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以下文章來源于海鷹資訊 ，作者楊文鈺 李東兵等
引 言
導(dǎo)航技術(shù)已深入到人類生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，其長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供服務(wù)是國(guó)家正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障。當(dāng)前，衛(wèi)星導(dǎo)航在各國(guó)具有全方位、多層次、寬領(lǐng)域的應(yīng)用，其他自主導(dǎo)航方式處于輔助地位。然而，衛(wèi)星導(dǎo)航存在其固有缺點(diǎn)：信號(hào)弱，且容易受到干擾和欺騙。為確保美國(guó)在定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）服務(wù)無法使用時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，2020年2月12日，美國(guó)總統(tǒng)特朗普簽訂了《通過負(fù)責(zé)任地使用PNT服務(wù)增加國(guó)家彈性》行政令，希望通過備份路基的遠(yuǎn)距離無線電導(dǎo)航系統(tǒng)（eloran）系統(tǒng)及加強(qiáng)慣性導(dǎo)航等資金投入，為國(guó)家PNT增加彈性。
2020年，在各國(guó)政府、公司和組織等的支持下，不依賴衛(wèi)星的導(dǎo)航技術(shù)取得一定進(jìn)展。本文對(duì)受到關(guān)注最多、應(yīng)用領(lǐng)域最廣的慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行介紹，并總結(jié)視覺導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、數(shù)據(jù)庫匹配導(dǎo)航、仿生導(dǎo)航、量子導(dǎo)航和協(xié)同導(dǎo)航在2020年的研究進(jìn)展，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。
NO.1
慣性導(dǎo)航
通過測(cè)量速度和加速度等參數(shù)，并對(duì)測(cè)得參數(shù)進(jìn)行積分運(yùn)算，慣性導(dǎo)航可以實(shí)時(shí)獲取物體的位置和速度信息。由于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）通常內(nèi)置在待測(cè)物體中，通過自身傳感器獲得待測(cè)信息，不依賴于衛(wèi)星等外部條件，對(duì)外界變化不敏感。
近年來，隨著現(xiàn)代物理學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、先進(jìn)微加工藝技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，慣性技術(shù)取得了一定的進(jìn)步。
目前，慣性導(dǎo)航市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位的研究機(jī)構(gòu)有諾格公司、霍尼韋爾公司、賽峰公司、雷錫恩公司、L3 Harris公司等。KVH公司、iXblue公司、Civitanavi公司等也參與了競(jìng)爭(zhēng)，但市場(chǎng)份額較小。2020年，未出現(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)力的公司加入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，但隨著慣性技術(shù)涉及的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)市場(chǎng)上還會(huì)從各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域涌現(xiàn)出新的競(jìng)爭(zhēng)者。
（1）精度要求引領(lǐng)著慣性元器件不斷進(jìn)步，也同時(shí)推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。高精度慣性元器件使用的領(lǐng)域更加廣闊，同時(shí)，其體積和質(zhì)量進(jìn)一步減小。
2020年2月，慣性實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了其產(chǎn)品雙天線慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS-DL）的研究報(bào)告。INS-DL可實(shí)現(xiàn)1cm的位置精度和0.05°的航向、俯仰和滾轉(zhuǎn)精度，可為OpenWorks工程公司反無人駕駛系統(tǒng)的SkyWall自動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)提供精確的位置和方向，使系統(tǒng)在高度動(dòng)態(tài)的條件下也能正常運(yùn)行。
