Vision-Based Formation Control for an Outdoor UAV Swarm With Hierarchical Architecture

群体行为 计算机科学 全球导航卫星系统应用 稳健性(进化) 人工智能 单眼 计算机视觉 实时计算 全球定位系统 生物化学 电信 基因 化学
作者
Liqun Ma,Dongyuan Meng,Xu Huang,Shuaihe Zhao
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11: 75134-75151 被引量:8
标识
DOI:10.1109/access.2023.3296603
摘要

Formation control of a UAV swarm is challenging in outdoor GNSS-denied environments due to the difficulties in accomplishing relative positioning among the UAVs. This study proposes a vision-based formation control strategy that could be implemented in the absence of an external positioning system. The hierarchical architecture has been constructed for the UAV swarm using the modified leader-follower strategy. The leader UAV derives and broadcasts the locations of the follower UAVs, while the follower UAVs calculate their control inputs to achieve the desired swarm formation. The vision-based localization of the UAVs is accomplished using state-of-the-art deep learning algorithms like YOLOv7 and DeepSORT. The RflySim-based simulation has been conducted to verify the feasibility of the conceptualization, and the validation has been made with a real flight test using a swarm comprised of five quadrotors. Results show the robustness of the vision-based UAV positioning framework with a localization error within 0.3 m. Moreover, the formation control without the GNSS is achieved with a monocular camera and the entry-level AI platforms implemented onboard, which could be promoted to UAV swarm applications for broader scenarios.
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