Lokalizace bezpilotní helikoptéry v neznámém prostředí pomocí palubních senzorů

Abstract

Tato práce se zabývá onboard lokalizací bezpilotního letounu bez přístupu k službám globálních navigačhních systémů. Hlavní cíl této práce spočívá v návrhu a implementaci metody pro simultánní lokalizaci a mapování, která využívá laserové skeny z rotačního laserového dálkoměru k odhadování pozice letounu. Byla implementována technika pro odhadování posunutí a rotace mezi dvěma laserovými skeny pomocí zarovnání korespondujících měření ze zmíněných laserových skenů. Navržené řešení zahrnuje fúzi odhadu pozice z inercialní měřicí jednotky, relativní posunutí získané ze zarovnání po sobě jdoucích skenů a absolutní pozice získané ze zarovnání laserových skenů do postupně stavěné mapy. Fúzovaný odhad pozice uzavírá vnější zpětnovazební smyčku prediktivního řízení. Vyvinutý systém je nejprve posouzen v simulaci a poté jsou jeho schopnosti předvedeny na sadě hardwarových experimentů s reálným dronem.

This thesis is concerned with onboard localization of an unmanned aerial vehicle without the access to global navigation satellite system services. The central focus of this work lies in design and implementation of simultaneous localization and mapping method that uses laser scans from a rotating laser rangefinder to estimate the position of the vehicle. A scan matching technique was implemented to estimate the displacement and rotation between two laser scans by aligning corresponding measurements from the two scans. The proposed solution involves fusion of position estimate from the inertial measurement unit, the relative displacement obtained by aligning successive laser scans, and the absolute position obtained by aligning laser scans into the gradually built map. The fused position estimate closes the outer feedback loop of the model predictive control. The developed system is first evaluated in simulations, and then its capabilities are demonstrated on a set of hardware experiments with a real drone.