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A Hybrid CRBP-VMP Cooperative Positioning Algorithm for Distributed Multi-UAVs Um algoritmo de posicionamento cooperativo híbrido CRBP-VMP para multi-UAVs distribuídos

Lu LU, Guangxia LI, Tianwei LIU, Siming LI, Shiwei TIAN

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Resumo:

As informações de posicionamento desempenham um papel significativo em aplicações de veículos aéreos não tripulados (UAVs). Tradicionalmente, as informações de posicionamento são amplamente fornecidas pelo Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) devido ao seu bom desempenho e cobertura global. No entanto, devido ao ambiente de voo complicado ou ao bloqueio do sinal, interferências e interferências não intencionais, os UAV podem não conseguir localizar-se utilizando apenas o GNSS. Como um novo método para resolver estes problemas, o posicionamento cooperativo, ao incorporar medições de alcance peer-to-peer e informações assistidas, tem atraído cada vez mais atenções devido à sua capacidade de aumentar a precisão e a disponibilidade do posicionamento. No entanto, alcançar um bom desempenho de posicionamento cooperativo de multi-UAVs é um desafio devido à sua mobilidade, evolução de estado não linear arbitrária, modelos de medição e recursos limitados de computação e comunicação. Neste artigo, apresentamos uma metodologia de representação de gráfico fatorial (FG) e passagem de mensagens para resolver problemas de posicionamento cooperativo entre UAVs em ambiente tridimensional onde o GNSS não pode fornecer serviços. Além disso, para lidar com os modelos de medição e evolução de estado não linear e, ao mesmo tempo, diminuir a complexidade computacional e o custo de comunicação, desenvolvemos um algoritmo distribuído para UAVs dinâmicos e híbridos por meio do método de Regras de Cubatura Esférica-Radial (CR) com propagação de crenças (BP) e métodos variacionais de passagem de mensagens (VMP) (CRBP-VMP) no FG. O CRBP proposto lida com modelos de evolução de estado altamente não lineares e distribuições não gaussianas, o método VMP é empregado para alcance de mensagens, obtém uma representação de mensagens mais simples e pode reduzir o custo de comunicação no problema de estimativa conjunta. Os resultados da simulação demonstram que a maior precisão de posicionamento, a melhor convergência, bem como a baixa complexidade computacional e custo de comunicação do algoritmo CRBP-VMP proposto, que pode ser alcançado em comparação com o algoritmo de produto de soma em uma rede sem fio (SPAWN) e o tradicional Cubature Kalman Método de filtros (CKF).

Publicação
IEICE TRANSACTIONS on Communications Vol.E102-B No.10 pp.1933-1940
Data de publicação
2019/10/01
Publicitada
2019/04/26
ISSN online
1745-1345
DOI
10.1587/transcom.2018DRP0004
Tipo de Manuscrito
Special Section PAPER (Special Section on Exploring Drone for Mobile Sensing, Coverage and Communications: Theory and Applications)
Categoria

autores

Lu LU
  Army Engineering University,Test and Assessment Research Center of China Satellite Navigation Office (TARC-CSNO)
Guangxia LI
  Army Engineering University
Tianwei LIU
  Army Engineering University
Siming LI
  Army Engineering University
Shiwei TIAN
  Army Engineering University

Palavra-chave