Navegación y Mapeo basado en Visión para Vehículos Aéreos no Tripulados en entornos negados de GPS

Abstract

En esta tesis se propone un nuevo sistema de SLAM monocular con aplicacion a Vehculos Aereos no Tripulados (VANTs). El metodo propuesto esta destinado a ser util para realizar navegacion basada en vision en entornos completamente negados de GPS o como un sistema de respaldo en perodos en los que la se~nal GPS no esta disponible. Un sistema de navegacion tpico para un VANT se basa generalmente en localizacion satelital (GPS) para realizar la estimacion de posicion. Sin embargo, para varios tipos de aplicaciones, la precision del GPS es inapropiada o incluso su se~nal puede no estar disponible. En este contexto, y debido a su exibilidad, los metodos de localizacion y mapeo simultaneo monocular (SLAM-monocular), se han convertido en una buena alternativa para implementar sistemas de navegacion basados en vision para VANTs que deben operar en entornos negados de se~nal de GPS. Por otro lado, uno de los desafos mas importantes que conlleva el uso de la vision monocular, es la dicultad para recuperar la escala metrica del mundo. Con el n de abordar esta problematica, la observabilidad de la escala metrica se ha investigado mediante un analisis de observabilidad no lineal. A partir de este analisis, se encontraron dos condiciones de suciencia: i) La escala metrica puede ser observable si se incluyen mediciones de altitud en el sistema y hay un movimiento del vehculo a lo largo del eje vertical. ii) La escala metrica puede ser observable si se dispone de la medicion de la profundidad de una unica caracterstica del mapa. Con base en los hallazgos teoricos, se propone una tecnica para determinar la profundidad aproximada de las caractersticas visuales obtenidas a partir de las mediciones de un telemetro ultrasonico. Adicionalmente, se propone actualizar la altitud del VANT a partir de las mediciones de presion obtenidas de un barometro. Diversos experimentos realizados mediante simulaciones por computadora y tambien mediante datos reales, obtenidos de un VANT, se presentan con el n de validar el desempe~no de la propuesta. Los resultados experimentales conrman los hallazgos teoricos y muestran que el metodo propuesto permite que la escala metrica real sea recuperada utilizando unicamente los sensores de a bordo de bajo costo. En este caso, el metodo propuesto permite recuperar la trayectoria de vuelo del VANT as como un mapa de su entorno, sin necesidad utilizar datos geo-referenciados de un GPS.