[据C4ISR网站2016年9月15日报道]
美国陆军正在寻求微小型照相机,用于视觉辅助导航,旨在帮助部队在GPS导航不可用的地方精确定位。
多平台应用据通信电子研发与工程中心高级电子工程师Katulka表示,视觉辅助导航将可能首次应用于车载技术,CERDEC已将VAN系统安装于标准车辆中,并沿着主要高速公路驾驶进行了测试。在试验中,照相机的特征检测功能可准确捕捉到路途中的一切事物,无论是高速还是低速,包括信号标识、其他车辆、树木。Katulka指出,视觉辅助导航还有可能集成到飞行器上,他说,“实际上,美国空军已经着手将视觉导航技术应用于空军平台上,而且,陆军还考虑将视觉辅助导航应用于精确制导弹药”。此外,Katulka表示,视觉辅助导航技术还有可能与当前陆军开发的其它光电作战技术协同。然而,目前的关注点仍是开发单一的技术来支持地面部队在不同类型环境下的作战。视觉辅助导航技术的主要目的和意义在于为战士在不能使用GPS信号获取定位、导航和授时信息时提供可靠、可信的位置信息来源。视觉辅助导航将被用作GPS的备份导航方案,在GPS可用或不可用的情况下都可以使用。Katulka说,早期的实验结果非常振奋人心。在近期的城市环境测试中,单兵配备的样机可以使操作员保持在由GPS和其他导航源所确定的路径轨迹附近。他说,“从相关的实验和研究中看出,样机系统的定位性能非常好,和GPS定位性能几近相同,尽管这只是限定条件下的测试情况,而不是真实地环境,然而,在某些情况下,由于商用GPS的基本限定性,由视觉辅助导航提供的定位性能甚至比商用GPS的性能更好。”具有双目照相机的视距辅助导航系统,可立体成像,只要尺寸、重量、功率和成本满足需求,可成为未来一个可行选择。例如,一个系统可随着目标随着在相机视角之间的偏移变化提供3D成像,并提供目前单目照相机系统所不能提供的深度/距离信息。持续研究视觉辅助导航项目目前仍处于早期的研发阶段,只建立了少数的先进实验室原型系统。Katulka说,“实验室研究和现场试验目前正在进行中,并将在接下来几年持续研究,而且会不断提高复杂程度。”Katulka经过观察表示,由于多种变化因素需要考虑,预测未来技术如何发展充满了挑战,例如判断不同组成技术的可用性和成熟度,预测几年的研发资金水平。然而,根据所观察的当前技术进步水平来看,视觉辅助导航在未来五到十年内用于部署是可能的。

[据C4ISR网站2016年9月15日报道]梅高美
美国陆军正在寻求微小型照相机,用于视觉辅助导航,旨在帮助部队在GPS导航不可用的地方精确定位。尽管GPS对于部队而言是几乎不可或缺的导航辅助手段,但其也具有一些缺陷。GPS最大的问题在于其信号容易被局部地形特征阻断,例如山和高建筑物,GPS技术还易受人为干扰,以及其它有意或无意形式的信号干扰。无论何种原因,一旦GPS导航失败,作战人员将不得不使用传统的精度十分差的方法来估算自身位置,这包括通过使用地图和指南针。为了解决GPS的核心弱点,美国陆军装备部通信电子研发与工程中心正在寻求微型照相机,目的是在卫星导航拒止的情况下提供视觉辅助导航支持。陆军应用视觉辅助导航是一个应用型研究计划,仍然处于早期研发阶段,技术成熟度仍然处于低到中级水平。该计划的主要目标是将视觉辅助导航系统及组件作为GPS拒止或降级的陆军作战环境下的导航备份方案,包括零散和组装的各种陆军系统。其特点主要有高速照相机、多平台应用、持续研究。高速照相机视觉辅助导航采用了一种具有快速帧率能够捕捉目标附近图片的照相机,然后视觉辅助导航系统可以通过比较每一帧图片的目标特征来判断照相机与每个目标的相对移动的距离和方向。采用特征检测技术,照相机能够判定极轻微的目标移动,使操作员能够在给定的轨迹或路径跟踪人员的相对位置和移动。该系统还包括惯性测量单元——加速度、陀螺仪和各种各样其他类型的传感器。通过与高速照相机协同工作,惯性测量单元可产生连续的运动和方向数据。通信电子研发与工程中心命令、权利与集成指挥部定位、导航与授时分部的高级电子工程师Gary
L.
Katulka说,“视觉辅助导航的基本概念是融合或结合从照相机获取的视觉场景和惯性测量单元的数据,以提供安装在个人徒步平台或车载平台上的视觉辅助导航系统的运动估算信息。”
Katulka是视觉辅助导航计划的主要研究人员,主要研究人员还有Kevin Johnson
和Eric
Bickford。Katulka表示,“运动估算信息将用来推算配备了视觉辅助系统的用户的位置信息。该系统旨在实现全自主估算相对位置,而且它无需依赖像GPS一样的天基信号。”该计划开始于2012财年,预计在2022年左右到达技术成熟转型点。

[本站2015年9月21日综合报道]
当前美国的军事活动高度依赖全球定位系统用于获取定位导航与授时信息,然而GPS信号强度低,抗干扰性差。虽然目前在研发多种抗干扰源的方法,但结果均不尽人意。

DARPA目前正在同时开展5个项目的研究,全部或部分聚焦于定位导航授时技术的开发:

