Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/17180
Title: | 3D-Localization of on Unmanned Aerial Vehicle Based on Combination of Inertial Motion, GPS and Vision Information |
Other Titles: | การระบุตำแหน่งในสามมิติของอากาศยานไร้คนขับด้วยการประมวลผลข้อมูลร่วมของการเคลื่อนที่ จีพีเอส และภาพ |
Authors: | Pruittikorn smithmaitrie Thanabadee Bulunseechart Faculty of Engineering Mechanical Engineering คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล |
Keywords: | Drone aircraft Data processing |
Issue Date: | 2018 |
Publisher: | Prince of Songkla University |
Abstract: | Unmanned aerial vehicles (UAVs) have been developed to replace human operation in complex and hazardous environments. Continuity of a UAV operation when GPS is degraded or denied is crucial in many applications such as flying near high buildings and trees, or flying outdoor- to-indoor. The state estimation is used to determine the UAV position and other states from the sensors fusion algorithm. In order to estimate position of an UAV which is a nonlinear dynamic system, accuracy, fast response and less computational burden are important requirements. In the first part, this thesis compares performance of three state estimation algorithms: inertial navigation, robot localization and Ethzasl MSF frameworks. They are implemented on ROS (Robot Operating System) to control the same UAV platform. In the experiment, GPS measurement is referred as absolute ground position for short and long flight dataset. Then, the state estimators are investigated in term of accuracy, speed and computational burden. The experimental results show that Ethzasl MSF framework has outperformed good estimation response, acceptable accuracy and reasonable computational burden. Moreover, its flexibility allows users to add other sensory information for complex scenarios. In second part, an algorithm for 3D-localization during transition between indoor and outdoor environments for a UAV is presented. Localization inputs are based on information from GPS, inertial measurement unit (IMU), monocular camera and optical flow sensor. The information is carefully selected corresponding to the operating environment regarding the GPS quality indicator which based on GPS gradient of variance. After that, the proposed smoothing offset approach is employed to smooth the position estimation. The selected sensor data are filtered by indirect extended Kalman filter for localization and extrinsic sensor calibration in real-time. The results show, the proposed smoothing offset generates a seamless and reasonable flight trajectory of UAV for indoor-outdoor transition. Moreover, the method of decision-making to cutoff GPS measurement even when it experiences poor signal quality can still outperform conventional GPS-based cutoff method in terms of response time. |
Abstract(Thai): | อากาศยานไร้คนขับ หรือยูเอวี ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อทดแทนการปฏิบัติงานของมนุษย์ใน สถานที่ซับซ้อน และเสี่ยงภัย ในหลายๆงานที่จําเป็นต้องปฏิบัติการใกล้บริเวณตึกสูง หรือในบริเวณซึ่ง เป็นเหตุให้สัญญาณจีพีเอสถูกรบกวนขาดความต่อเนื่อง หรือไม่สามารถระบุตําแหน่งได้ งานวิจัยนี้จึง ใช้วิธีผสมข้อมูลจากตัวตรวจวัดหลายชนิดเพื่อประมาณตําแหน่งของยูเอวี ปัจจัยสําคัญในการประมาณตําแหน่งของยูเอวีที่มีสมการระบบแบบไม่เชิงเส้นได้แก่ ความ แม่นยํา การตอบสนองที่รวดเร็ว และใช้ภาระการคํานวณน้อย ในส่วนแรกของงานวิจัยได้เปรียบเทียบ ประสิทธิภาพของ ซอร์ฟแวร์ตัวประมาณสถานะสามชนิด คือ inertial navigation, robot localization และ Ethzast MSF ทั้งสามระเบียบวิธีทํางานบนระบบปฏิบัติการหุ่นยนต์ (Robot Operating System, ROS) บนยูเอวีลําเดียวกัน การทดสอบบินแบบระยะทางสั้นและยาวใช้ตําแหน่ง จากจีพีเอสเป็นค่าอ้างอิง จากนั้นระเบียบวิธีทั้งสามถูกตรวจวัดและเปรียบเทียบในแง่ของ ความ แม่นยํา ความเร็วในการประมาณตําแหน่ง และภาระในการคํานวณ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า Ethzast MSF มีประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในแง่ของความเร็วในการประมาณตําแหน่ง และมีความแม่นยํา กับภาระในการคํานวณในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ ยิ่งไปกว่านั้นยังง่ายต่อการเพิ่มตัวตรวจวัดเพื่อเพิ่มเติม ข้อมูลประมาณตําแหน่งในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน ในส่วนที่สอง ระเบียบวิธีสําหรับระบุตําแหน่งในสามมิติในขณะที่มีการเปลี่ยนผ่าน สภาพแวดล้อมระหว่างภายในและภายนอกอาคาร ได้ถูกนําเสนอด้วยการใช้ตัวตรวจวัดหลายชนิด ได้แก่ จีพีเอส ตัวตรวจวัดความเฉื่อย (inertial measurement unit) กล้องตาเดียว และ optical flow sensor ซึ่งถูกเลือกใช้จากเงื่อนไขของสภาพแวดล้อมตามการเปลี่ยนแปลงของความแปรปรวน ของจีพีเอสโดยใช้ระเบียบวิธี GPS quality indicator จากนั้นระเบียบวิธี smoothing offset ได้ถูก นํามาใช้เพื่อปรับปรุงค่าการประมาณตําแหน่งให้ต่อเนื่องและมีแนววิถีที่เหมาะสมกับสภาวะ ข้อมูล จากตัวตรวจวัดที่ถูกเลือก ถูกกรองโดยใช้ indirect extended Kalman filter เพื่อระบุตําแหน่ง และ ปรับเทียบตัวตรวจวัด ผลการทดลองได้แสดงให้เห็นว่า การระบุตําแหน่งของยูเอวี มีความต่อเนื่องใน การปฏิบัติการระหว่างภายในและภายนอกอาคาร ยิ่งไปกว่านั้น ระเบียบวิธีในการคัดเลือกข้อมูลยัง สามารถเลือกใช้ข้อมูลจีพีเอสได้รวดเร็วกว่าการระเบียบวิธีการตัดการทํางานจีพีเอสแบบทั่วไป |
Description: | Thesis (M.Eng., Mechanical Engineering)--Prince of Songkla University, 2018 |
URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/17180 |
Appears in Collections: | 215 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
434755.pdf | 9.85 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License