無人機自主導航
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-31
無人機自主導航的實例教程
圖11 自主駕駛實驗結果
實驗結果表明，該方法的增強結果具有更多的特征信息，能夠滿足圖像匹配的要求。視覺導航系統可以實現無人機在不同光照條件下的自主定位。
無人機的定位功能是無人機自主導航的前提。機載傳感器提供的信息具有不確定性，在GNSS信號消失的情況下難以實現準確定位。因此，國內外許多研究人員提出了多種輔助定位方法。本文基于視覺航拍技術，首先對航拍圖像進行預處理，提取圖像特征信息，然后采用粒子濾波技術提高定位精度。近年來，無人機視覺定位技術在理論研究方面取得了長足的進步，部分成果已進入市場階段，在特殊環境下表現出良好的實用性。與室內無人機或移動機器人相比，無人機在室外環境中的視覺定位存在諸多局限。要實現安全可靠的視覺導航定位任務，仍面臨諸多挑戰。關鍵問題如下：
有限空載問題
為了保持飛行，無人機必須產生足夠的垂直升力，因此它的負載是有限的。目前，無人機可以裝載的儀器包括相機、IMU和測距儀。為了完成無人機的自主定位任務，需要機載控制器，這也增加了負載的重量。如何減輕無人機負載的重量，實現更準確的自主定位，成為視覺導航的關鍵問題。
機載控制器的計算能力有限
無人機視覺定位算法需要對視覺傳感器捕獲的圖像序列進行處理，圖像計算量非常大。即使是具有高計算性能的臺式電腦也需要大量的計算時間。目前，機載設備的處理性能與臺式電腦相差甚遠。常見的解決方案是將地面站與無人機協調，通過地面站計算機運行視覺定位算法，然后通過通信設備將數據傳輸給無人機。室外環境復雜，在需要傳輸大量數據時，通信設備的性能將直接影響無人機定位的實時性。
展開 隨著計算機視覺和人工智能技術的飛速發展，出現了一種新的導航方法：視覺導航。視覺導航具有自主性好、可靠性高、成本低等優點。近年來，隨著視覺導航概念、理論和方法的不斷更新和完善，視覺導航已成為無人機自主導航的重要研究領域之一。
視覺導航的研究最初受到巡航導彈中地形輪廓匹配制導系統的啟發。但是，無人機的飛行環境不一定是光照充足的理想環境。無人機在陰天或夜間飛行時，由于光線減少，相機會捕捉到低光圖像，嚴重影響圖像質量，如對比度低、能見度低等。同時，由于法律法規的限制，有人駕駛飛機白天飛行的頻率遠高于夜間，這將大大縮小無人機的飛行空間。因此，無人機最適合的飛行時間是有人駕駛飛機較少的夜晚，見圖1。因此，將低光航拍圖像轉換為高質量的正常光圖像，不僅可以提高圖像的視覺質量，還可以提高無人機在目標檢測等一些高級視覺任務中的性能、語義分割等，它還可以使無人機應用于更廣泛的領域，例如應急救援、環境監測等。
圖1 比較了微光圖像和增強圖像的匹配結果和檢測結果
我們基于 Retinex 理論提出了一個新的全卷積網絡，它由兩個子網絡組成，Decomposition-Net (Decom-Net) 和 Enhancement-Net (Enhance-Net)。建議的低光圖像增強管道如圖 2所示。
展開 賓夕法尼亞大學計算機與信息科學系杰出教授卡米洛·泰勒（Camillo J Taylor）表示，與以往使用航路點和多次飛行來獲取足夠情報的航空自主性行業標準不同的是， Exyn 的無人機可以完全自主地進行開放式探索，并且在飛行過程中不需要任何人為干預，這是從之前的3級標準邁出的重要一步。在3級標準中，至少需要一名操作員或司機隨時在場才能夠控制系統。
“Exyn的最新技術演示突破了自主飛行系統在無法使用GPS的情況下可以完成的工作。要使空中系統在混亂的環境中正常地飛行非常困難，并且在井工礦中進行人為手動駕駛通常是不可能的。”卡米洛·泰勒說。
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Exyn Technologies公司首席執行官納德·埃爾姆說：“無人機超越操作者視線的飛行能力是實現真正的無人駕駛的里程碑。這個領域的大多數公司都達到了2級或3級的自動化水平，即在最佳情況下，也需要持續的通信和人工操作員來干預和指導系統完成任務。”
Exyn Technologies公司首席技術官 Jason De ren ick 表示：“人們談論4級自動駕駛汽車已經有一段時間了，但將同樣程度的智能集中到一架自給自足的無人機上，這本身就是一個完全不同的工程挑戰。”
“達到 5 級是自主系統的圣杯——無人機可以在一個無界的環境中展示 100 %的控制，而無需任何人類操作員的干預。雖然我不相信會在我的有生之年見證這一點，但我相信，我們將推動4級自主系統的極限。并且目前我們已經開始致力于通過集群或協作式多機器人系統來實現4B級自主。”
展開 李安醍，武丁杰，李誠龍
(中國民用航空飛行學院，四川 廣漢 618000)
