3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras

Abstract

Este trabajo propone el uso de un sistema híbrido de posicionamiento acústico y óptico en interiores para el posicionamiento 3D preciso de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). El módulo acústico de este sistema se basa en un esquema de Acceso Múltiple por División de Código de Tiempo (T-CDMA), en el que la emisión secuencial de cinco códigos ultrasónicos de espectro amplio se realiza para calcular la posición horizontal del vehículo siguiendo un procedimiento de multilateración 2D. El módulo óptico se basa en una cámara de Tiempo de Vuelo (TOF) que proporciona una estimación inicial de la altura del vehículo. A continuación se propone un algoritmo recursivo programado en un ordenador externo para refinar la posición estimada. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto puede aumentar la precisión de un sistema exclusivamente acústico en un 70-80% en términos de error cuadrático medio de posicionamiento.

This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.