Redigera : JPL Mars Helicopter Scout använder tröghetsnavigering:

Det inkonsekventa Mars-magnetfältet utesluter användningen av en kompass för navigering, så den kommer att använda en solar tracker-kamera integrerad i JPL: s visuella tröghetsnavigeringssystem. Några ytterligare ingångar kan inkludera gyroer, visuell vägmätning, lutningssensorer, höjdmätare och riskdetektorer. [15]

Det finns andra sätt att navigera än GPS.

• Tröghetsnavigering använder accelerometrar för att upptäcka i vilken riktning du rör dig och hastighets- eller avståndssensorer för att upptäcka hur långt du har gått. Används t.ex. med ubåtar för att navigera när de är under vattnet och utom räckhåll för GPS. Används också av nuvarande Mars-rovers.
• Du kan använda radioriktning. Med två sändare på kända platser kan du triangulera din position. Med en sändare är navigationen mer begränsad men du kan fortfarande komma tillbaka till sändarens plats. Används i andra världskriget med flygplan.

Förutom att känna till din position måste du veta något om terrängen omkring dig. Du måste veta vilka platser som kan passeras och vilka som är för branta / steniga / mjuka för att fordonet ska kunna korsa. För ett flygplan måste du veta var bergen är och var det är säkert att landa.

Du kan använda en karta byggd av någon annan som referens (det är vad satnav i din bil gör), eller så kan du skapa din egen karta när du går.

De nuvarande Mars-roversna har visat autonomi: de tar bilder av terrängen framåt och de kan välja en säker väg. GPS är inte nödvändigt för detta.

GPS är en av flera möjliga tekniker för assisterad navigering. Det används ofta på kommersiella drönare eftersom ramverket är på plats och GPS-signalen vanligtvis finns på jorden.

Det kräver dock att en flotilla satelliter runt vår planet fungerar - något vi inte har (ännu) runt andra himmellegemer. I så fall behöver vi olika tillvägagångssätt, till exempel:

• Solar tracking , tillsammans med Inertial navigation (som nämns i Hobbes svar) kommer att vara navigeringsteknik som valts för Mars Helicopter Scout eftersom Mars svaga magnetosfär inte kan lita på:
  ^{KVH: s 1750 tröghetsmätningsenhet (IMU), primär navigationssensor på AERO. Länk}

• Astrometri - Δ-DOR, eller Delta-Differential envägssträckning kan använda kvasar som kalibratorer för att ge positioneringsupplösning under några hundra meter på Mars till ett kretsfartyg än i sin tur kan dela informationen med ytfordon:
  ^{ESA Delta DOR: från implementering till operation R. Maddè, T. Morley ESOC, 16 mars 2007. Länk}

• Ytkartläggning - en drönare kan lagra 3D-ytkartor över sin omgivning och sedan använda LiDAR / RADAR-avkänning (plus höjdmätare, gyros och lutningsmätare) tillsammans med matchande algoritmer för att bestämma dess nuvarande position: ^{TERCOM - process , Golden 1980 (ieee.org) - Länk}

• Visual Odometry - Bildbehandling kan avgöra hur snabbt är ett fordon genom att mäta skillnaderna mellan två stillbilder om tidsförloppet mellan dem är känt;

Flera tekniker kan kombineras för att ge bättre noggrannhet.

Jag har återanvänt lite material från detta svar här för att visa att MARS 2020-roveren kommer att landa på Mars med delvis optisk navigering.

En helikopter kan använda liknande miljöinlärningstekniker som utvecklats för robotar på jorden. Detta är inte ett perfekt exempel, men det ger idén att roboten bygger upp en karta över tiden. Vid varje punkt kan du identifiera platsen för ett nytt landmärke i förhållande till de tidigare landmärkena.

Från Entry, Descent and Landing Technologies:

RANGE TRIGGER - ALLT OM TIMING

Nyckeln till den nya precisionslandningstekniken är att välja rätt ögonblick till dra "avtryckaren" som släpper rymdfarkostens fallskärm. "Range Trigger" är namnet på den teknik som Mars 2020 använder för att tidsskärma fallskärmsdistributionen. Tidigare uppdrag satte in sina fallskärmar så tidigt som möjligt efter att rymdfarkosten nådde önskad hastighet. I stället för att distribuera så tidigt som möjligt, distribuerar Mars 2020: s Range Trigger fallskärmen baserat på rymdfarkostens position i förhållande till önskat landningsmål.

ovan: Illustration av Range Trigger -konceptet - med den historiska landningsplatsen / Mars Science Laboratory (MSL) / Curiosity som ett exempel.

Under nedstigningsfasen jämförs också bilder i realtid med lagrade terrängkartor för att förbättra landningens noggrannhet:

HUR TERRAIN- RELATIV NAVIGATION FÖRBÄTTRAR INTRÄDE, NEDFÖRANDE, & LANDING

Terrängrelativ navigering förbättrar avsevärt uppskattningarna av rovers position i förhållande till marken. Förbättringar i noggrannhet har mycket att göra med när uppskattningarna görs.

