Аналаіз сучасних підходів до розв’язання завдань автономної навігації БПЛА
DOI:
https://doi.org/10.18372/1990-5548.88.20987Ключові слова:
автономна навігація, безпілотні літальні апарати, кореляційно-екстремальна навігація, інерціальна система, GNSS, SLAM, sensor fusionАнотація
Розвиток методів автономної навігації для безпілотних літальних апаратів (БПЛА) зумовлений необхідністю забезпечення надійного визначення положення, орієнтації та планування траєкторії без залежності від зовнішньої інфраструктури. Це завдання є особливо критичним в умовах часткової або повної невизначеності, зокрема в приміщеннях, підземних середовищах або зонах із відсутнім чи пригніченим сигналом GPS. Протягом останнього десятиліття було запропоновано та реалізовано численні підходи до автономної навігації БПЛА – від традиційних геометричних і алгоритмічних методів до інтелектуальних систем та архітектур злиття сенсорних даних. Метою статті є аналіз та систематизація сучасних підходів до автономної навігації БПЛА, а також висвітлення потенціау методів кореляційно-екстремальної навігації в умовах невизначеності. Проведено порівняльний аналіз геометричних, алгоритмічних, інтелектуальних, заснованих на злитті сенсорних даних та кореляційно-екстремальних навігаційних підходів; виконано аналіз сучасних наукових публікацій; здійснено синтез критеріїв ефективності та сценаріїв застосування. У роботі подано структурований аналіз сучасних методів навігації, їх класифікацію за принципами функціонування, а також переваги та обмеження в різних прикладних сценаріях. Особливу увагу приділено методам кореляційно-екстремальної навігації, що ґрунтуються на оптимізації функцій подібності між сенсорними даними та опорними картами. Ці методи демонструють високий потенціал для реалізації повністю автономної навігації в умовах відсутності або пригнічення супутникових сигналів. Кореляційно-екстремальна навігація є перспективним напрямом для досягнення високого рівня автономності БПЛА в складних і невизначених умовах експлуатації.
Посилання
P. Yue, J. Xin, Y. Huang, J. Zhao, C. Zhang, W. Chen, and M. Shan, “UAV autonomous navigation system based on air–ground collaboration in GPS-denied environments,” Drones, vol. 9, no. 6, p. 442, 2025. https://doi.org/10.3390/drones9060442
I. Jarraya, A. Al-Batati, M. B. Kadri, M. Abdelkader, A. Ammar, W. Boulila, and A. Koubaa, “GNSS-denied unmanned aerial vehicle navigation: analyzing computational complexity, sensor fusion, and localization methodologies,” Satellite Navigation, vol. 6, Art. 9, 2025. https://doi.org/10.1186/s43020-025-00162-z
Y. Yang, J. Khalife, J. Morales, and Z. M. Kassas, “UAV waypoint opportunistic navigation in GNSS-denied environments,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., 2022.
H. Y. Lin and L. Y. Chen, “GNSS-denied UAV localization with satellite and aerial image matching,” SSRN, 2024.
C. Cadena, L. Carlone, H. Carrillo, Y. Latif, D. Scaramuzza, J. Neira, I. Reid, and J. J. Leonard, “Past, present, and future of simultaneous localization and mapping: Toward the robust-perception age,” IEEE Trans. Robot., vol. 32, no. 6, pp. 1309–1332, 2016. https://doi.org/10.1109/TRO.2016.2624754
H. Durrant-Whyte and T. Bailey, “Simultaneous localization and mapping: Part I,” IEEE Robot. Autom. Mag., vol. 13, no. 2, pp. 99–110, 2006. https://doi.org/10.1109/MRA.2006.1638022
T. Cozzens, “UAV navigation releases visual navigation system for GNSS-denied environments,” GPS World, 2022.
J. Engel, V. Koltun, and D. Cremers, “Direct sparse odometry,” IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., vol. 40, no. 3, pp. 611–625, 2018. https://doi.org/10.1109/TPAMI.2017.2658577
O. Khatib, “Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots,” Int. J. Robot. Res., vol. 5, no. 1, pp. 90–98, 1986. https://doi.org/10.1177/027836498600500106
J. M. Mendel, “Fuzzy logic systems for engineering: A tutorial,” Proc. IEEE, vol. 83, no. 3, pp. 345–377, 1995. https://doi.org/10.1109/5.364486
E. William, “UAV navigation in GNSS-denied environment using radio beacons and onboard sensor fusion,” Master’s thesis, Linköping Univ., 2024.
R. Sydorenko, O. Sotnikov, Y. Kozhushko, and D. Babenko, “Substitution of optimization criteria for UAV information processing systems,” Vyprobuvannia ta sertyfikatsiia, vol. 4, no. 6, pp. 45–52, 2025. https://doi.org/10.37701/ts.06.2024.06
V. Kharchenko and M. Mukhina, “Correlation-extreme visual navigation of unmanned aircraft systems based on speed-up robust features,” Aviation, vol. 18, no. 2, pp. 80–85, 2014. https://doi.org/10.3846/16487788.2014.926645
A. I. Mourikis, N. Trawny, and S. I. Roumeliotis, “Vision-aided inertial navigation for precise planetary landing,” IEEE Trans. Robot., vol. 25, no. 2, 2009.
B. Van Pham et al., “Vision-based absolute navigation for descent and landing,” IEEE Robot. Autom. Mag., 2012. https://doi.org/10.1002/rob.21406
I. Jarraya et al., “GNSS-denied unmanned aerial vehicle navigation: analyzing methods, sensors, and algorithms,” Satellite Navigation, vol. 6, Art. 9, 2025.
A. E. Johnson et al., “Implementation of a map relative localization system for Mars Science Laboratory EDL,” AIAA J., 2023.
C. Wang, T. Ji, T.-M. Nguyen, and L. Xie, “Correlation flow: robust optical flow using kernel cross-correlators,” arXiv preprint, 2018. arXiv:1802.07078.
H. Liu et al., “A survey of sensors-based autonomous UAV localization techniques,” Complex & Intelligent Systems, 2025.
F. Yao et al., “GNSS-denied geolocalization of UAVs using terrain-weighted constraint optimization,” Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf., vol. 134, Art. 104129, 2024. https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.104129
Y. Chang et al., “A review of UAV autonomous navigation in GPS-denied environments,” Aerosp. Sci. Technol., 2023.
L. Zhang et al., “Collaborative integrated navigation for UAVs: modeling and mitigating uncertainties,” Sensors, vol. 25, no. 3, Art. 617, 2025. https://www.mdpi.com/1424-8220/25/3/617
Inertial navigation systems for UAV: uncertainty and error measurements, 2020.
T. Elmokadem et al., “Toward fully autonomous UAVs: a survey,” Computers, Materials & Continua, 2021.
J. Rosen et al., “Advances in inference and representation for SLAM,” arXiv preprint, 2021.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Науковий журнал "Електроніка та системи управління" дотримується принципів відкритого доступу (Open Access) та забезпечує вільний, негайний і постійний доступ до всіх опублікованих матеріалів без фінансових, технічних або юридичних обмежень для читачів.
Усі статті публікуються у відкритому доступі відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
Авторські права
Автори, які публікують свої роботи в журналі ""Електроніка та системи управління":
-
зберігають за собою авторські права на свої публікації;
-
надають журналу право на перше опублікування статті;
-
погоджуються на поширення матеріалів за ліцензією CC BY 4.0;
-
мають право повторно використовувати, архівувати та поширювати свої роботи (у тому числі в інституційних та тематичних репозитаріях) за умови посилання на первинну публікацію в журналі.
