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3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras

Identificadores del recurso

1424-8220

http://hdl.handle.net/10662/10877

PAREDES, José, ÁLVAREZ, Fernando, AGUILERA, Teodoro and VILLADANGOS, José. 3D Indoor Positioning of UAVs with Spread Spectrum Ultrasound and Time-of-Flight Cameras. Sensors [online]. 30 December 2017. Vol. 18, no. 2, p. 89. DOI 10.3390/s18010089. Available from: http://dx.doi.org/10.3390/s18010089

10.3390/s18010089

Sensors

1

1

15

18, 89

Jatorria

Fitxa

Izenburu:: 3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras
Tema:: Sistema de posicionamiento acústico (APS); Vehículos aéreos no tripulados (UAV); División de código de tiempo acceso múltiple (T-CDMA); Acoustic positioning system (APS); Unmanned aerial vehicles (UAV); Time-code division multiple access (T-CDMA); 3324 Tecnología del Espacio; 3324.07 Control de Vehículos; 3307.02 Electroacústica; 3325.01 Radiodifusión, Sonido y Televisión
Deskribapen:: Este trabajo propone el uso de un sistema híbrido de posicionamiento acústico y óptico en interiores para el posicionamiento 3D preciso de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). El módulo acústico de este sistema se basa en un esquema de Acceso Múltiple por División de Código de Tiempo (T-CDMA), en el que la emisión secuencial de cinco códigos ultrasónicos de espectro amplio se realiza para calcular la posición horizontal del vehículo siguiendo un procedimiento de multilateración 2D. El módulo óptico se basa en una cámara de Tiempo de Vuelo (TOF) que proporciona una estimación inicial de la altura del vehículo. A continuación se propone un algoritmo recursivo programado en un ordenador externo para refinar la posición estimada. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto puede aumentar la precisión de un sistema exclusivamente acústico en un 70-80% en términos de error cuadrático medio de posicionamiento.; This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.; • Gobierno de España y Fondos para el Desarrollo Regional Europeo. Proyectos TARSIUS (TIN2015-71564-C4-4-R) (I+D+i), REPNIN (TEC2015-71426-REDT) y SOC-PLC (TEC2015-64835-C3-2-R) (I+D+i) • Junta de Extremadura, Fondos FEDER y Fondo Social Europeo. Proyecto GR15167 y beca predoctoral 45/2016 Exp. PD16030; peerReviewed
Idioma:: English
Harreman:: https://doi.org/10.3390/s18010089; https://www.mdpi.com/1424-8220/18/1/89
Autor/Productor:: Paredes Moreno, José Antonio; Álvarez Franco, Fernando Javier; Aguilera Benítez, Teodoro; Villadangos Carrizo, José Manuel
Argitaratzaile:: MDPI
Otros colaboradores/productores:: Universidad de Extremadura. Grupo de Investigación en Sistemas Sensoriales (GISS); Universidad de Alcalá de Henares
Eskubideak:: Atribución 4.0 Internacional; http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/; openAccess
Data:: 2020-06-17T06:56:57Z; 2018
Tipo de recurso:: article; publishedVersion
Formatu:: 15 p.; application/pdf