I tidigare uppdrag uppskattade rymdfarkosten som bär roveren sin plats i förhållande till marken innan den gick in i Mars-atmosfären, liksom under inträde, baserat på en första gissning från radiometriska data som tillhandahålls genom Deep Space Network. Den tekniken hade ett uppskattningsfel före EDL på cirka 0,6 - 1,2 miles (cirka 1-2 kilometer), som växer till cirka (2-3 kilometer) under inträde.

Med terrängrelativ navigering används Mars 2020 rover kommer att uppskatta sin plats medan den sjunker genom Mars-atmosfären på sin fallskärm. Det gör att roveren kan bestämma sin position i förhållande till marken med en noggrannhet på cirka 200 meter (60 meter) eller mindre.

Det krävs två saker för att minska riskerna för inträde, nedstigning och landning: exakt att veta vart roveren är på väg och en förmåga att avleda till en säkrare plats när den är på väg mot knepig terräng.

ovan: Illustration av terrängrelativ navigering. " Terrängrelativ navigering hjälper oss att landa säkert på Mars - speciellt när marken nedan är full av faror som branta sluttningar och stora stenar! Från här.

I december 2014 testades synsystemet i Mojaveöknen.:

ovan: " En prototyp av Lander Vision System för NASAs Mars 2020-uppdrag testades i denna 9 december 2014, flygning av ett Masten Space Systems" Xombie "-fordon vid Mojave Air and Space Port i Kalifornien . Upphovsman: NASA Photo / Tom Tschida "Från här.

Tröghetsnavigering med enstaka "fixar" för att återställa positionen till önskade noggrannhetsgränser.

Fixar kan vara foton på mark, positioner av stjärnor, radiotriangulering eller inmatning från externa spårningsstationer, inte bara satelliter. En tröghetsplattform kommer att ha gyroer för styvhet, accelerometrar för att känna av ändringar i hastighet (acceleration) och kardborrband för att upptäcka vinkelförändringar. Snurra upp gyros, ange en startposition och riktning. Och få en dator att känna av ändringar från början för att uppdatera latitud och longitud. Externa korrigeringar behövs bara för korrigeringar av fel som sprids över tiden.

Radar, tekniker för markkartläggning, accelerometrar och många andra sätt att få en relativ uppfattning om var du är.

Ett österrikiskt universitet arbetar med det just nu. De använder en inbyggd kamera för navigering (se nedan).

En ny drone på Kickstarter använder också odemetri för positionering. Projektet slutade inte så bra, men på vindlösa dagar, om det inte finns några problem, fungerar drönaren: Se här

Från Alpen-Adria-Universität Klagenfurt Forskare från Klagenfurt deltar i ett Analog Mars Mission i Oman :

“Flygplan är snabba och mycket manövrerbara. De kan utforska okända miljöer, till exempel på Mars, snabbare än markbaserade robotar ”, förklarar Stephan Weiss (avdelningen för smarta systemtekniker vid AAU). Men han säger: "Problemet vi har är navigeringen av dessa typer av drönare i situationer där det inte finns någon GPS att lita på." För att ta itu med denna fråga har han och hans team arbetat med att vidareutveckla kamerabaserade metoder för autonom navigering som bland annat utformats för att underlätta utplacering av helikopterflygplan under Mars-uppdrag.

Drönan som ska testas är ett litet multikopterflygplan utrustat med en kamera och tröghetsmätningsenhet samt ett databehandlingssystem. Stephan Weiss förklarar: ”Navigationsalgoritmerna på drönaren har utformats för att navigera över terrängen uteslutande baserat på bilder inspelade med en egen inbyggd kamera och på inmatning från systemets egna tröghetsmätningar.” När det gäller uppdraget i Oman , efter utplaceringen av flygplanet, kommer de bilder som spelas in ombordkamera att synkroniseras med tröghetsdata och GPS. Målet är att verifiera om flygplanets visuella positionsmätning fungerar korrekt. ”Vi planerar att distribuera multikoptern vid olika tidpunkter på dagen och över olika landskap. Därefter kommer de samlade resultaten att jämföras ”, förklarar Weiss.

Experimenten kommer att genomföras inom ramen för det österrikiska rymdforumets AMADEE-18-uppdrag. Mission Control ligger i Mission Support Center i Innsbruck. Detta team matchar Jordens markkontroll i storlek och kommer att kommunicera med de 15 medlemmarna av fältbesättningen i Oman, bestående av medlemmar från nio olika nationer, inklusive analoga astronauter. De kommer att genomföra experiment inom teknik, bemannad utforskning av planetytor, astrobiologi, geofysik / geologi, biovetenskap och mer. Uppdraget är planerat att äga rum från 1 till 28 februari 2018.