Вчені навчили дронів розуміти положення без GPS та камер

Дослідники з Prince Sul­tan Uni­ver­si­ty розробили систему навігації для безпілотників під назвою CLAK, яка дозволяє визначати місцеположення апарата без супутникового сигналу та без камер. Для цього використовуються виключно бортові датчики — лідар, барометр і модуль інерціальних вимірювань.

Основна проблема, яку вирішує розробка, — нестабільність GPS у складних умовах. Тунелі, щільна міська забудова, ліс, гірська місцевість, закриті приміщення та зони бойових дій — усе це середовища, де супутниковий сигнал слабшає, зникає або навмисно пригнічується. Камери теж не завжди є альтернативою: вони залежать від освещення, контрасту та обчислювальних ресурсів, а в темряві, тумані або одноманітному середовищі їхня надійність різко падає.

Замість звичного поєднання GPS та комп’ютерного зору CLAK покладається на штучний інтелект, який аналізує дані лідара, барометра та інерціальних сенсорів і обчислює широту, довготу та висоту апарата. По суті, безпілотник учиться розуміти власний рух, спираючись на те, що «відчуває» сам.

Архітектура моделі складається з кількох послідовних блоків. Спочатку згорткові шари виокремлюють корисні закономірності з потоку даних датчиків. Потім двонаправлені мережі LSTM аналізують динаміку руху в часі. Механізм уваги відбирає найважливіші фрагменти даних, а мережа Колмогорова-Арнольда формує фінальну оцінку положення. Разом це утворює єдиний конвеєр, що враховує як поточну картину, так і попередній рух апарата.

Для навчання системи використовувалися симульовані польоти у середовищі на базі ROS2 із застосуванням Gaze­bo, PX4 та QGround­Con­trol. Щоб наблизити умови до реальних, до симуляції додали дані про рельєф регіону Ет-Таїф у Саудівській Аравії.

Результати тестування виявились суттєвими: середня абсолютна похибка позиціонування знизилася з понад трьох метрів до менш ніж одного. На окремих маршрутах похибка зменшилася більш ніж на 75%. Для автономної навігації це помітна різниця — один метр замість трьох суттєво покращує проходження вузьких зон і стабільність маршруту загалом.

Важливою перевагою системи є компактність моделі та відсутність потреби в екзотичному обладнанні. Лідар, барометр і інерціальні модулі вже широко використовуються в безпілотних системах, тому CLAK не вимагає дорогого або нестандартного заліза. Автори підкреслюють, що алгоритм розроблено з урахуванням обмежень малих дронів за обчислювальними ресурсами та енергоспоживанням.

Серед практичних сценарій застосування розробники називають рятувальні операції, інспекцію інфраструктури та військові місії — тобто ситуації, де стабільне позиціонування критично важливе, а стандартні інструменти часто відмовляють. На наступному етапі команда планує додатково знизити обчислювальне навантаження, адаптувати систему до різноманітних ландшафтів і відпрацювати кооперацію між кількома дронами для взаємного уточнення координат.