Optische Navigationsverfahren in großskalierten Umgebungen

Abstract

Diese Arbeit betrachtet Alternativen zu satellitengestützter Navigation als Ergänzung zu gekoppeltem GNSS/INS. Vorgestellt wird ein optisch gestütztes Lokalisierungsverfahren für den Einsatz bei kleineren bzw. unbemannten Luftfahrzeugen in unbekannten Umgebungen und bei Flügen über größere Entfernungen im Kilometerbereich. Technischer Kern ist ein kamerabasiertes Verfahren zur Lokalisierung und Kartierung (SLAM). Hierbei werden aus Bildinhalten 3D-Geländemerkmale extrahiert. Durch Georeferenzierung aus vorhergehenden Positionsdaten können diese dann für die weitere Lokalisierung der Kamera und damit des Luftfahrzeugs verwendet werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit werden die Informationen der Kamerabilder mit Entfernungsmessungen kombiniert. Geeignet sind hier insbesondere Sensoren wie Lidar und Radar. Die Anwendbarkeit des Ansatzes wird anhand von Daten aus Flugversuchen demonstriert - gezeigt werden Flugversuche mit bemannten und unbemannten Versuchsträgern. Die relative optische Navigation erreicht eine Ungenauigkeit von etwa 1-6% Fehler bezogen auf die geflogene Strecke, was in etwa in der Größenordnung der verwendeten Entfernungssensoren liegt. Darüber hinaus geht der Artikel auf spezielle Probleme der Sensorik sowie auf die Grenzen der Anwendbarkeit optischer Navigationsverfahren mit Luftfahrzeugen ein.