2020年11月，慣性實(shí)驗(yàn)室發(fā)布緊湊型工業(yè)級(jí)慣性測(cè)量單元（IMU）產(chǎn)品Kernel-100，其三軸微機(jī)電（MEMS）加速度計(jì)具有小于10 μg的偏置運(yùn)行穩(wěn)定性，三軸MEMS陀螺儀具有小于2 (°)/ h的偏置運(yùn)行穩(wěn)定性。借助連續(xù)的內(nèi)置測(cè)試、可配置的通信協(xié)議、電磁干擾保護(hù)和靈活的輸入功率要求，Kernel-100可以集成到運(yùn)動(dòng)參考單元、AHRS，以及GPS輔助INS中。
2020年8月，VectorNav公司推出了其戰(zhàn)術(shù)嵌入式慣性系統(tǒng)產(chǎn)品，包括戰(zhàn)術(shù)級(jí)IMU和多頻段全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）輔助INS，如圖1所示。產(chǎn)品質(zhì)量?jī)H為15 g，結(jié)構(gòu)緊湊，可提供毫弧度的姿態(tài)精度和厘米級(jí)的定位能力。應(yīng)用程序包括框架式情報(bào)、監(jiān)視和偵察（ISR）有效載荷、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、高精度激光雷達(dá)測(cè)繪和攝影測(cè)量。戰(zhàn)術(shù)嵌入式傳感器還支持用于ISR、電子戰(zhàn)、彈藥和無人機(jī)導(dǎo)航的外部防欺騙GPS模塊。
圖1 VectorNav公司的戰(zhàn)術(shù)嵌入式慣性系統(tǒng)產(chǎn)品
（2）體積、重量、功耗和成本等綜合性能不斷優(yōu)化，加工工藝不斷提高。對(duì)于具體的慣性陀螺、加速度計(jì)等，研究進(jìn)展體現(xiàn)在工藝的進(jìn)步，品質(zhì)因子的不斷提高以及抗沖擊、振動(dòng)等力學(xué)性能的不斷提升。
2020年8月，SBG系統(tǒng)公司的Ekinox2-D雙天線GNSS輔助INS已集成到波蘭第一艘自主水文勘測(cè)無人水面艦艇（USV）中，設(shè)計(jì)用于大型船只難以或無法達(dá)到的水域進(jìn)行水文測(cè)量。該產(chǎn)品尺寸、重量和功率（SWaP）低，占用空間小，擁有IP68防護(hù)等級(jí)的堅(jiān)固外殼，可有效適用于空間受限、復(fù)雜的地形。
（3）INS與GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)在精度、性能和可靠性等多個(gè)方面均優(yōu)于單獨(dú)的子系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用前景，根據(jù)政府采購(gòu)和民用市場(chǎng)需求，各個(gè)公司不斷推出新產(chǎn)品，并對(duì)性能進(jìn)行優(yōu)化。
除前述VectorNav公司和SBG系統(tǒng)公司外，2020年4月，角斗士技術(shù)公司推出小型高性能GNSS/INS，高性能LandMark 60 INS/GPS（如圖2）和緊湊型LandMark 005 INS/GPS（如圖3）產(chǎn)品，均具有先進(jìn)的傳感器融合技術(shù)，將GNSS位置數(shù)據(jù)與低噪聲、高輸出慣性傳感器以及氣壓計(jì)、磁力計(jì)結(jié)合在一起；均具有擴(kuò)展卡爾曼濾波器，可在短期GPS中斷期間提供精確的位置信息，精度達(dá)2 nmile/h。
圖2 Landmark 60 GNSS/INS
圖3 Landmark 005 GNSS/INS
2020年5月，運(yùn)動(dòng)跟蹤模塊制造商Xsens公司集成了GNSS輔助INS的模塊，推出MTi-680G，如圖4所示。其集成內(nèi)部實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)（RTK）功能可將標(biāo)準(zhǔn)商用GNSS接收機(jī)中的最大定位誤差從±1 m降低到±2 cm，具有厘米級(jí)精確定位功能，包含RTK GNSS接收器以及同步的三維姿態(tài)和航向輸出。MTi-680G專為無人機(jī)、機(jī)器人和無人系統(tǒng)等應(yīng)用設(shè)計(jì)，可提供高達(dá)400 Hz的全面定位和導(dǎo)航輸出。
圖4 MTi-680G
NO.2
其他導(dǎo)航
2.1視覺導(dǎo)航
