The execution of flight missions by unmanned aerial vehicles (UAV) primarily relies on navigation. In particular, the navigation pipeline has traditionally been divided into positioning and control, operating in a sequential loop. However, the existing navigation pipeline, where the positioning and control are decoupled, struggles to adapt to ubiquitous uncertainties arising from measurement noise, abrupt disturbances, and nonlinear dynamics. As a result, the navigation reliability of the UAV is significantly challenged in complex dynamic areas. For example, the ubiquitous global navigation satellite system (GNSS) positioning can be degraded by the signal reflections from surrounding high-rising buildings in complex urban areas, leading to significantly increased positioning uncertainty. An additional challenge is introduced to the control algorithm due to the complex wind disturbances in urban canyons. Given the fact that the system positioning and control are highly correlated with each other, this research proposes a **tightly joined positioning and control model (JPCM) based on factor graph optimization (FGO)**. In particular, the proposed JPCM combines sensor measurements from positioning and control constraints into a unified probabilistic factor graph. Specifically, the positioning measurements are formulated as the factors in the factor graph. In addition, the model predictive control (MPC) is also formulated as the additional factors in the factor graph. By solving the factor graph contributed by both the positioning-related factors and the MPC-based factors, the complementariness of positioning and control can be deeply exploited. Finally, we validate the effectiveness and resilience of the proposed method using a simulated quadrotor system which shows significantly improved trajectory following performance.


翻译:无人机执行飞行任务主要依赖于导航技术。传统导航流水线将定位与控制分为串行循环的两个独立模块。然而,现有解耦式导航流水线难以适应由测量噪声、突发扰动和非线性动力学引起的普遍不确定性,这使得无人机在复杂动态环境中的导航可靠性面临重大挑战。例如,城市复杂环境中高层建筑群对全球导航卫星系统(GNSS)信号的反射会导致定位精度显著下降,而为控制算法引入额外挑战的还包括城市峡谷中的复杂风场扰动。鉴于系统定位与控制存在高度相关性,本研究提出一种**基于因子图优化(FGO)的紧耦合定位与控制模型(JPCM)**。该模型将定位约束与控制约束的传感器测量值统一纳入概率因子图框架:具体而言,定位测量值被构建为因子图中的节点因子,而模型预测控制(MPC)约束则被转化为附加因子。通过求解由定位相关因子与MPC因子共同构成的因子图,可深度挖掘定位与控制的互补特性。最后,我们在仿真四旋翼系统上验证了所提方法的有效性与鲁棒性,实验结果表明该方法显著提升了轨迹跟踪性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:48
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
7+阅读 · 今天8:46
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
9+阅读 · 今天5:37
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
7+阅读 · 今天5:35
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天5:24
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员