Método de localização de alvos terrestres por drones usando observação monocular

XIA Xiaohua ,  

ZHOU Yanru ,  

MA Xinzhe ,  

CAO Bin ,  

XIE Jichen ,  

摘要

Diante do problema das metodologias tradicionais de localização de alvos terrestres por visão monocular de drones que dependem de informações prévias do alvo ou do cenário e apresentam baixa precisão de localização, é proposta uma metodologia precisa para localização de alvos terrestres por drones utilizando no máximo dois pontos de observação. Primeiramente, foram considerados fatores que afetam a precisão da localização, tais como variações na pose do drone e na atitude do gimbal, o deslocamento do centro de rotação do gimbal em relação ao centro de gravidade do drone e o deslocamento do centro óptico do sistema de imagem em relação ao centro de rotação do gimbal, estabelecendo-se um modelo de projeção do alvo terrestre no sistema de coordenadas geográficas da plataforma aérea, o que aprimora a generalidade do modelo para a observação de alvos terrestres pelo drone; em seguida, conforme a planaridade do terreno, foram projetados algoritmos de localização de alvos terrestres com ponto de observação único e duplo, resolvendo eficientemente as coordenadas do alvo por meio da construção de equações geométricas. Tomando como exemplo o drone Phantom 4-RTK, por meio de simulação de Monte Carlo e experimentos reais, foram analisados os fatores que influenciam a precisão da localização de alvos e seus efeitos, comprovando a eficácia do método proposto. Os resultados das simulações indicam que a máxima precisão de localização de alvos terrestres com o drone Phantom 4-RTK pode alcançar o nível decimétrico; a precisão na medição da altitude e do ângulo de orientação do gimbal são os principais fatores que afetam o erro de localização; e a estabilidade da localização é garantida quando o ângulo de interseção entre dois pontos de observação e o alvo é superior a 60°; os resultados experimentais mostram que, quando a altitude do drone em relação ao solo é de 10 a 20 m, o erro de localização com um ponto de observação em terreno plano é de 0,34 m, reduzindo o erro em 60% em comparação com os métodos existentes, e o erro de localização com dois pontos de observação em terreno não plano é de 0,47 m, reduzindo o erro em 92,27% em comparação com os métodos atuais. O método proposto permite a localização precisa dos alvos em terrenos planos e não planos, apresentando boas perspectivas de aplicação.

关键词

drone;localização de alvos;visão monocular;dois pontos de observação

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