視覺導(dǎo)航通過攝像機(jī)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行圖像采集、濾波和計(jì)算，完成自身位置確定和面向目標(biāo)的路徑規(guī)劃，并做出導(dǎo)航?jīng)Q策。近年來，視覺導(dǎo)航提取圖像、無線電信號(hào)等環(huán)境信息進(jìn)行分析，結(jié)合圖像數(shù)據(jù)、數(shù)字地形數(shù)據(jù)完成定位和路徑規(guī)劃，常用于輔助慣性導(dǎo)航。視覺導(dǎo)航的主要研究機(jī)構(gòu)有Draper試驗(yàn)室、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、Autonomous System 實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人感知試驗(yàn)室、多自主機(jī)器人系統(tǒng)試驗(yàn)室等。
2020年，視覺導(dǎo)航的研究進(jìn)展主要體現(xiàn)在算法優(yōu)化方面，算法的優(yōu)化可提高視覺導(dǎo)航精度，增加不可見環(huán)境的導(dǎo)航成功率，增強(qiáng)了視覺導(dǎo)航的自主性。
2020年1月，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校、微軟雷蒙德研究院和杜克大學(xué)的學(xué)者研究了視覺語言導(dǎo)航任務(wù)中的三個(gè)關(guān)鍵問題：跨模態(tài)接地、不適定反饋和泛化問題。研究提出了一種強(qiáng)化跨模態(tài)匹配（RCM）方法。結(jié)果表明，RCM模型將SPL指標(biāo)提高了10%。為提高學(xué)習(xí)策略的泛化性，研究進(jìn)一步引入自我監(jiān)督的模仿學(xué)習(xí)方法，減少了可見環(huán)境和不可見環(huán)境之間的成功率差距（從30.7％縮小到11.7％）。
2020年4月，無人機(jī)導(dǎo)航公司研發(fā)的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)旨在減少航位推算導(dǎo)航中積累的位置誤差，該系統(tǒng)在實(shí)時(shí)飛行條件的初步測(cè)試中取得了成功。該系統(tǒng)可提高無GNSS信號(hào)的導(dǎo)航性能，總漂移小于行駛距離的1%，消除與時(shí)間相關(guān)的漂移。
2020年7月，Inertial Sense公司展示了其用于自主導(dǎo)航的Luna軟件平臺(tái)。Luna平臺(tái)可提供有關(guān)機(jī)器人位置、性能和路徑的高精度信息，可用于監(jiān)視和控制單個(gè)機(jī)器人或整個(gè)車隊(duì)。Luna結(jié)合了來自各種傳感器（包括相機(jī)、INS和GPS）的輸入，并使用復(fù)雜的視覺處理、地圖繪制和對(duì)象檢測(cè)算法來提供精確導(dǎo)航，路徑和圖案跟隨精度為6~10 cm。
2.2數(shù)據(jù)庫匹配導(dǎo)航
在數(shù)據(jù)庫匹配導(dǎo)航方式中，各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)于設(shè)備中，傳感器感知到的各類信息與預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到導(dǎo)航與定位信息。通過計(jì)算機(jī)的內(nèi)置匹配算法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的比較。因此，數(shù)據(jù)庫匹配導(dǎo)航的精度依賴于傳感器感知、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)以及匹配算法。按照數(shù)據(jù)庫類型，數(shù)據(jù)庫匹配導(dǎo)航包括地磁匹配、重力匹配、地形匹配、景象匹配等。
數(shù)據(jù)庫匹配導(dǎo)航的主要研究機(jī)構(gòu)有Draper試驗(yàn)室、美國(guó)宇航局（NASA）、慣性試驗(yàn)室、Micro-G Lacoste公司等。
2020年，地形匹配技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，成功提高了NASA的火星車在選點(diǎn)降落過程中的定位精度，地磁匹配導(dǎo)航技術(shù)的精度進(jìn)一步提升，已達(dá)到略低于衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精度。
2020年2月，NASA毅力火星車搭乘阿特拉斯-5型運(yùn)載火箭發(fā)射升空，在著陸與探測(cè)任務(wù)中，利用地形匹配導(dǎo)航技術(shù)，毅力號(hào)將實(shí)時(shí)地形圖與預(yù)存的地圖進(jìn)行比較，以確定降落點(diǎn)周圍的環(huán)境，躲開降落過程中可能遇到的陡坡和大型巖石。在之前的任務(wù)中，根據(jù)深空網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)，初步估算其相對(duì)于地面的位置，估算誤差約為1~2 km，在進(jìn)入大氣期間估算誤差增長(zhǎng)到約2~3 km。利用地形相關(guān)導(dǎo)航技術(shù)，毅力火星車?yán)媒德鋫憬德洌┰交鹦谴髿鈺r(shí)估算自己的位置，定位精度可達(dá)60 m。
