Vison-Aided Inertial Navigation Systems for UAVs in GPS-denied Environments

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Over the years, technology has generated countless opportunities and resources which have shaped the way we live and interact with the world. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), commonly known as drones, are undeniably among the most significant technological advances of the past few decades. Drones are becoming crucial in countless applications such as search and rescue operations, infrastructure inspection, and package delivery, to name a few. This technology has huge potential to play a major role in the world's future landscape, contributing to the creation of many businesses and jobs. According to a recent report by MarketsandMarketsTM, the overall UAV market is estimated to be USD 27.4 billion in 2021 and is projected to reach USD 58.4 billion by 2026. Despite the tireless efforts of the research community and the steady progress in this field, there are still several technical issues that need to be worked out to pave the path forward to fully autonomous UAVs.The most challenging technical hurdles to overcome are related to the development of reliable localization, perception, control, and decision-making systems that can handle highly unpredictable and extreme situations. The proposed research project, in collaboration with the Canadian industrial partner Quanser, aims to address some challenging issues pertaining to the design and real-time implementation of reliable vision-based inertial navigation systems for UAV applications in GPS-denied environments, taking into consideration the practical limitations of the sensors. Quanser will bring the required practical expertise and infrastructure to test and validate our autonomous navigation algorithms, which will allow an effective translation of our theoretical research developments into industrial-grade products.#(cr)#(lf)Au fil des ans, la technologie a généré d'innombrables opportunités et ressources qui ont façonné notre façon de vivre et d'interagir avec le monde. Les véhicules aériens sans pilote (UAV), communément appelés drones, comptent indéniablement parmi les avancées technologiques les plus importantes de ces dernières décennies. Les drones deviennent essentiels dans d'innombrables applications telles que les opérations de recherche et de sauvetage, l'inspection des infrastructures et la livraison de colis, pour n'en nommer que quelques-unes. Cette technologie a un énorme potentiel pour jouer un rôle majeur dans le paysage futur du monde, contribuant à la création de nombreuses entreprises et emplois. Selon un récent rapport de MarketsandMarketsTM, le marché global des drones est estimé à 27,4 milliards USD en 2021 et devrait atteindre 58,4 milliards USD d'ici 2026. Malgré les efforts inlassables de la communauté des chercheurs et les progrès constants dans ce domaine, plusieurs problèmes techniques doivent encore être résolus pour ouvrir la voie à des drones entièrement autonomes. Les obstacles techniques les plus difficiles à surmonter sont liés au développement de systèmes fiables de localisation, de perception, de contrôle et de prise de décision capables de gérer des situations extrêmement imprévisibles et extrêmes. Le projet de recherche proposé, en collaboration avec le partenaire industriel canadien Quanser, vise à résoudre certains problèmes difficiles liés à la mise en oeuvre en temps réel de systèmes de navigation inertielle fiables basés sur la vision pour les applications d'UAV dans des environnements sans GPS, en tenant compte des limitations pratiques des capteurs. Quanser apportera l'expertise pratique et l'infrastructure nécessaires pour tester et valider nos algorithmes de navigation autonome, ce qui permettra un transfert efficace de nos développements de recherche théorique en produits de qualité industrielle.