NExt UAV: Positionierung in UAV/UGV Schwärmen mit low cost GNSS, INS und bildbasierten Verfahren für Explorationsaufgaben

Abstract

Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) als auch bodengebundene (Unmanned Ground Vehicle, UGV) immer mehr an Bedeutung. Sie können einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, potentielle Gefahren in Katastrophenszenarien für Rettungskräfte im Vorfeld zu analysieren und einzuschätzen, womit eine zeiteffiziente Planung von Rettungseinsätzen durchgeführt werden kann. Eine weitere Effizienzsteigerung ist durch den Einsatz von mehreren UAV/UGV in einem Verbund bzw. Schwarm zu erzielen. Hierfür ist sowohl die relative als auch die absolute Position einzelner Schwarmteilnehmer unverzichtbar. Die Position kann durch Satellitennavigationssysteme bestimmt werden, da diese Systeme unabhängig von möglicher zerstörter Infrastruktur zur (hochgenauen) Positionsbestimmung (Referenzstationen) am Boden ist. Dem Ansatz einer kooperativen Schwarmortung folgend, ist ein Austausch von Positionsinformationen zwischen den Schwarmteilnehmern unabdingbar. Hierfür werden die Messdaten zwischen den einzelnen Schwarmteilnehmer direkt oder indirekt mit Hilfe eines Ad-hoc-Netzwerkes ausgetauscht. Die so gewonnenen Daten können mit Hilfe eines kombinierten Positionierungsalgorithmus aus Stand-alone und Doppeldifferenz Verfahren ausgewertet werden. Vervollständigt wird das Gesamtsystem durch ein Inertialmesssystem (IMU) zur Bestimmung des vollständigen Zustandsvektors des einzelnen UAV/UGV und optischer Sensorik (Stereokamera). Für den Einsatz in Gebieten mit zu erwartenden stark degradierten bzw. nicht vorhandenen GNSS Messungen (urbane Szenarien) soll ein Fault Detection and Exclusion Verfahren basierend auf IMU/GNSS Filterbanken implementiert werden. Dieses Verfahren erlaubt fehlerbehaftete GNSS Messungen zu detektieren und von der weiteren Prozessierung auszuschließen. Insbesondere in urbanen Szenarien oder beim Einflug in Gebäude ist eine GNSS-unabhängige Stützgröße für die Inertialmesseinheit erforderlich. Hierfür können Informationen der optischen Sensorik genutzt werden. Darüber hinaus können die Bildinformationen dazu verwandt werden, Karten von dem zu untersuchenden Gebiet zu erstellen.