2020年8月，美空軍地磁導(dǎo)航技術(shù)取得進(jìn)展。美國(guó)空軍聯(lián)合麻省理工學(xué)院，研究利用地球磁場(chǎng)為飛機(jī)等軍用載具提供導(dǎo)航。研究結(jié)果顯示，地磁導(dǎo)航定位精度可精確至10 m，略低于GPS的3 m精度。但相比GPS，地磁導(dǎo)航的信號(hào)非常穩(wěn)定，被干擾可能性低，更不可能被摧毀。聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)中的戴維·雅各布空軍少校稱，只有核爆炸規(guī)模的干擾才能影響到地磁信號(hào)。
2.3仿生導(dǎo)航
仿生導(dǎo)航即模仿生物導(dǎo)航的機(jī)理，涉及生命認(rèn)知科學(xué)以及相關(guān)算法。相應(yīng)地，仿生導(dǎo)航研究方向分為仿生傳感器技術(shù)與仿生導(dǎo)航算法。2020年，光學(xué)、聲學(xué)原理的仿生傳感器有所突破，作為仿生導(dǎo)航難點(diǎn)的算法尚無重大進(jìn)展。仿生導(dǎo)航的主要研究機(jī)構(gòu)有法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心、英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)、美國(guó)波士頓大學(xué)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)、印度國(guó)家技術(shù)研究所等。
仿生傳感器主要有仿生光羅盤、仿生磁羅盤、仿生眼和仿生聲吶等。2020年，仿生光導(dǎo)航和仿生聲吶均取得進(jìn)展。2020年1月，波士頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《PLoS Computational Biology》期刊上發(fā)表了其對(duì)閉環(huán)虛擬森林中鷹蛾飛行軌跡的研究。研究表明，飛蛾在很大程度上依靠光流來導(dǎo)航，而不是明確觀察場(chǎng)景中各種障礙物的位置，飛蛾的導(dǎo)航策略可以用于設(shè)計(jì)無人機(jī)控制策略。
仿生聲吶方面，2020年1月，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》刊載了來自德國(guó)埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)、比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)和荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的研究成果。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種由蝙蝠式聲吶傳感器和花卉式聲吶反射裝置組成的仿生聲吶系統(tǒng)，并在原理驗(yàn)證試驗(yàn)中演示了它們的功能。結(jié)果顯示，花卉式聲吶反射裝置可以提高蝙蝠式聲吶傳感器引導(dǎo)機(jī)器人的導(dǎo)航效率，即使在復(fù)雜環(huán)境中，傳感器也能可靠地檢測(cè)到這些反射裝置。
2.4量子導(dǎo)航
量子導(dǎo)航可以分成無源導(dǎo)航和有源導(dǎo)航兩種。由于量子有源導(dǎo)航的定位過程通常使用衛(wèi)星作為信號(hào)源，本文主要研究使用量子傳感器設(shè)備進(jìn)行定位的量子無源導(dǎo)航系統(tǒng)。
量子無源導(dǎo)航系統(tǒng)中，量子導(dǎo)航傳感器、計(jì)時(shí)器是核心模塊，它們的性能直接影響系統(tǒng)的導(dǎo)航能力。2020年8月6日，由伯明翰大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的英國(guó)量子技術(shù)中心傳感器與授時(shí)領(lǐng)域的研究人員設(shè)計(jì)一種使量子傳感系統(tǒng)小型化的方法，使用光學(xué)超表面來減少激光傳輸系統(tǒng)的尺寸，其介電超表面光學(xué)芯片冷原子裝置如圖5所示，該研究發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
圖5 介電超表面光學(xué)芯片冷原子裝置示意圖
2020年1月，澳大利亞的Q-CTRL公司和Advanced Navigation公司建立了合作伙伴關(guān)系，從2020年7月起，這兩個(gè)組織將進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)開發(fā)，以支持量子傳感領(lǐng)域的合作研究與開發(fā)以支持民用和國(guó)防市場(chǎng)，重點(diǎn)是量子增強(qiáng)的精確導(dǎo)航和授時(shí)。2020年8月，美空軍研究試驗(yàn)室在Beta SAM網(wǎng)站上發(fā)布消息稱，試驗(yàn)室將制定空軍的量子信息科技戰(zhàn)略，重點(diǎn)是開發(fā)、演示和部署量子系統(tǒng)。其應(yīng)用的關(guān)鍵領(lǐng)域包括計(jì)算，傳感通信，網(wǎng)絡(luò)以及定位，導(dǎo)航和授時(shí)。
