基于高度图梯度的千米级无GNSS无人机导航：SPRIN-D挑战赛获胜系统

在无GNSS环境中，无人机（UAV）的可靠长航程飞行具有挑战性：航位推算的积分会导致漂移，在先前未见过的区域无法进行回环检测，且嵌入式平台提供的计算能力有限。我们提出了一套为SPR-D Funke全自主飞行挑战赛开发的完全机载无人机系统，该挑战赛要求在无GNSS或无先验稠密建图的情况下，进行9公里长航程航点导航且飞行高度低于地面25米（AGL）。该系统集成了感知、建图、规划和控制，采用了一种轻量级漂移修正方法：通过梯度模板匹配将LiDAR导出的局部高度图与先验地理数据高度图进行匹配，并在聚类粒子滤波器中将该证据与航位推算融合。在比赛期间部署的该系统在城市、森林和开阔地形中执行了千米级飞行，相较于原始航位推算大幅减少了漂移，同时在仅CPU硬件上实时运行。我们描述了系统架构、定位流程和比赛评估，并报告了来自现场部署的实际经验，为无GNSS无人机自主性设计提供了参考。