Neuromorphic Camera 帮助无人机在没有 GPS 的情况下导航

基于卫星的导航是大多数现代定位系统的基石，但并非总是值得信赖。两家公司现在正在联手通过将神经形态传感技术与惯性导航系统 （INS） 融合来为无人机创建无 GPS 导航系统。

GPS 依靠与卫星网络进行无线通信的接收器单元，以令人难以置信的精度对用户的位置进行三角测量。但这些信号容易受到大型建筑物、茂密树叶或极端天气的干扰，甚至可以使用欺骗性的无线电信号故意干扰。

这促使设计了可在 GPS 故障时使用的替代导航方法，但它们有局限性。INS 使用加速度计和陀螺仪等传感器从已知起点跟踪车辆的位置。然而，小的测量误差会随着时间的推移而累积，最终会导致定位精度逐渐漂移。视觉导航系统使用摄像头扫描飞机下方的地形并找出它的位置，但这需要大量的计算和数据资源，这使得更小、更便宜的车辆无法获得。

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“这两件事结合在一起，确实巧妙地解决了在具有挑战性、没有GPS的环境中导航的问题。你可以在很长的时间内旅行非常长的距离。-CHRISSHAW，高级导航

现在，两家导航技术公司已经联手合并了这些方法，并实现了两全其美的优势。NILEQ 是总部位于英国布里斯托尔的英国导弹制造商 MBDA 的子公司，生产一种依赖于神经形态相机的低功耗视觉导航系统。现在，这将与澳大利亚悉尼 Advanced Navigation 开发的基于光纤的 INS 集成，以创建一个定位系统，让低成本无人机在没有 GPS 的情况下可靠地导航。

“这两件事结合在一起，确实巧妙地解决了在具有挑战性、没有 GPS 的环境中导航的问题，”Advanced Navigation 的首席执行官 Chris Shaw 说。“你可以在非常长的时间内旅行非常长的距离。”

Shaw 说，在决定车辆的导航系统时，总是需要权衡价格与性能。在无人机等低成本平台上安装昂贵、高精度的 INS 通常没有意义，但更小、更便宜的 INS 更容易出现定位漂移。“有时可能只有 10 到 20 分钟，然后你就会开始出现如此大的误差增长，以至于位置精度不够好，”Shaw 说。

放弃 GPS 转而使用相机

视觉导航系统可以通过定期向 INS 提供高精度位置更新来提供解决方法，它可以使用它来重新校准其位置。但是，这些系统中使用的高分辨率相机会产生大量数据，这必须与使用计算成本高昂的算法的庞大卫星图像数据库进行比较。在无人机等功率受限的小型飞行器上安装这些类型的计算资源通常是不可行的。

NILEQ 的系统通过使用神经形态相机显著减少了视觉导航所需的资源。受人类视网膜工作方式的启发，这些设备不捕获一系列图像，而是跟踪传感器各个像素的亮度变化。与传统相机相比，它生成的数据要少得多，运行速度也快得多。

“将神经形态相机与低成本、廉价的惯性传感器一起使用 [提供] 巨大的成本和尺寸优势。”- CHRIS SHAW，高级导航

该公司表示，其专有算法实时处理摄像头输出，为车辆经过的特定土地创建地形指纹。然后将其与存储在车辆上的卫星图像生成的地形指纹数据库进行比较。据 MBDA 未来概念主管 Phil Houghton 称，创建这些指纹的过程会压缩数据。“这意味着加载到主机平台上的数据库大小很小，实时搜索它只需要最少的计算，”他补充道。

另一方面，Houghton 说，神经形态相机目前无法使用红外线进行操作，而红外线将使夜间操作成为可能。但他说，红外神经形态相机目前正在开发中，应该会在未来几年内推出。

Shaw 说，神经形态相机比传统相机更昂贵，通常成本在 1000 美元左右。但事实是，它们可以与便宜得多的 INS 结合使用，这抵消了这一点。“一些真正高端的导航系统可能会花费数十万美元，”他说。“这种将神经形态相机与低成本、廉价的惯性传感器一起使用的方法，在成本和尺寸上都有很大的好处。”

除了提供 INS 之外，Advanced Navigation 还将使用其人工智能驱动的传感器融合软件将两种技术的输出相结合，并提供单一、可靠的位置读数，无人机的导航系统可以像使用 GPS 信号一样使用。“这个领域的很多客户都想要一些他们基本上可以插入的东西，而且没有很大的学习曲线，”Shaw 说。“他们不想要任何细节。”

Shaw 补充说，两家公司计划在今年晚些时候开始组合导航系统的飞行试验，目标是在 2025 年年中之前将产品送到客户手中。