Novo método para rastreamento dinâmico de alvos em ambientes sem GPS

Um estudo publicado em Engenharia apresenta um novo método de servo visual baseado em imagem (IBVS) para veículos aéreos não tripulados (UAVs) para rastrear alvos dinâmicos em ambientes sem GPS.

Intitulado “Rastreamento dinâmico de alvos de veículos aéreos não tripulados sob perturbações imprevisíveis”, o artigo de pesquisa apresenta uma abordagem abrangente que aborda os desafios de estimar velocidades alvo, estimativa de profundidade de imagem e estabilidade de rastreamento na presença de perturbações externas.

O método proposto utiliza uma câmera virtual construída para derivar dinâmicas de imagem simplificadas e desacopladas para UAVs subatuados. Ao considerar as incertezas causadas por rotações e velocidades imprevisíveis de alvos dinâmicos, os pesquisadores desenvolveram um modelo único de profundidade de imagem que estende o método IBVS para rastrear alvos rotativos com orientações arbitrárias. Este modelo garante rastreamento preciso dos recursos da imagem e trajetória suave do alvo giratório.

Para estimar as velocidades relativas entre o UAV e o alvo dinâmico, um observador de velocidade foi projetado. Este observador elimina a necessidade de medições de velocidade translacional e atenua a vibração de controle causada por medições contendo ruído. Além disso, foi introduzido um filtro integral para compensar perturbações ambientais imprevisíveis, aumentando assim a capacidade anti-perturbação do UAV.

A estabilidade do observador de velocidade e do controlador IBVS foi rigorosamente analisada utilizando o método Lyapunov. Simulações comparativas e experimentos de vários estágios foram conduzidos para ilustrar a estabilidade de rastreamento, capacidade anti-perturbação e robustez de rastreamento do método proposto com um alvo rotativo dinâmico.

As principais contribuições deste estudo incluem:

1. Novo modelo de profundidade de imagem: Os pesquisadores propuseram um modelo exclusivo de profundidade de imagem que estima com precisão a profundidade da imagem sem exigir informações de rotação do alvo rastreado. Este modelo permite a aplicação do controlador IBVS proposto para rastrear alvos rotativos dinâmicos com orientações arbitrárias.
2. Observador de velocidade: Um observador de velocidade dedicado foi projetado para estimar as velocidades relativas entre o UAV e o alvo dinâmico. Isso permite que o método proposto seja utilizado em ambientes sem GPS, ao mesmo tempo que atenua a vibração de controle causada por medições de velocidade contendo ruído.
3. Filtro de base integral: Um filtro de base integral foi desenvolvido para estimar e compensar perturbações imprevisíveis, incluindo a aceleração do alvo dinâmico e perturbações ambientais. Isto aumenta a capacidade do UAV de lidar com movimentos desconhecidos do alvo dinâmico e perturbações externas.

Em conclusão, este estudo apresenta um método IBVS dinâmico que melhora significativamente o desempenho de rastreamento de UAVs na presença de perturbações imprevisíveis. Ao utilizar um observador de velocidade, um novo modelo de profundidade de imagem e um filtro baseado em integral, o método proposto demonstra maior estabilidade de rastreamento, capacidade anti-perturbação e robustez.

A estabilidade do método foi minuciosamente analisada utilizando a teoria de Lyapunov, e simulações e experimentos foram realizados para verificar sua eficácia.

Fornecido pela Engenharia