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自主無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)不再依賴(lài)GPS

2020-06-10 20:46 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：機(jī)器人 來(lái)源：機(jī)器人
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隱喻地說(shuō)，自動(dòng)駕駛無(wú)人機(jī)的交通可能只是眼前一亮，但是目前，至少在沒(méi)有得到特別許可的情況下，車(chē)輛不能合法地飛越駕駛員的視線。盡管聯(lián)邦航空管理局(FAA)致力...

隱喻地說(shuō)，自動(dòng)駕駛無(wú)人機(jī)的交通可能只是眼前一亮，但是目前，至少在沒(méi)有得到特別許可的情況下，車(chē)輛不能合法地飛越駕駛員的視線。盡管聯(lián)邦航空管理局(FAA)致力于制定無(wú)人機(jī)法規(guī)，工程師致力于構(gòu)建符合這些法規(guī)的功能，但是，這項(xiàng)新技術(shù)中的一些正在開(kāi)放不涉及在整個(gè)城鎮(zhèn)飛行的應(yīng)用程序。

例如，使用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)(UAS)檢查建筑物，橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施或勘測(cè)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)并不一定需要遵守FAA。但是，這種應(yīng)用的障礙是依賴(lài)于此類(lèi)結(jié)構(gòu)可能會(huì)阻塞的GPS信號(hào)。沒(méi)有GPS，無(wú)人機(jī)導(dǎo)航就會(huì)漂移，從而難以從機(jī)載傳感器記錄數(shù)據(jù)，并最終導(dǎo)致不穩(wěn)定。在美國(guó)宇航局的幫助下，位于匹茲堡的近地自主權(quán)正在打破無(wú)人機(jī)對(duì)GPS的依賴(lài)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在開(kāi)拓和促進(jìn)安全自動(dòng)飛行所必需的先進(jìn)性方面發(fā)揮了領(lǐng)導(dǎo)作用，于2015年建立了以埃姆斯研究中心為中心的UAS交通管理(UTM)項(xiàng)目。那一年，埃姆斯獲得了第一和第二階段小型企業(yè)創(chuàng)新研究(SBIR)與近地自治公司簽約，以構(gòu)建無(wú)需使用GPS或地圖即可安全，自動(dòng)駕駛的起降技術(shù)。

該項(xiàng)目的主要研究人員Parimal Kopardekar說(shuō)，由于UTM項(xiàng)目吸引了商業(yè)合作伙伴，它引導(dǎo)他們將精力集中在已確定的未來(lái)自主空中交通的需求領(lǐng)域上。他說(shuō)：“我們需要解決的無(wú)人機(jī)交通管理挑戰(zhàn)之一是在沒(méi)有GPS的情況下進(jìn)行操作的能力。”

部分原因是FAA的要求之一是在GPS中斷的情況下具有導(dǎo)航能力，并且因?yàn)镚PS信號(hào)通常在城市地區(qū)的低海拔地區(qū)會(huì)下降，而這恰恰是需要最高精度的地方。

問(wèn)題是，大多數(shù)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)都始于用GPS確定其位置，Kopardekar說(shuō)。設(shè)計(jì)一個(gè)好的替代方案具有挑戰(zhàn)性，尤其是因?yàn)橐患苄⌒蜔o(wú)人機(jī)的功率有限且不能承受太大的重量。“無(wú)論我們戴在無(wú)人機(jī)上的任何傳感器，都必須具有非常小的尺寸，重量和功率?！?/p>

技術(shù)轉(zhuǎn)讓

該公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Sanjiv Singh說(shuō)，Near Earth Autonomy的SBIR工作專(zhuān)注于安全導(dǎo)航飛行中最困難的部分-最初和最后50英尺。實(shí)際上，這意味著在沒(méi)有GPS的情況下完成整個(gè)短期任務(wù)?！叭绻覀儾皇褂萌魏蜧PS，我們當(dāng)然可以解決GPS中斷的問(wèn)題?！?/p>

該公司采用一種稱(chēng)為同步定位和地圖繪制的棘手技術(shù)來(lái)管理無(wú)GPS導(dǎo)航。飛行時(shí)，無(wú)人駕駛飛機(jī)必須繪制周?chē)?a href="http://www.hldxsj.cn/sell/search.php?keyword=%E7%8E%AF%E5%A2%83" title="環(huán)境" target="_blank">環(huán)境的地圖，同時(shí)跟蹤自己在該環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)。車(chē)載激光雷達(dá)掃描儀通過(guò)測(cè)量各個(gè)方向發(fā)送的激光脈沖反彈回到傳感器所需的時(shí)間，來(lái)感測(cè)周?chē)沫h(huán)境及其距離。同時(shí)，慣性傳感器在攝像頭的輔助下記錄飛行器的運(yùn)動(dòng)，以進(jìn)行視覺(jué)跟蹤。他說(shuō)，辛格和他的團(tuán)隊(duì)必須創(chuàng)建自己的算法來(lái)連續(xù)處理所有這些數(shù)據(jù)，并“成功地將地圖拼接在一起并使用它來(lái)導(dǎo)航”。

該公司能夠使用小型，最先進(jìn)的商業(yè)組件來(lái)做到這一點(diǎn)，從而最大程度地減少了有效負(fù)載的重量和成本。

辛格說(shuō)：“從技術(shù)的角度來(lái)看，我們已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步，以表明您可以做到這一點(diǎn)?！薄斑@是我們證明的能力比幾乎我們所做的任何事情都引起更多關(guān)注。”

好處

Kopardekar說(shuō)，NASA不僅會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)交通管理感興趣，而且還將對(duì)例如GPS信號(hào)無(wú)法到達(dá)的兩極飛行任務(wù)感興趣。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，辛格希望沒(méi)有GPS的導(dǎo)航功能將有助于使FAA無(wú)人機(jī)法規(guī)成為現(xiàn)實(shí)?！拔覀兛梢缘贸鼋Y(jié)果，并說(shuō)，'這就是這樣的系統(tǒng)，這就是這種設(shè)備的復(fù)雜性，涉及的元素是什么，它在什么條件下工作。'”

而且有一天它可以啟用諸如自主城市運(yùn)輸和交付之類(lèi)的功能。

不過(guò)，就目前而言，近地自治(最出乎意料的是)吸引了那些希望無(wú)人機(jī)能夠在可能破壞GPS的大型結(jié)構(gòu)附近或內(nèi)部導(dǎo)航的實(shí)體的最大興趣。來(lái)自日本的一個(gè)對(duì)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視感興趣的小組正在與該公司合作。其他人則對(duì)檢查建筑物，隧道，橋梁，水箱和塔感興趣。軍方希望繪制建筑物地圖，以及進(jìn)行不容易遭到GPS拒絕的無(wú)人機(jī)偵察。

該公司已經(jīng)售出了一些原型，并正在與商業(yè)和政府機(jī)構(gòu)合作，以使該技術(shù)適應(yīng)特定的應(yīng)用并降低成本。例如，對(duì)于不同類(lèi)型的檢查，無(wú)人機(jī)將需要不同組的工具和傳感器。正如辛格所說(shuō)：“是的，它可以在建筑物中飛行，但是它在建筑物中做什么呢?人們?nèi)绾问褂盟?”這些是公司與潛在客戶(hù)合作解決的問(wèn)題。

但是辛格說(shuō)，他可能不會(huì)問(wèn)他們是否不參加UTM項(xiàng)目。“ NASA SBIR非常高效，相關(guān)且及時(shí)。他們使我們能夠抓住一些機(jī)會(huì)，開(kāi)發(fā)和演示這項(xiàng)技術(shù)，并引起了很多興趣。”

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