GyroCopter: Differential Bearing Measuring Trajectory Planner for Tracking and Localizing Radio Frequency Sources

要約

自律型航空機は、野生動物の保護から捜索救助活動に至るまで、無線周波数 (RF) 発生源の追跡と問題の位置特定に効率的かつ効果的なソリューションを提供できます。
単一のアンテナと受信機のセンサー システム構成を備えた既存の軽量、低コスト、方位測定ベースの方法では、その場で回転する必要があり、測定値の取得にかなりの時間がかかり、検索可能なエリアと測定数が制限されます。
私たちはこのタスクにジャイロコプターを提案します。
私たちのアプローチは、マルチローター無人航空機 (UAV) の軌道を計画しながら、UAV の飛行力学を利用して一定の回転運動を実行し、RF ソースを追跡するための「疑似方位」測定値を導き出します。
回転ベースの擬似軸受アプローチは、i) 現場回転軸受に関連する制限を大幅に軽減します。
ii) 信号強度測定取得ハードウェアのシンプルさ、手頃な価格、軽量の性質を利用して方位を推定します。
この方法は、シンプルさ、軽量さ、費用対効果を維持するために追加のハードウェアの必要性を排除することで、他の疑似ベアリングのアプローチとは異なります。
私たちのアプローチを検証するために、最適な回転速度を導き出し、ジャイロコプターを使用して広範なシミュレーションとフィールドミッションを実施して、複数の RF ソースを追跡および位置特定しました。
この結果は、私たちの方法の有効性を裏付けており、RF ソース位置特定タスクの実用的かつ迅速なソリューションとしての可能性を強調しています。

要約(オリジナル)

Autonomous aerial vehicles can provide efficient and effective solutions for radio frequency (RF) source tracking and localizing problems with applications ranging from wildlife conservation to search and rescue operations. Existing lightweight, low-cost, bearing measurements-based methods with a single antenna-receiver sensor system configurations necessitate in situ rotations, leading to substantial measurement acquisition times restricting searchable areas and number of measurements. We propose a GyroCopter for the task. Our approach plans the trajectory of a multi-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) whilst utilizing UAV flight dynamics to execute a constant gyration motion to derive ‘pseudo-bearing’ measurements to track RF sources. The gyration-based pseudo-bearing approach: i) significantly reduces the limitations associated with in situ rotation bearing; while ii) capitalizing on the simplicity, affordability, and lightweight nature of signal strength measurement acquisition hardware to estimate bearings. This method distinguishes itself from other pseudo-bearing approaches by eliminating the need for additional hardware to maintain simplicity, lightweightness and cost-effectiveness. To validate our approach, we derived the optimal rotation speed and conducted extensive simulations and field missions with our GyroCopter to track and localize multiple RF sources. The results confirm the effectiveness of our method, highlighting its potential as a practical and rapid solution for RF source localization tasks.

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