基于测距的轻量级空中蜂群机载相对定位与稳定性

轻量级空中蜂群在较大型无人机无法高效运行的场景中具有潜在应用。轻量级空中蜂群的基础在于高效的相对定位，其可实现协作与避碰。由于极端的资源限制，实时位置计算具有挑战性。本文提出了一种无需基础设施的轻量级空中蜂群自主相对定位技术，通过融合超宽带无线距离测量值与来自邻居的共享状态信息（如速度、偏航角速率、高度）。这是首个在13架轻量级（33克）且资源受限（168MHz MCU，192 KB内存）的飞行器团队上实现的完全自主、微小、快速且准确的相对定位方案。所提出的资源受限蜂群测距协议具有可扩展性，并且发现了一个令人惊讶的理论结果：不可观测性不会带来问题，因为状态漂移会导致控制动作使状态再次可观测。通过实验，对于多达13架无人机，在16Hz频率下实现了小于0.2m的位置误差。代码已开源，所提出的技术不仅适用于微型无人机，也可轻易应用于许多其他资源受限机器人。视频与代码见 \textnormal{\url{https://shushuai3.github.io/autonomous-swarm/}}。