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自主无人机导航系统不再依赖GPS

隐喻地说,自动驾驶无人机的交通可能只是眼前一亮,但是目前,至少在没有得到特别许可的情况下,车辆不能合法地飞越驾驶员的视线。尽管联邦航空管理局(FAA)致力于制定无人机法规,工程师致力于构建符合这些法规的功能,但是,这项新技术中的一些正在开放不涉及在整个城镇飞行的应用程序。

例如,使用无人机系统(UAS)检查建筑物,桥梁和其他基础设施或勘测灾难现场并不一定需要遵守FAA。但是,这种应用的障碍是依赖于此类结构可能会阻塞的GPS信号。没有GPS,无人机导航就会漂移,从而难以从机载传感器记录数据,并最终导致不稳定。在美国宇航局的帮助下,位于匹兹堡的近地自主权正在打破无人机对GPS的依赖。

美国国家航空航天局(NASA)在开拓和促进安全自动飞行所必需的先进性方面发挥了领导作用,于2015年建立了以埃姆斯研究中心为中心的UAS交通管理(UTM)项目。那一年,埃姆斯获得了第一和第二阶段小型企业创新研究(SBIR)与近地自治公司签约,以构建无需使用GPS或地图即可安全,自动驾驶的起降技术。

该项目的主要研究人员Parimal Kopardekar说,由于UTM项目吸引了商业合作伙伴,它引导他们将精力集中在已确定的未来自主空中交通的需求领域上。他说:“我们需要解决的无人机交通管理挑战之一是在没有GPS的情况下进行操作的能力。”部分原因是FAA的要求之一是在GPS中断的情况下具有导航能力,并且因为GPS信号通常在城市地区的低海拔地区会下降,而这恰恰是需要最高精度的地方。问题是,大多数自动导航系统都始于用GPS确定其位置,Kopardekar说。设计一个好的替代方案具有挑战性,尤其是因为一架小型无人机的功率有限且不能承受太大的重量。“无论我们戴在无人机上的任何传感器,都必须具有非常小的尺寸,重量和功率。”

技术转让

该公司首席执行官兼联合创始人Sanjiv Singh说,Near Earth Autonomy的SBIR工作专注于安全导航飞行中最困难的部分-最初和最后50英尺。实际上,这意味着在没有GPS的情况下完成整个短期任务。“如果我们不使用任何GPS,我们当然可以解决GPS中断的问题。”该公司采用一种称为同步定位和地图绘制的棘手技术来管理无GPS导航。飞行时,无人驾驶飞机必须绘制周围环境的地图,同时跟踪自己在该环境中的运动。车载激光雷达扫描仪通过测量各个方向发送的激光脉冲反弹回到传感器所需的时间,来感测周围的环境及其距离。同时,惯性传感器在摄像头的辅助下记录飞行器的运动,以进行视觉跟踪。他说,辛格和他的团队必须创建自己的算法来连续处理所有这些数据,并“成功地将地图拼接在一起并使用它来导航”。

该公司能够使用小型,最先进的商业组件来做到这一点,从而最大程度地减少了有效负载的重量和成本。辛格说:“从技术的角度来看,我们已经取得了一定的进步,以表明您可以做到这一点。”“这是我们证明的能力比几乎我们所做的任何事情都引起更多关注。”

好处

Kopardekar说,NASA不仅会对无人机交通管理感兴趣,而且还将对例如GPS信号无法到达的两极飞行任务感兴趣。从长远来看,辛格希望没有GPS的导航功能将有助于使FAA无人机法规成为现实。“我们可以得出结果,并说,’这就是这样的系统,这就是这种设备的复杂性,涉及的元素是什么,它在什么条件下工作。’”而且有一天它可以启用诸如自主城市运输和交付之类的功能。

不过,就目前而言,近地自治(最出乎意料的是)吸引了那些希望无人机能够在可能破坏GPS的大型结构附近或内部导航的实体的最大兴趣。来自日本的一个对灾难现场监视感兴趣的小组正在与该公司合作。其他人则对检查建筑物,隧道,桥梁,水箱和塔感兴趣。军方希望绘制建筑物地图,以及进行不容易遭到GPS拒绝的无人机侦察。

该公司已经售出了一些原型,并正在与商业和政府机构合作,以使该技术适应特定的应用并降低成本。例如,对于不同类型的检查,无人机将需要不同组的工具和传感器。正如辛格所说:“是的,它可以在建筑物中飞行,但是它在建筑物中做什么呢?人们如何使用它?”这些是公司与潜在客户合作解决的问题。但是辛格说,他可能不会问他们是否不参加UTM项目。“ NASA SBIR非常高效,相关且及时。他们使我们能够抓住一些机会,开发和演示这项技术,并引起了很多兴趣。”

 

via.cunet

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