して、提案されたガイダンス アプローチの優位性が示されます。
6 自由度クアローター モデルを考慮した現実的なシミュレーションとモンテカルロ研究により、提案されたガイダンス ソリューションの有効性、精度、堅牢性が検証されます。
代表的な飛行検証試験は、屋内モーション キャプチャ システムを使用して実行されます。

要約(オリジナル)

This paper focuses on developing a bearings-only measurement-based three-dimensional window traversal guidance method for quadrotor Uninhabitated Aerial Vehicles (UAVs). The desired flight path and heading angles of the quadrotor are proposed as functions of the bearing angle information of the four vertices of the window. These angular guidance inputs employ a bearing angle bisector term and an elliptic shaping angle term, which directs the quadrotor towards the centroid of the window. Detailed stability analysis of the resulting kinematics demonstrates that all quadrotor trajectories lead to the centroid of the window along a direction which is normal to the window plane. A qualitative comparison with existing traversal methodologies showcases the superiority of the proposed guidance approach with regard to the nature of information, computations for generating the guidance commands, and flexibility of replanning the traversal path. Realistic simulations considering six degree-of-freedom quadrotor model and Monte Carlo studies validate the effectiveness, accuracy, and robustness of the proposed guidance solution. Representative flight validation trials are carried out using an indoor motion capture system.

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