Over the last decade, the use of autonomous drone systems for surveying, search and rescue, or last-mile delivery has increased exponentially. With the rise of these applications comes the need for highly robust, safety-critical algorithms which can operate drones in complex and uncertain environments. Additionally, flying fast enables drones to cover more ground which in turn increases productivity and further strengthens their use case. One proxy for developing algorithms used in high-speed navigation is the task of autonomous drone racing, where researchers program drones to fly through a sequence of gates and avoid obstacles as quickly as possible using onboard sensors and limited computational power. Speeds and accelerations exceed over 80 kph and 4 g respectively, raising significant challenges across perception, planning, control, and state estimation. To achieve maximum performance, systems require real-time algorithms that are robust to motion blur, high dynamic range, model uncertainties, aerodynamic disturbances, and often unpredictable opponents. This survey covers the progression of autonomous drone racing across model-based and learning-based approaches. We provide an overview of the field, its evolution over the years, and conclude with the biggest challenges and open questions to be faced in the future.


翻译:过去十年来,自动无人驾驶飞机系统用于勘测、搜索和救援或最后一英里投送的数量呈指数增长。随着这些应用的增加,需要高度稳健的、安全关键的算法,这些算法可以在复杂和不确定的环境中操作无人驾驶飞机。此外,飞速使无人驾驶飞机能够覆盖更多的地面,从而反过来提高生产力并进一步加强其使用案例。高速导航中使用的算法的一个替代是自主的无人机竞赛任务,其中研究人员的无人驾驶飞机计划通过一系列门门来飞行,并尽可能利用机载传感器和有限的计算能力避免障碍。速度和加速速度分别超过80 kph和4 g,在感知、规划、控制和国家估计方面提出了重大挑战。为了达到最大程度的性能,系统需要实时算法,能够移动模糊、高动态范围、模型不确定性、空气动力干扰以及往往无法预测的反对者。这项调查涵盖了自动无人驾驶飞机在各种模式和基于学习的方法上进行飞行的演变过程。我们概述了实地情况、多年来的演变情况,并总结了未来面临的最大挑战和公开问题。

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