Occlusion-Aware Ground Target Tracking by a Dubins Vehicle Using Visibility Volumes

要約

このペーパーでは、POIを閉塞する可能性のある都市環境を通じて、視線（LOS）センサーを使用してデュビン車としてモデル化された、非白黒の航空車両（UAV）を使用して、地上の既知の軌道に沿って地面の既知の軌跡に沿って移動するという問題を検討します。
可視性ボリューム（VV）は、特定のPOI位置の感知制約の時変、3次元表現をエンコードします。
次に、一定の高度、翻訳、および半径方向の時間変化の円形軌道軌道を、POI位置に中心にある動的に変化するVV内に刻まれます。
時変VVは、連続した視認性ボリュームの体積変化を指定された速度以下に制限する適応型メトリックを使用して、POIの軌跡に沿って静的VVを配置することにより近似されます。
時間変化の円形スタンドオフ軌道は、デュビン車で実行可能であることが証明されており、静的VV内の線形補間円軌道の区分的セットで近似されています。
UAVを駆動するステアリングコントローラーが派生しており、時変のスタンドオフ軌道に収束します。
数値シミュレーションと飛行試験は、提案されたアプローチを示しています。

要約(オリジナル)

This paper considers the problem of tracking a point of interest (POI) moving along a known trajectory on the ground with an uncrewed aerial vehicle (UAV) modeled as a Dubins vehicle using a line-of-sight (LOS) sensor through an urban environment that may occlude the POI. A visibility volume (VV) encodes a time-varying, three-dimensional representation of the sensing constraints for a particular POI position. A constant-altitude, translating, and radially time-varying circular standoff orbit is then inscribed within the dynamically changing VV centered at the POI position. The time-varying VV is approximated by placing static VVs along the POI’s trajectory using an adaptive metric that restricts the volume change of consecutive visibility volumes to below a specified rate. The time-varying circular standoff orbit is proven to be feasible for a Dubins vehicle and is approximated with a piecewise set of linearly interpolated circular orbits inside the static VVs. A steering controller is derived that drives the UAV to converge to the time-varying standoff orbit. Numerical simulations and a flight test illustrate the proposed approach.

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