Experimentation of Vision-aided Inertial Navigation System (VaINS) on a small fixed-wing UAV

Abstract

This document describes an experiment using the Vision-aided Inertial Navigation System (VaINS). The system collects and processes sensor data. It transmits the navigation solution to an operator terminal in real-time. This is the first experiment with VaINS on a fixed-wing UAV, where it was used as a data-logging box. This experiment was a collaboration activity between FFI and NORCE, who operated the UAV. The data were collected over two days with five flights overlooking buildings, vegetation, a river, a lake, and mountains. The pitch angle of the camera was varied between grazing angles 22˚, 25˚ and 90˚ downwards. The primary objective of this experiment was to experience the use of the VaINS-box on a fixed-wing UAV and to study the performance of the image-aided navigation. The navigation solution of the image-aided INS is compared with the reference solution within GPS denied time intervals. The flights with camera pitch angle at 90˚ performed slightly better than the flights with grazing angles. Comparing the image-aided solution with the free inertial solution in the GPS denied periods, the image-aided navigation performed significantly better in the linear flights.

Dette dokumentet beskriver et eksperiment som bruker Vision-aided Inertial Navigation System (VaINS). Systemet samler inn og behandler sensordata. Det overfører navigasjonsløsningen til en operatørterminal i sanntid. Dette er det første eksperimentet med VaINS på en fastvinget UAV. VaINS ble i denne omgang brukt som en dataloggingboks. Eksperimentet var et samarbeid mellom FFI og NORCE, som opererte UAV-en. Dataene ble samlet inn over to dager, med i alt fem flygninger over bygninger, vegetasjon, elv, innsjø og fjell. Vertikalvinkelen («pitch angle») til kameraet ble variert mellom lavvinkler, 22˚, 25˚ og 90˚ nedover. Hovedmålet med eksperimentet var å få erfaring med bruk av VaINS-boksen på en fastvinget UAV, og å studere ytelsen til den bildestøttede navigasjonen. Navigasjonsløsningen til bildestøttet INS ble sammenlignet med en referanseløsning innenfor GPS-nektede tidsintervaller. Flygningene der kameraets vertikalvinkel var 90˚ ga litt bedre ytelse enn flygningene med lavvinkel. Sammenligningene mellom den bildestøttede løsningen og den frie treghetsløsningen («free inertial») i GPS-nektede perioder, viste at den bildestøttede navigasjonen ga betydelig bedre ytelse i de lineære delene av flygningene.