摘 要：隨著民用無人機技術的廣泛應用，將無人機融入國家空域，與有人機共享空域在低空開展飛行任務的做法已成為今后發展的趨勢。無人機“感知避讓”系統對于未來在融合空域內安全航行起著至關重要的作用，其中,自主避障算法是保證整個系統高效運行的關鍵部分。目前，對無人機自主避障算法的研究已經十分深入。根據避障算法的特點和避障機制對現有的避障算法進行分類，并在此基礎上對每一種類型的算法展開詳細介紹，闡述其優點以及局限性，最后展望了無人機自主避障算法的發展方向。
關鍵詞：無人機；避障算法；路徑規劃；低空
0 引言
民用無人機作為先進生產力的重要載體，被廣泛應用于環境監測、搜救、交通監控、物流貨運、農林植保、航拍攝影、城市巡查、遙感探測等多個領域。考慮到相關技術以及運行安全等因素，目前民用無人機大多被要求在隔離空域運行[1]。然而，將無人機限制在特定空域內，與有人機進行隔離運行的做法，已無法適應于目前對無人機日益增長的需求。歐美等航空業發達國家及地區提出了融合空域的概念，旨在將無人機系統集成于現有低空空域內，與有人機共同運行[2-4]。在低空環境下，無人機不僅要面對如地形、建筑物等靜態障礙以及其他動態障礙，同時還要面對空域內的其他飛行器。
低空環境下運行對無人機自主飛行技術的安全性提出了更大的挑戰，其中保證無人機安全自主飛行的關鍵在于自主避障算法。本文將根據求解方式、機動軌跡、關聯感知檢測機制等要素的總體特點，把無人機自主避障算法分為幾何法、路徑規劃法、數值求解法3種類型，并對每一類方法展開詳細闡述。
1 幾何算法
在幾何算法中，無人機通常被看作是具有一定速度的質點，根據無人機之間的相對速度、相對位置、航向等信息建立幾何關系,從而在線計算避障軌跡。
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無人機的定位功能是無人機自主導航的前提。機載傳感器提供的信息具有不確定性，在GNSS信號消失的情況下難以實現準確定位。因此，國內外許多研究人員提出了多種輔助定位方法。本文基于視覺航拍技術，首先對航拍圖像進行預處理，提取圖像特征信息，然后采用粒子濾波技術提高定位精度。近年來，無人機視覺定位技術在理論研究方面取得了長足的進步，部分成果已進入市場階段，在特殊環境下表現出良好的實用性。
軍事宇航網站2022年1月10日報道，近日，霍尼韋爾公司推出兩款新型韌性導航系統：霍尼韋爾緊湊型慣性導航系統和霍尼韋爾雷達測速系統，用于中小型無人機的商業和軍事航空應用，特別是超視距任務。
這些系統與霍尼韋爾合作伙伴
近年來，隨著視覺導航概念、理論和方法的不斷更新和完善，視覺導航已成為無人機自主導航的重要研究領域之一。
視覺導航的研究最初受到巡航導彈中地形輪廓匹配制導系統的啟發。但是，無人機的飛行環境不一定是光照充足的理想環境。無人機在陰天或夜間飛行時，由于光線減少，相機會捕捉到低光圖像，嚴重影響圖像質量，如對比度低、能見度低等。
近年來，隨著視覺導航概念、理論和方法的不斷更新和完善，視覺導航已成為無人機自主導航的重要研究領域之一。
視覺導航的研究最初受到巡航導彈中地形輪廓匹配制導系統的啟發。但是，無人機的飛行環境不一定是光照充足的理想環境。無人機在陰天或夜間飛行時，由于光線減少，相機會捕捉到低光圖像，嚴重影響圖像質量，如對比度低、能見度低等。
無人機飛控系統軟件總體設計
飛控系統軟件設計基本要求是：
1)具有采集功能：能夠采集傳感器的值, 控制信號值和舵機當前狀態值;
2)具有姿態解算功能：解算出當前無人機的姿態值;
3)具有控制率計算功能：根據不同任務解算不同控制信號, 實現無人機自主導航
11月25日，國網重慶永川供電公司輸變電運檢中心在220千伏茶電變電站，利用無人機對變電站內設備開展日常巡視和紅外檢測工作。同時，永川公司作為重慶電力變電站無人機試點單位之一，圓滿完成了轄區內全部39座戶外變電站的三維數字模型采集和航線規劃等工作。
試點期間，永川公司創新應用了基于傾斜攝影的變電站三維模型采集，點云航線安全校驗等技術，制定了一種安全可靠
李安醍，武丁杰，李誠龍
(中國民用航空飛行學院，四川 廣漢 618000)
摘 要：隨著民用無人機技術的廣泛應用，將無人機融入國家空域，與有人機共享空域在低空開展飛行任務的做法已成為今后發展的趨勢。無人機“感知避讓”系統對于未來在融合空域內安全航行起著至關重要的作用，其中,自主避障算法是保證整個系統高效運行的關鍵部分。目前，對無人機自主避障算法的研究已經十分深入。根據避障算法的特點和避障機制對現有的避障算法進行分類
另一個用途是提供給無人機的自主導航系統，也就是路徑和避障規劃系統，所以需要感知周圍環境狀態，比如障礙物的位置，相關的模塊包括測距模塊以及物體檢測、追蹤模塊等。
本文來源：電網智囊團
首先以常規動力和新能源動力分類，總結了當前國內外長航時無人機的主要型號,回顧了長航時無人機的發展歷程.然后，根據長航時無人機高升力、高升阻比和緩失速氣動需求，復合材料大展弦比機翼大柔性特征以及長航時無人機任務環境復雜等特點，總結了長航時無人機發展過程中亟需解決的關鍵技術難題，包括高效氣動綜合設計技術、大展弦比機翼氣動彈性分析和主動控制技術、復合材料氣動彈性剪裁技術、柔性飛行動力學建模和控制技術以及無人機自主導航技術等
