無人機導航新突破：GPS失效環境下的智慧飛行方案

在GPS訊號不穩定的環境中操控無人機，始終是現代航空技術面臨的重大挑戰。最新研究針對無人飛行載具(UAV)在GPS拒止環境中的定位技術，深入探討了絕對定位與相對定位兩種解決方案。

這項研究特別強調視覺導航系統的潛力，以及整合多種感測器與演演算法的混合式解決方案的重要性。研究成果不僅深化了我們對無人機在複雜地形中導航的理解，更為救災行動、監控系統和自動化物流等關鍵應用場景，提供了即時可靠的GPS失效環境操作指南。

雖然全球導航衛星系統(GNSS)如GPS是無人機導航的基礎，但在都市峽谷、室內空間或訊號受阻的惡劣環境中，其效能往往大打折扣。傳統GPS導航方式使無人機容易受到高樓遮蔽、惡劣天候甚至網路攻擊的幹擾。

慣性感測器和光達(LiDAR)等替代方案雖具潛力，卻常面臨資料漂移和運算需求過高的問題。視覺導航與地形輔助系統或許能提供可行解方，但仍需進一步最佳化以適應動態環境。這凸顯了開發強健的多感測器融合框架的迫切需求，以實現GPS失效環境下的自主安全飛行。

由Prince Sultan University研究團隊發表於2025年4月7日《衛星導航》期刊的這篇綜述論文，系統性回顧了132篇相關研究文獻。研究特別評估了各種導航技術的運算效率與感測器融合表現，最終確認混合式解決方案是最可靠的無人機導航方式。

研究主要分析兩種GPS失效環境下的導航方法：利用預先建置地形資料的絕對定位技術(如TERCOM和DSMAC)，以及依賴即時感測資料的相對定位技術(如SLAM同步定位與地圖構建、視覺慣性里程計)。絕對定位在特徵不明顯環境中效果有限，而相對定位雖具適應性卻需要大量運算資源。

研究發現，結合AI特徵辨識技術的視覺導航系統前景看好，但光照條件仍是主要挑戰。透過融合光達、雷達與慣性測量資料，並搭配卡爾曼濾波等先進演演算法，可顯著提升導航可靠性。此外，利用GPU等硬體加速器和LSTM網路等最佳化演演算法實現的即時資料處理，對決策速度至關重要。

研究主持人Imen Jarraya博士強調：「沒有任何單一感測器或演演算法能解決所有GPS失效導航的挑戰。我們的研究證明，結合絕對與相對定位技術的多感測器融合方案，才是實現可靠無人機導航的關鍵。」

這項研究成果對物流、農業和國防等依賴無人機技術的產業影響深遠。未來在偏遠災區運送醫療物資的無人機將不再依賴GPS，軍用無人機也能在訊號幹擾區域正常運作。研究同時指出，建立相關技術標準的監管框架，對確保這些系統安全整合至未來基礎建設至關重要。

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