Localization of autonomous unmanned aerial vehicles (UAVs) relies heavily on Global Navigation Satellite Systems (GNSS), which are susceptible to interference. Especially in security applications, robust localization algorithms independent of GNSS are needed to provide dependable operations of autonomous UAVs also in interfered conditions. Typical non-GNSS visual localization approaches rely on known starting pose, work only on a small-sized map, or require known flight paths before a mission starts. We consider the problem of localization with no information on initial pose or planned flight path. We propose a solution for global visual localization on a map at scale up to 100 km2, based on matching orthoprojected UAV images to satellite imagery using learned season-invariant descriptors. We show that the method is able to determine heading, latitude and longitude of the UAV at 12.6-18.7 m lateral translation error in as few as 23.2-44.4 updates from an uninformed initialization, also in situations of significant seasonal appearance difference (winter-summer) between the UAV image and the map. We evaluate the characteristics of multiple neural network architectures for generating the descriptors, and likelihood estimation methods that are able to provide fast convergence and low localization error. We also evaluate the operation of the algorithm using real UAV data and evaluate running time on a real-time embedded platform. We believe this is the first work that is able to recover the pose of an UAV at this scale and rate of convergence, while allowing significant seasonal difference between camera observations and map.


翻译:自主无人驾驶飞行器(无人驾驶飞行器)的本地化在很大程度上依赖于全球导航卫星系统(导航卫星系统),这些系统很容易受到干扰。特别是在安全应用方面,需要有独立于全球导航卫星系统的稳健本地化算法,以便在干扰的条件下提供自主无人驾驶飞行器的可靠操作。典型的非导航卫星系统视觉本地化方法依赖于已知的起装、仅使用小型地图,或者在任务开始之前需要已知的飞行路径。我们考虑本地化问题,没有关于初始表面或计划飞行路径的信息。我们提议了一个全球视觉本地化解决方案,在比例为100平方公里的地图上进行全球直观本地化。我们根据对大型无人驾驶飞行器图像进行匹配或绘制图像到卫星图像,使用学习的季节性不定的描述符。我们表明,该方法能够确定无人驾驶飞行器的航向、纬度和长度,仅12.6-18.7米的后期翻译误差,仅23.2-44.4的初始初始初始初始初始化,以及UAV图像与地图之间的季节性图像差异很大(双) 。我们评估了多个神经化网络结构结构结构的特征结构的特征特征,同时进行实时评估,而我们又能够评估了当前实时的准确定位的准确定位。

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