Беспилотные летательные аппараты (БПЛА), также известные как дроны, широко используются и привлекают значительное внимание в последнее десятилетие. Их отличительной особенностью является способность летать без пилота, что обеспечивает мобильность и гибкость. БПЛА нашли применение в таких областях, как орошение сельскохозяйственных полей, тушение пожаров, доставка посылок, поисково-спасательные операции, мониторинг территорий и военные операции [1–7].
По этой причине задача навигации БПЛА важна и актуальна, так как скорость определения позиции в пространстве и расчета оптимального пути до целевой точки зависит от скорости работы дрона в целом, а также от скорости и качества выполнения целевой задачи. Положение БПЛА в пространстве определяется 6 степенями свободы: координатами (x, y, z) и углами ориентации (φ, θ, ψ). Углы ориентации — это углы относительно горизонта φ, θ и азимутальный угол ψ. Традиционно навигационные параметры БПЛА в открытом пространстве определяются сигналами GNSS, в то время как параметры ориентации получают с использованием микромеханических инерциальных навигационных систем (INS). Сигнал GNSS подвержен помехам природного и искусственного происхождения. При отсутствии прямой видимости спутника точность навигационных параметров может быть обеспечена INS, но только на небольшом интервале времени. Кроме того, БПЛА необходимо решать некоторые задачи, для которых информации от сигналов GNSS будет недостаточно. По этой причине активно разрабатываются навигационные и управляющие системы, использующие карты в качестве справочной информации, а также компьютерное зрение и интеллектуальные методы обработки данных [1–5].
Навигация на основе визуальных данных оказывается основным и перспективным направлением исследований автономной навигации с быстрым развитием компьютерного зрения. Во-первых, визуальные сенсоры могут предоставлять обильную онлайн-информацию об окружающей среде; во-вторых, визуальные сенсоры обладают замечательной способностью противодействовать помехам; в-третьих, большинство визуальных сенсоров являются пассивными, что также предотвращает обнаружение системы сенсоров (рис. 1).