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1. <dc:title>3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras</dc:title>
2. <dc:creator>Paredes Moreno, José Antonio</dc:creator>
3. <dc:creator>Álvarez Franco, Fernando Javier</dc:creator>
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6. <dc:contributor>Universidad de Extremadura. Grupo de Investigación en Sistemas Sensoriales (GISS)</dc:contributor>
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8. <dc:subject>Sistema de posicionamiento acústico (APS)</dc:subject>
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19. <dc:description>This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.</dc:description>
20. <dc:description>• Gobierno de España y Fondos para el Desarrollo Regional Europeo. Proyectos TARSIUS (TIN2015-71564-C4-4-R) (I+D+i), REPNIN (TEC2015-71426-REDT) y SOC-PLC (TEC2015-64835-C3-2-R) (I+D+i) • Junta de Extremadura, Fondos FEDER y Fondo Social Europeo. Proyecto GR15167 y beca predoctoral 45/2016 Exp. PD16030</dc:description>
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        <dc:creator>Paredes Moreno, José Antonio</dc:creator>
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        <dc:contributor>Universidad de Extremadura. Grupo de Investigación en Sistemas Sensoriales (GISS)</dc:contributor>
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  9. <dc:description>This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.</dc:description>
  10. <dc:identifier>http://hdl.handle.net/10662/10877</dc:identifier>
  11. <dc:language>eng</dc:language>
  12. <dc:publisher>MDPI</dc:publisher>
  13. <dc:subject>Sistema de posicionamiento acústico (APS)</dc:subject>
  14. <dc:subject>Vehículos aéreos no tripulados (UAV)</dc:subject>
  15. <dc:subject>División de código de tiempo acceso múltiple (T-CDMA)</dc:subject>
  16. <dc:subject>Acoustic positioning system (APS)</dc:subject>
  17. <dc:subject>Unmanned aerial vehicles (UAV)</dc:subject>
  18. <dc:subject>Time-code division multiple access (T-CDMA)</dc:subject>
  19. <dc:title>3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras</dc:title>
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1. <dc:title>3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras</dc:title>
2. <dc:creator>Paredes Moreno, José Antonio</dc:creator>
3. <dc:creator>Álvarez Franco, Fernando Javier</dc:creator>
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5. <dc:creator>Villadangos Carrizo, José Manuel</dc:creator>
6. <dc:contributor>Universidad de Extremadura. Grupo de Investigación en Sistemas Sensoriales (GISS)</dc:contributor>
7. <dc:contributor>Universidad de Alcalá de Henares</dc:contributor>
8. <dc:subject>Sistema de posicionamiento acústico (APS)</dc:subject>
9. <dc:subject>Vehículos aéreos no tripulados (UAV)</dc:subject>
10. <dc:subject>División de código de tiempo acceso múltiple (T-CDMA)</dc:subject>
11. <dc:subject>Acoustic positioning system (APS)</dc:subject>
12. <dc:subject>Unmanned aerial vehicles (UAV)</dc:subject>
13. <dc:subject>Time-code division multiple access (T-CDMA)</dc:subject>
14. <dc:subject>3324 Tecnología del Espacio</dc:subject>
15. <dc:subject>3324.07 Control de Vehículos</dc:subject>
16. <dc:subject>3307.02 Electroacústica</dc:subject>
17. <dc:subject>3325.01 Radiodifusión, Sonido y Televisión</dc:subject>
18. <dc:description>Este trabajo propone el uso de un sistema híbrido de posicionamiento acústico y óptico en interiores para el posicionamiento 3D preciso de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). El módulo acústico de este sistema se basa en un esquema de Acceso Múltiple por División de Código de Tiempo (T-CDMA), en el que la emisión secuencial de cinco códigos ultrasónicos de espectro amplio se realiza para calcular la posición horizontal del vehículo siguiendo un procedimiento de multilateración 2D. El módulo óptico se basa en una cámara de Tiempo de Vuelo (TOF) que proporciona una estimación inicial de la altura del vehículo. A continuación se propone un algoritmo recursivo programado en un ordenador externo para refinar la posición estimada. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto puede aumentar la precisión de un sistema exclusivamente acústico en un 70-80% en términos de error cuadrático medio de posicionamiento.</dc:description>
19. <dc:description>This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.</dc:description>