量子磁力計(jì)的發(fā)展尤其受到國(guó)外研究機(jī)構(gòu)重視。2020年4月，美國(guó)市場(chǎng)調(diào)研公司發(fā)布了第一份分析量子磁力計(jì)市場(chǎng)的行業(yè)分析報(bào)告《量子磁力計(jì)全球市場(chǎng)：2020～2029年》。報(bào)告研究了驅(qū)動(dòng)量子磁力計(jì)市場(chǎng)的技術(shù)和市場(chǎng)因素。公司認(rèn)為，在醫(yī)學(xué)、軍事和地球物理應(yīng)用方面，到2025年，市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)會(huì)增長(zhǎng)到7億美元以上。2020年5月，美國(guó)空軍研究試驗(yàn)室4位研究員成立小組以尋找用于磁力計(jì)的量子材料。目前，研究試驗(yàn)室正資助麻省理工學(xué)院林肯試驗(yàn)室研究磁力計(jì)的原型。電子工程師邁克爾博士表示，他們希望在2021年演示原型設(shè)備。
2.5協(xié)同導(dǎo)航
隨著飛行器編隊(duì)、機(jī)器人編隊(duì)等執(zhí)行任務(wù)的優(yōu)勢(shì)日益突出，協(xié)同導(dǎo)航成為研究熱點(diǎn)。協(xié)同導(dǎo)航的研究可以大致分為兩個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)航方法和協(xié)同方式。
導(dǎo)航方法的發(fā)展主要依賴于各細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，即本章其他小節(jié)涉及技術(shù)的進(jìn)步以及第一章慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展。協(xié)同方式的研究重點(diǎn)在于初步自組網(wǎng)完成之后，根據(jù)環(huán)境和任務(wù)的變化，系統(tǒng)不斷改變編隊(duì)方式，保證后續(xù)任務(wù)高效完成。2020年，協(xié)同方式的研究重點(diǎn)是降低成本、提高效率。
2020年3月，新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)、莫拉圖瓦大學(xué)和南洋理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種協(xié)同同步定位與構(gòu)圖技術(shù)，該技術(shù)利用低成本和低計(jì)算量的傳感器，借助現(xiàn)代建筑物通常具有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)覆蓋實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。2020年5月，德國(guó)Weimar Bauhaus大學(xué)的研究者通過改進(jìn)多射線跳躍技術(shù)將導(dǎo)航對(duì)象分為兩個(gè)分布式團(tuán)隊(duì)，提高了協(xié)同導(dǎo)航效率。
NO.3
導(dǎo)航技術(shù)未來發(fā)展方向分析
3.1深海導(dǎo)航技術(shù)不斷深入發(fā)展
深海感知、導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展具有較大發(fā)展空間。未來，結(jié)合光學(xué)陀螺儀、無線電羅盤、聲吶等多學(xué)科導(dǎo)航技術(shù)的深海導(dǎo)航將成為重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。
DARPA啟動(dòng)于2019年的垂釣者（Angler）項(xiàng)目旨在研發(fā)水下機(jī)器人系統(tǒng)，這些機(jī)器人可在黑暗、湍流海況下執(zhí)行搜索、維修等任務(wù)，其關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)包括高分辨率傳感技術(shù)、未知參數(shù)物體的感知和操縱策略，以及長(zhǎng)時(shí)間自主控制方法。2020年，該項(xiàng)目從設(shè)計(jì)階段進(jìn)入測(cè)試階段，其機(jī)器人子系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室和仿真環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。該項(xiàng)目預(yù)期在2021年在具有代表性的海洋環(huán)境中完成機(jī)器人集成系統(tǒng)的封裝測(cè)試。
