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新的UAS技术为GPS拒绝导航提供了愿景

Draper和麻省理工学院的一个团队为无人驾驶飞行器(UAV)开发了先进的视觉辅助导航技术,这些技术不依赖于外部基础设施,如GPS,详细的环境地图或动作捕捉系统。

当消防员,第一响应者或士兵在建筑物内,城市峡谷,地下或森林树冠下操作小型轻型飞行器时,GPS拒绝环境会带来独特的导航挑战。在许多情况下,GPS信号的丢失可能导致这些车辆无法操作,并且在最坏的情况下,不稳定,可能使操作员,旁观者和财产处于危险之中。

已经尝试缩小这种信息差距,并为无人机提供了在没有GPS的情况下导航环境的替代方法。但这些尝试导致了进一步的信息差距,特别是在速度超过其机载技术能力的无人机上。例如,当无人机飞越缺乏建筑物,树木和其他定向结构的环境时,扫描激光雷达通常无法实现其精确定位。

根据与国防高级研究计划局(DARPA)签订的合同,德雷珀和麻省理工学院创建了一种无人机,可以在快速轻量自治(FLA)计划下自动感知和操纵未知环境,无需外部通信或GPS。该团队开发并实施了独特的传感器和算法配置,并在室内和室外场地进行了时间试验和性能评估。

“无人驾驶飞行器面临的最大挑战是平衡动力,飞行时间和能力,因为无人机需要技术的重量,”德雷珀技术人员高级成员罗伯特·特鲁克斯说。“Draper和麻省理工学院团队的方法如此有价值的原因在于为具有有限机载计算能力的飞行器找到了小尺寸,重量和功率的最佳位置,以完全自主地执行复杂的任务。”

德雷珀和麻省理工学院的传感器和摄像机无人机在多种环境中进行了测试,这些环境位于杂乱的仓库和混合开放和树木填充的室外环境中,杂乱区域的速度高达10米/秒,开放区域的速度高达20米/秒。无人机的任务由许多具有挑战性的元素组成,包括树木躲避,然后建造进入和退出以及长时间遍历以找到建筑物入口点,同时保持精确的位置估计。

“更快,更灵活,更自主的无人机意味着您可以在没有远程驾驶员的情况下快速导航迷宫般的房间,楼梯和走廊或其他充满障碍物的环境,”德雷珀技术人员高级成员Ted Steiner说。“我们的传感和算法配置以及采用IMU中心导航的独特单筒摄像机,使车辆灵活机动,提高了可靠性和安全性 - 急救人员,商业用户,军事人员以及任何设计和制造无人机的人员所需的能力。”

Draper对DARPA FLA计划的贡献 - 在最近的2017年IEEE航空航天会议研究论文中有记载 - 是一种新的状态估计方法(车辆的位置,方向和速度),称为SAMWISE-平滑和映射与惯性状态估计。SAMWISE是融合视觉和惯性导航系统,它结合了两种传感方法的优点,并且比任何一种技术都能更慢地累积误差,从而在整个车辆轨迹上产生完整的位置,姿态和速度状态估计。结果是一种导航解决方案,使无人机能够保留所有六个自由度,并允许其无需使用GPS或任何通信速度高达每小时45英里的自动飞行。

该团队对FLA计划的关注一直是无人机,但通过该计划取得的进展可能会应用于地面,海洋和水下系统,这在GPS降级或被拒绝的环境中尤其有用。在开发无人机时,该团队利用了Draper和MIT在自主路径规划,机器视觉,GPS拒绝导航和动态飞行控制方面的专业知识。

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