Coordinate measurement in multi-beam drone positioning system

Abstract

Представлено багатопроменеву оптико-електронна систему позиціонування дрона для автоматичного вимірювання координат. Система складається з двох частин. Перша частина цієї системи встановлюється навколо посадкової площадки або площадки доставки товарів. Вона формує набір низькоенергетичних оптичних пучків певної форми в тривимірному просторі. Кожен промінь передає цифровий код, який характеризує його розташування відносно даної площадки. Друга частина цієї системи – невеликий набір мініатюрних блоків фотоприймачів, які закріплюються під дроном. Описано методику, засновану на аналізі коду променя для розрахунку координат дрона відносно посадкової площадки. Також описано алгоритм дій при вимірюванні координат дрона. Предсталені частини програмного забезпечення, які реалізують описаний алгоритм. Запропонована система гарантує точність, необхідну для точного зльоту, посадки або доставки вантажів без використання дорогої цифрової камери або людини-оператора. Також обговорено переваги та можливості застосування цих датчиків. Наукова новизна полягає в новому підході до вимірювання координат дронів під час зльоту, посадки й доставки вантажів. Практичною цінністю є можливість виготовлення комерційних багатопроменевих оптико-електронних систем позиціонування з використанням рішень із експериментально випробуваного прототипу системи позиціонування. Ці рішення включають конструкцію блока випромінювання, апаратне та програмне забезпечення генерації сигналів для ІЧ-кодованих променів, конструкцію індикатора для вимірювання орієнтації та геометрії променів, математичний апарат і фрагменти коду, написані мовою програмування C. У майбутньому діяльність повинна бути зосереджена на розробленні комерційно доступних багатопроменевих оптико-електронних систем позиціонування, їх реалізації в звичайних операціях доставки вантажів, що здійснюються безпілотниками, включаючи розроблення програмного забезпечення для автоматичного зльоту, посадки й доставки вантажів на основі запропонованої методики вимірювання координат дрона.

The multi beam drone positioning system for automatic measurements of drone coordinates is presented. One part of this system is installed round a landing pad or a goods delivery pad. It forms a set of low-energy optical beams of definite shapes in three-dimensional space. Each beam transmits a digital code that characterizes its location relatively this pad. Second part of this system is a small set of miniature photodetector units that are fixed under a drone. The paper describes the technique based of the beam code analysis for calculation of drone coordinates relatively a landing pad. This system guarantees the accuracy that is necessary for accurate drone taking off, landing or goods delivery without usage of an expensive digital camera or a human operator. The advantages and possible applications of these sensors are also discussed.