20. <dc:description>• Gobierno de España y Fondos para el Desarrollo Regional Europeo. Proyectos TARSIUS (TIN2015-71564-C4-4-R) (I+D+i), REPNIN (TEC2015-71426-REDT) y SOC-PLC (TEC2015-64835-C3-2-R) (I+D+i) • Junta de Extremadura, Fondos FEDER y Fondo Social Europeo. Proyecto GR15167 y beca predoctoral 45/2016 Exp. PD16030</dc:description>
21. <dc:description>peerReviewed</dc:description>
22. <dc:date>2020-06-17T06:56:57Z</dc:date>
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1. <title>3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras</title>
2. <creator>Paredes Moreno, José Antonio</creator>
3. <creator>Álvarez Franco, Fernando Javier</creator>
4. <creator>Aguilera Benítez, Teodoro</creator>
5. <creator>Villadangos Carrizo, José Manuel</creator>
6. <contributor>Universidad de Extremadura. Grupo de Investigación en Sistemas Sensoriales (GISS)</contributor>
7. <contributor>Universidad de Alcalá de Henares</contributor>
8. <subject>Sistema de posicionamiento acústico (APS)</subject>
9. <subject>Vehículos aéreos no tripulados (UAV)</subject>
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11. <subject>Acoustic positioning system (APS)</subject>
12. <subject>Unmanned aerial vehicles (UAV)</subject>
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14. <description>Este trabajo propone el uso de un sistema híbrido de posicionamiento acústico y óptico en interiores para el posicionamiento 3D preciso de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). El módulo acústico de este sistema se basa en un esquema de Acceso Múltiple por División de Código de Tiempo (T-CDMA), en el que la emisión secuencial de cinco códigos ultrasónicos de espectro amplio se realiza para calcular la posición horizontal del vehículo siguiendo un procedimiento de multilateración 2D. El módulo óptico se basa en una cámara de Tiempo de Vuelo (TOF) que proporciona una estimación inicial de la altura del vehículo. A continuación se propone un algoritmo recursivo programado en un ordenador externo para refinar la posición estimada. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto puede aumentar la precisión de un sistema exclusivamente acústico en un 70-80% en términos de error cuadrático medio de posicionamiento.</description>
15. <description>This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.</description>
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10. <mods:identifier type="bibliographicCitation">PAREDES, José, ÁLVAREZ, Fernando, AGUILERA, Teodoro and VILLADANGOS, José. 3D Indoor Positioning of UAVs with Spread Spectrum Ultrasound and Time-of-Flight Cameras. Sensors [online]. 30 December 2017. Vol. 18, no. 2, p. 89. DOI 10.3390/s18010089. Available from: http://dx.doi.org/10.3390/s18010089</mods:identifier>
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17. <mods:abstract>Este trabajo propone el uso de un sistema híbrido de posicionamiento acústico y óptico en interiores para el posicionamiento 3D preciso de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). El módulo acústico de este sistema se basa en un esquema de Acceso Múltiple por División de Código de Tiempo (T-CDMA), en el que la emisión secuencial de cinco códigos ultrasónicos de espectro amplio se realiza para calcular la posición horizontal del vehículo siguiendo un procedimiento de multilateración 2D. El módulo óptico se basa en una cámara de Tiempo de Vuelo (TOF) que proporciona una estimación inicial de la altura del vehículo. A continuación se propone un algoritmo recursivo programado en un ordenador externo para refinar la posición estimada. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto puede aumentar la precisión de un sistema exclusivamente acústico en un 70-80% en términos de error cuadrático medio de posicionamiento.</mods:abstract>
18. <mods:abstract>This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.</mods:abstract>
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2. <dc:creator>Paredes Moreno, José Antonio</dc:creator>
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6. <dc:contributor>Universidad de Extremadura. Grupo de Investigación en Sistemas Sensoriales (GISS)</dc:contributor>
7. <dc:contributor>Universidad de Alcalá de Henares</dc:contributor>
8. <dc:subject>Sistema de posicionamiento acústico (APS)</dc:subject>
9. <dc:subject>Vehículos aéreos no tripulados (UAV)</dc:subject>