3.2人工智能技術(shù)在導(dǎo)航系統(tǒng)中將占據(jù)重要地位
未來，以人工智能為核心、智能傳感器系統(tǒng)為先導(dǎo)的智能導(dǎo)航技術(shù)將為航空航天、兵器船舶等提供更加便利的導(dǎo)航定位選擇。智能導(dǎo)航的研究領(lǐng)域主要包括智能感知和智能輔助決策算法。
技術(shù)應(yīng)用方面，智能導(dǎo)航在感知方面分成語音和視覺兩個(gè)方向。2020年初，TNAV公司擴(kuò)大與亞馬遜合作，能夠?qū)崿F(xiàn)通過Alexa語音進(jìn)行導(dǎo)航，在接收質(zhì)量差或沒有信號(hào)的地方為駕駛員提供了智能導(dǎo)航。2020年4月，韓國(guó)最大的造船廠現(xiàn)代重工集團(tuán)宣布，已成功在25t散貨船上安裝了現(xiàn)代智能導(dǎo)航輔助系統(tǒng)（HiNAS）。智能感知方面，仍需重點(diǎn)突破精確感知機(jī)理、點(diǎn)云無縫融合等關(guān)鍵技術(shù)。
公司人事調(diào)動(dòng)方面，2020年1月，BAE系統(tǒng)公司任命Ravi Ravichandran博士為公司情報(bào)與安全部門的副總裁兼首席技術(shù)官，將專注于擴(kuò)展在人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、企業(yè)IT現(xiàn)代化和系統(tǒng)維護(hù)方面的前沿技術(shù)。這一任命體現(xiàn)了BAE公司對(duì)前沿技術(shù)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)未來應(yīng)用的提前布局。
3.3室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用不斷普及
在未來，智能城市的實(shí)現(xiàn)離不開室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)的輔助，室內(nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用將隨著其重要性的提高而逐漸得到普及。發(fā)展精度性高、成本低、普適性的室內(nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)始終是國(guó)外研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。
2020年8月，印度基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)研究與管理研究所提出了一種基于接收信號(hào)強(qiáng)度指數(shù)（RSSI）的機(jī)器人定位、路徑規(guī)劃和計(jì)算機(jī)視覺決策系統(tǒng)，采用的無線局域網(wǎng)發(fā)射設(shè)備具有固定的發(fā)射功率，接收端根據(jù)周圍環(huán)境得到不同的信號(hào)強(qiáng)度值。該方法每1.6m測(cè)量3個(gè)固定發(fā)射單元的RSSI值，并通過分類器進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在室內(nèi)區(qū)域的定位。導(dǎo)航完成后，機(jī)器人分別利用目標(biāo)識(shí)別和基于人臉識(shí)別的分類方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分析。
2020年8月，德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)提出了基于粒子濾波的四錨節(jié)點(diǎn)三維時(shí)差定位方法，研究了基于四錨點(diǎn)到達(dá)時(shí)差（TDoA）的粒子濾波三維定位問題。所實(shí)現(xiàn)的粒子濾波器使用1000個(gè)粒子來表示感興趣的概率密度函數(shù)。在預(yù)測(cè)步驟中，使用重采樣過程生成粒子，TDoA測(cè)量用于確定每個(gè)粒子的權(quán)重，以更新后驗(yàn)概率密度函數(shù)和估計(jì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。
3.4微小飛行器導(dǎo)航技術(shù)向自主化、智能化發(fā)展
微小型飛行器的飛行環(huán)境主要集中于幾百米之內(nèi)的低空室外環(huán)境以及復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境。在室內(nèi)環(huán)境下，物品擺放使得結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜，飛行空間不規(guī)則；在室外環(huán)境下，存在固定障礙如建筑、電線，也存在隨機(jī)出現(xiàn)的障礙如行人、車輛等，飛行環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)一步提高。