有研究采用相控阵天线提高GPS信号接收力。在GPS退化或中断时,用于航位推测的惯性传感器的性能可持续改善,但惯性误差会随时间累积,最终需要独立的外部传感器维持或恢复精确定位性能。类似地,尽管精密时钟能以更低的成本、尺寸、重量和功耗获得更高的性能,但系统误差仍会随时间累积。也有研究采用非传统导航传感器,例如机会视觉成像和射频信号传感器。但视觉成像需要对特征丰富的场景进行无阻挡成像,而无阻挡成像无法持续获取,SoOPs和相关的反向通道数据链路对干扰极敏感。

DARPA项目经理阿拉提·普拉巴卡尔介绍称,“定位、导航和授时服务对军队而言就像氧气对人类一样不可或缺。DARPA目前正在研究新机理、研制新设备、开发新算法,以摆脱军事人员和系统设备对GPS的依赖。”

为解决以上局限性,DARPA发起“竞技环境中的空间、时间和方向信息”项目,旨在研发能获得与GPS同级别的授时与定位能力的,不依赖GPS的
PNT系统。STOIC包括3大技术元素:长距离鲁棒基准信号;极稳定战术时钟;为合作用户间提供PNT信息的多功能系统。STOIC将在GPS性能退化或无法使用时提供类似GPS的更优质的PNT能力。

超快激光科学与工程项目。该项目旨在利用超短脉冲激光技术来显著提升原子钟和微波源的精度,从而精确实现远距离的时间和频率同步。如果PULSE项目取得成功,那么全球范围内都可以共享最精确的光学原子钟授时。

贝加斯表示,未来STOIC技术将用于多种精确的相对导航操作,例如无人集群内的自动空中加油、合作导航和避免碰撞,亦可用于竞技环境下网络操作的精确授时。(中国航天系统科学与工程研究院贾平)

量子辅助传感与读出技术。该项目主要是为了制造具有健壮性和可移植性的原子钟。目前高精度原子钟只能在实验室固定环境下工作。QuASAR研究人员已经在实验室环境下开发出了光学原子钟,其在50亿年内的误差小于1秒。通过研发可移动的原子钟,提高GPS的精确度,开发新型雷达、激光雷达和测量系统等。

9月17日,DARPA授予罗克韦尔-柯林斯(Rockwell
Collins)公司研发STOIC项目的第3种技术元素的合同。即研发多功能通信系统的创新架构和技术解决方案,不依赖GPS完成两个移动平台间的授时和定位,使STOIC项目实现皮秒精度授时的目标,以及竞技环境下具有GPS级别的相对定位精度。通过GPS备份技术降低作战人员在现代军事行动中对GPS的依赖性。罗克韦尔-柯林斯公司先进技术中心副总裁约翰·贝加斯(John
Borghese)
声称,该公司正在研发的授时与测距能力能使分布的平台协同定位目标,作为GPS备份系统用作相对导航。

梅高美美利坚合众国海军为GPS备份寻求微型相机。梅高美美利坚合众国海军为GPS备份寻求微型相机。尽管GPS是革命性的,但它也有其局限性。例如,在地下和水下等空间,无法接受到GPS信号,GPS卫星一旦突然因故障、敌对打击或干扰等原因无法提供服务,这对依赖GPS作为唯一PNT信息来源的作战人员或系统来说可能是致命的灾难。为了解决这个问题,DARPA正在探索创新技术和方法,以开发新一代可靠的、高精度的PNT系统。

对抗性环境中的空间、时间和方位信息。该项目旨在寻求发展独立于GPS系统之外的定位、导航和定时信息的系统。STOIC具有与GPS系统相当的定时和定位精度,包括三个主要元素:远程健壮的参考信号,极稳定的战术时钟以及为多用户提供PNT信息的多功能系统。

适应性导航系统。该项目主要是开发可适应多种平台的“即插即用”PNT传感器结构与算法,从而降低开发成本,将部署周期从数月缩短到数天。ANS项目主要通过冷原子干涉陀螺仪实现惯性测量,利用量子属性制造准确的惯性测量装置,无需外部数据就可以长时间确定时间和位置。此外,ANS项目还寻求利用非导航电磁信号为PNT系统提供额外的参考信息。将不同的信号来源相结合,可以使这种PNT系统在GPS信号较弱甚至消失的情况下,提供比GPS系统更强更丰富的信息。

微PNT技术。Micro-PNT项目的目标是,通过利用DARPA开发的微机电系统技术开发独立的芯片级惯性导航和精确制导系统。DARPA资助的研究人员已经制造了包含6坐标轴惯性测量装置样机,并集成了高精度的主时钟,这7种装置构成了一套独立的微型导航系统,尺寸比1美分的硬币还小。DARPA目前正在开发具有自校准、高性能和低成本的微型传感器,以替代当前体积、重量和功率均较大的传感器。Micro-PNT近期的其它技术突破包括用于惯性传感器的新型微加工技术和材料。

[据DARPA官网2014年7月24日报道]梅高美美利坚合众国海军为GPS备份寻求微型相机。很难想象在现代社会中,如果没有全球定位系统来提供实时的定位导航授时服务,无数的军事和民用设施应如何运转。部分得益于美国国防高级研究计划局早年对GPS小型化技术的投资,今天的GPS技术已经无处不在:从汽车、船舶、飞机、火车、智能手机、手表,到无人驾驶车、制导武器和自动供应链管理,GPS都发挥了重要作用。

梅高美美利坚合众国海军为GPS备份寻求微型相机。GPS在现代军事应用中已经不可或缺。正是为了应对GPS性能下降或无法使用的情况,DARPA希望通过开发多个新型PNT项目,为军队提供稳定可靠的定位、导航和定时服务。

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