10. <dc:subject>División de código de tiempo acceso múltiple (T-CDMA)</dc:subject>
11. <dc:subject>Acoustic positioning system (APS)</dc:subject>
12. <dc:subject>Unmanned aerial vehicles (UAV)</dc:subject>
13. <dc:subject>Time-code division multiple access (T-CDMA)</dc:subject>
14. <dcterms:abstract>Este trabajo propone el uso de un sistema híbrido de posicionamiento acústico y óptico en interiores para el posicionamiento 3D preciso de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). El módulo acústico de este sistema se basa en un esquema de Acceso Múltiple por División de Código de Tiempo (T-CDMA), en el que la emisión secuencial de cinco códigos ultrasónicos de espectro amplio se realiza para calcular la posición horizontal del vehículo siguiendo un procedimiento de multilateración 2D. El módulo óptico se basa en una cámara de Tiempo de Vuelo (TOF) que proporciona una estimación inicial de la altura del vehículo. A continuación se propone un algoritmo recursivo programado en un ordenador externo para refinar la posición estimada. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto puede aumentar la precisión de un sistema exclusivamente acústico en un 70-80% en términos de error cuadrático medio de posicionamiento.</dcterms:abstract>
15. <dcterms:abstract>This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.</dcterms:abstract>
16. <dcterms:dateAccepted>2020-06-17T06:56:57Z</dcterms:dateAccepted>
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  1. <dc:title>3D indoor positioning of UAVs with spread spectrum ultrasound and time-of-flight cameras</dc:title>
  2. <dc:creator>Paredes Moreno, José Antonio</dc:creator>
  3. <dc:creator>Álvarez Franco, Fernando Javier</dc:creator>
  4. <dc:creator>Aguilera Benítez, Teodoro</dc:creator>
  5. <dc:creator>Villadangos Carrizo, José Manuel</dc:creator>
  6. <dc:contributor>Universidad de Extremadura. Grupo de Investigación en Sistemas Sensoriales (GISS)</dc:contributor>
  7. <dc:contributor>Universidad de Alcalá de Henares</dc:contributor>
  8. <dc:subject>Sistema de posicionamiento acústico (APS)</dc:subject>
  9. <dc:subject>Vehículos aéreos no tripulados (UAV)</dc:subject>
  10. <dc:subject>División de código de tiempo acceso múltiple (T-CDMA)</dc:subject>
  11. <dc:subject>Acoustic positioning system (APS)</dc:subject>
  12. <dc:subject>Unmanned aerial vehicles (UAV)</dc:subject>
  13. <dc:subject>Time-code division multiple access (T-CDMA)</dc:subject>
  14. <dc:description>Este trabajo propone el uso de un sistema híbrido de posicionamiento acústico y óptico en interiores para el posicionamiento 3D preciso de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). El módulo acústico de este sistema se basa en un esquema de Acceso Múltiple por División de Código de Tiempo (T-CDMA), en el que la emisión secuencial de cinco códigos ultrasónicos de espectro amplio se realiza para calcular la posición horizontal del vehículo siguiendo un procedimiento de multilateración 2D. El módulo óptico se basa en una cámara de Tiempo de Vuelo (TOF) que proporciona una estimación inicial de la altura del vehículo. A continuación se propone un algoritmo recursivo programado en un ordenador externo para refinar la posición estimada. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto puede aumentar la precisión de un sistema exclusivamente acústico en un 70-80% en términos de error cuadrático medio de posicionamiento.</dc:description>
  15. <dc:description>This work proposes the use of a hybrid acoustic and optical indoor positioning system for the accurate 3D positioning of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The acoustic module of this system is based on a Time-Code Division Multiple Access (T-CDMA) scheme, where the sequential emission of five spread spectrum ultrasonic codes is performed to compute the horizontal vehicle position following a 2D multilateration procedure. The optical module is based on a Time-Of-Flight (TOF) camera that provides an initial estimation for the vehicle height. A recursive algorithm programmed on an external computer is then proposed to refine the estimated position. Experimental results show that the proposed system can increase the accuracy of a solely acoustic system by 70–80% in terms of positioning mean square error.</dc:description>
  16. <dc:date>2020-06-17T06:56:57Z</dc:date>
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