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DRONING - Towards the next generation of self-localization and orientation of micro drones

Applicant Skaloud Jan
Number 182072
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Laboratoire de Topométrie EPFL - ENAC - INTER - TOPO
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Other disciplines of Engineering Sciences
Start/End 01.04.2019 - 30.09.2022
Approved amount 310'039.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Other disciplines of Engineering Sciences
Other disciplines of Earth Sciences

Keywords (11)

Localisation; Autonomous ; Estimation; Navigation; Safety; Stochastic; Modeling; Inertial; Interoceptive; Drones; UAV

Lay Summary (French)

Lead
Alors que l'expansion des applications de drones semble se développer sans limites, leur mise en œuvre est conditionnée par la sécurité opérationnelle. À cela s’ajoute la capacité du drone à maintenir sa trajectoire prévue quelles que soient les perturbations des signaux reçus via l’autonomie de navigation. À une époque où la navigation par drones repose principalement sur le positionnement par satellite (GPS, par exemple), la fragilité de la réception du signal satellite pose de graves problèmes de sécurité. Par conséquent, la proposition de plans de secours reposant principalement sur la détection optique est en hausse. Néanmoins, une visibilité, une résolution ou une texture de surface limitées, ainsi que le besoin de capteurs supplémentaires qui augmentent la charge utile et la complexité de traitement, limitent ces approches pour un usage spécifique plutôt que général.
Lay summary

Notre objectif principal est de proposer un moyen novateur et prometteur d’améliorer l’autosuffisance en matière de navigation de manière efficace et sans capteurs supplémentaires. Ces enquêtes vont à l’encontre des systèmes de navigation intégrés basés sur la modélisation cinématique, connus et déployés depuis des décennies dans les systèmes aériens, puis plus tard sur drones. Nous proposons de remplacer le cœur du système basé sur la détection inertielle par celui issu de la connaissance de l’aérodynamique des véhicules et des commandes du pilote automatique. Nous nous efforçons également de généraliser son utilisation sur différents types de drones de manière à améliorer de 10 à100 fois la qualité de la navigation.

Nos travaux quantifieront l’influence de ce concept sur l’amélioration de la qualité de la navigation ainsi que de son intégrité (c’est-à-dire sa capacité à déterminer elle-même l'exactitude de la localisation autonome obtenue) et donc sa sécurité opérationnelle. Les résultats conduiront à l’emploi possible de drones au-de là du champ de vision pour la surveillance de l’environnement et des infrastructures critiques sans compromettre la sécurité opérationnelle.

Direct link to Lay Summary Last update: 26.03.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

While the expansion of drone applications seems to grow without boundaries, their implementation is conditioned by operational safety. Related to that is the drone ability to maintain its intended trajectory irrespective to the disturbances in received signals through navigation autonomy. This research addresses scientific questions related to self-localization capability and thus navigation safety of micro-aerial-vehicles that is one of the main hurdles for accepting operation of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in GPS-denied conditions without exteroceptive dependencies (e.g. other active/passive sensors depending on the light or other electromagnetic emissions). The planned investigations aims to generalized and further develop a novel approach based on the concept proposed by the applicant into the operational environment of light-weight drones of conventional and less-convectional shapes; enhancing substantially (10 fold or more) their real-time navigation capability as well as navigation integrity in areas without or with sporadic satellite-positioning (e.g. under canopy, natural corridors, or during period(s) of radio-frequency interference or around urban/natural obstacles). The advantages of the investigated concept will be exploited also in a nominal scenario (i.e. with satellite positioning) for reaching precise orientation (~0.01 deg level) of lightweight remote sensing devices on board, solving the current limitations in data acquisition and geo-referencing of point/line sensors or frame-sensors over surfaces lacking heterogeneous texture (e.g. high vegetation, snow, ice).
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