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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35969
Tipo: | Dissertação |
Título: | Rastreamento de alvos móveis utilizando controle geométrico baseado em visão em veículos aéreos não tripulados |
Autor(es): | Nascimento, Ana Maria Pinto da Silva |
Primeiro Orientador: | Brito, Alisson Vasconcelos de |
Primeiro Coorientador: | Madruga, Sarah Pontes |
Resumo: | Esta trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um sistema de rastreamento de alvos móveis utilizando controle geométrico baseado em visão em veículos aéreos não tripulados (VANTs). O objetivo principal foi projetar um controlador robusto que permitisse aos VANTs detectar e rastrear alvos em tempo real e autônoma, garantindo precisão e estabilidade mesmo em cenários dinâmicos. Para isso, foi utilizado o controle geométrico no espaço SE(3), associadas a métodos de otimização como o Particle Swarm Optimization (PSO), visando aprimorar a resposta do sistema em comparação a controladores convencionais. A pesquisa foi estruturada em quatro etapas principais. Primeiramente, foi realizada uma revisão da literatura sobre controle geométrico e visão computacional aplicados a UAVs, destacando desafios e lacunas existentes. Em seguida, foi desenvolvida uma modelagem matemática detalhada do quadrotor e do alvo, permitindo uma análise da dinâmica do sistema e fundamentando o projeto dos controladores. Posteriormente, foi implementado um sistema de rastreamento baseado em visão, que possibilitou a identificação e o acompanhamento de UAVs alvos, sendo validado por meio de experimentos simulados no ambiente GAZEBO e reais. Por fim, o controlador geométrico foi avaliado, demonstrando desempenho superior ao de abordagens tradicionais, com menor erro médio quadrático (RMSE) e maior estabilidade em manobras complexas no ambiente de simulação MATLAB. Os resultados experimentais confirmam a eficácia da abordagem proposta, evidenciando sua aplicabilidade em cenários reais. |
Abstract: | This work portrays the development and implementation of a moving target tracking system using vision-based geometric control in unmanned aerial vehicles (UAVs). The main objective was to design a robust controller that would allow UAVs to detect and track targets in real time and autonomous, ensuring precision and stability even in dynamic scenarios. For this, geometric control was used in the SE(3) space, associated with optimization methods such as Particle Swarm Optimization (PSO), aiming to improve the system’s response in comparison to conventional controllers. The research was structured into four main stages. Firstly, a literature review was carried out on geometric control and computer vision applied to UAVs, highlighting existing challenges and gaps. Next, a detailed mathematical modeling of the quadcopter and target was developed, allowing an analysis of the system dynamics and providing a basis for the design of the controllers. Subsequently, a vision-based tracking system was implemented, which enabled the identification and tracking of target UAVs, being validated through simulated experiments in the GAZEBO environment and real ones. Finally, the geometric controller was evaluated, demonstrating superior performance compared to traditional approaches, with lower root mean square error (RMSE) and greater stability in complex maneuvers in the MATLAB simulation environment. The experimental results confirm the effectiveness of the proposed approach, highlighting its applicability in real scenarios. |
Palavras-chave: | Controle geométrico Veículos aéreos não tripulados (VANTs) Rastreamento de alvos móveis Geometric control Unmanned aerial vehicles (UAVs) Mobile target tracking |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Informática |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Informática |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35969 |
Data do documento: | 27-Fev-2025 |
Aparece nas coleções: | Centro de Informática (CI) - Programa de Pós-Graduação em Informática |
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