由于微小型飛行器的飛行環(huán)境復(fù)雜，環(huán)境感知能力、飛行安全性與可靠性是技術(shù)研發(fā)的重要內(nèi)容。此外，微小型飛行器的工作場(chǎng)景往往使得單一的導(dǎo)航方式受限，高大建筑群使得衛(wèi)星導(dǎo)航方式受限，氣候發(fā)生變化，如發(fā)生溫度變化，光照變化，氣流擾動(dòng)時(shí)，容易使接收響應(yīng)信息的傳感器受到影響，單一的定位導(dǎo)航方式難以滿足其在復(fù)雜飛行環(huán)境下可靠穩(wěn)定工作的需求，所以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的估計(jì)微小型飛行器在復(fù)雜環(huán)境中的位姿問題是飛行器穩(wěn)定工作的重要保障。
綜合可見，微小型飛行器環(huán)境感知及自主導(dǎo)航技術(shù)是其具備自主避障，目標(biāo)跟蹤，路徑規(guī)劃等功能的重要前提，是其完成如自主偵察，環(huán)境探測(cè)等更復(fù)雜，更多樣任務(wù)的重要保證，是微小型飛行器自主化，智能化的關(guān)鍵。
美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室研制出了近身隱蔽式自主一次性飛機(jī)微型無人滑翔機(jī)的最新變種蟬mk5。已經(jīng)為蟬mk5開發(fā)了導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)從發(fā)射到著陸的全自動(dòng)飛行。2019年11月，美國(guó)國(guó)防部美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室Kahn等人在《Journal of guidance, control, and dynamics》期刊上介紹了導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)利用三軸速率陀螺儀和全球定位系統(tǒng)接收機(jī)提供的信息來估計(jì)位置、速度、偏差修正后的體軸角速率、橫搖姿態(tài)、風(fēng)速和風(fēng)向。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠跟蹤到預(yù)先編程的目標(biāo)位置，環(huán)繞該位置運(yùn)行，并在該位置執(zhí)行精確著陸。論文同時(shí)介紹了控制滾轉(zhuǎn)姿態(tài)和飛行軌跡角的控制器，包括用于恢復(fù)蟬mk5在空中部署期間意外旋轉(zhuǎn)的技術(shù)；給出了飛行試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了蟬mk5在飛行和精確著陸過程中的飛行剖面。
結(jié)束語
不依賴衛(wèi)星的導(dǎo)航技術(shù)日益成為各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)。當(dāng)前，世界軍事大國(guó)均已基本完成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)施部署，且都基本具備了干擾他國(guó)衛(wèi)星信號(hào)的能力。下一階段，在不斷完善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的同時(shí)，不依賴衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)成為工作重點(diǎn)。由于PNT領(lǐng)域?qū)τ趪?guó)計(jì)民生的重要意義，美國(guó)已連續(xù)發(fā)布相關(guān)領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃，俄羅斯、歐盟等也紛紛啟動(dòng)相關(guān)項(xiàng)目，但項(xiàng)目總投入與美國(guó)差距仍然較大。
針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和使用環(huán)境，以慣性導(dǎo)航為主，視覺導(dǎo)航、協(xié)同導(dǎo)航等輔助導(dǎo)航方式不斷取得進(jìn)展，各項(xiàng)性能參數(shù)不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，為飛行器、車輛等提供了導(dǎo)航多樣化選擇。量子導(dǎo)航、仿生導(dǎo)航等尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段的導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)品也初露端倪，具備未來應(yīng)用的巨大潛力。
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