One of the major errors affecting GNSS signals in urban canyons is GNSS multipath error. In this work, we develop a Gazebo plugin which utilizes a ray tracing technique to account for multipath effects in a virtual urban canyon environment using virtual satellites. This software plugin balances accuracy and computational complexity to run the simulation in real-time for both software-in-the-loop (SITL) and hardware-in-the-loop (HITL) testing. We also construct a 3D virtual environment of Hong Kong and compare the results from our plugin with the GNSS data in the publicly available Urban-Nav dataset, to validate the efficacy of the proposed Gazebo Plugin. The plugin is openly available to all the researchers in the robotics community. https://github.com/kpant14/multipath_sim

在本文中，我们提出了一种由静态建筑物和动态物体引起的3D LIDAR辅助全球导航卫星系统（GNSS）的非思照（NLOS）缓解方法。首先基于来自3D LIDAR传感器的实时3D点云，首先生成描述自我车辆周围的滑动窗图。然后，使用所提出的快速搜索方法，基于滑动窗口图检测NLOS接收，该方法没有初始猜测GNSS接收器的位置。而不是从进一步定位估计直接排除检测到的NLOS卫星，而是通过在滑动窗口图中检测到NLOS信号的反射点来校正伪距测量模型（1）校正伪距测量，并且（2）重塑不确定性利用新型加权方案的NLOS伪距测量。我们评估了使用汽车级GNSS接收器在香港在香港几个典型的城市峡谷中的拟议方法的表现。此外，我们还通过因子图优化评估了GNSS和惯性导航系统集成中所提出的NLOS缓解方法的潜力。

安装在微空中车辆（MAV）上的地面穿透雷达是有助于协助人道主义陆地间隙的工具。然而，合成孔径雷达图像的质量取决于雷达天线的准确和精确运动估计以及与MAV产生信息性的观点。本文介绍了一个完整的自动空气缩进的合成孔径雷达（GPSAR）系统。该系统由空间校准和时间上同步的工业级传感器套件组成，使得在地面上方，雷达成像和光学成像。自定义任务规划框架允许在地上控制地上的Stripmap和圆形（GPSAR）轨迹的生成和自动执行，以及空中成像调查飞行。基于因子图基于Dual接收机实时运动（RTK）全局导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）的测量值，以获得精确，高速平台位置和方向。地面真理实验表明，传感器时机为0.8美元，正如0.1美元的那样，定位率为1 kHz。与具有不确定标题初始化的单个位置因子相比，双位置因子配方可提高高达40％，批量定位精度高达59％。我们的现场试验验证了本地化准确性和精度，使得能够相干雷达测量和检测在沙子中埋入的雷达目标。这验证了作为鸟瞰着地图检测系统的潜力。

与许多返回点值估计值的城市本地化方法不同，设定值表示可以通过确保可能的位置的连续体遵守安全限制来实现鲁棒性。具有设置值估计的一种策略是基于GNSS的阴影匹配〜（SM），其中使用三维（3-D）地图来计算GNSS阴影（在视线范围内被阻止）。但是，SM需要一个值值的网格才能计算障碍，并且精确限制了网格分辨率。我们建议针对Set值3-D MAPAID ADED GNSS本地化的Zonotope Shadow匹配（ZSM）。 ZSM代表建筑物和GNSS阴影，使用约束的ZONOTOPE，这是一种凸多属表示，该表示可以使用快速矢量串联操作实现传播设置值估计。 ZSM从粗糙的设定值开始，根据接收到的载体到噪声密度所判断的接收器在每个阴影内部或外部的接收器。我们使用模拟实验在简单的3-D示例图和旧金山密集的3-D地图上展示了算法的性能。

准确的本地化是机器人导航系统的核心组成部分。为此，全球导航卫星系统（GNSS）可以在户外提供绝对的测量，因此消除了长期漂移。但是，将GNSS数据与其他传感器数据进行融合并不是微不足道的，尤其是当机器人在有和没有天空视图的区域之间移动时。我们提出了一种可靠的方法，该方法将原始GNSS接收器数据与惯性测量以及可选的LIDAR观测值紧密地融合在一起，以进行精确和光滑的移动机器人定位。提出了具有两种类型的GNSS因子的因子图。首先，基于伪龙的因素，该因素允许地球上进行全球定位。其次，基于载体阶段的因素，该因素可以实现高度准确的相对定位，这在对其他感应方式受到挑战时很有用。与传统的差异GNS不同，这种方法不需要与基站的连接。在公共城市驾驶数据集上，我们的方法达到了与最先进的算法相当的精度，该算法将视觉惯性探测器与GNSS数据融合在一起 - 尽管我们的方法不使用相机，但仅使用了惯性和GNSS数据。我们还使用来自汽车的数据以及在森林（例如森林）的环境中移动的四倍的机器人，证明了方法的鲁棒性。全球地球框架中的准确性仍然为1-2 m，而估计的轨迹无不连续性和光滑。我们还展示了如何紧密整合激光雷达测量值。我们认为，这是第一个将原始GNSS观察（而不是修复）与LIDAR融合在一起的系统。

我们提出Dave Aquatic Virtual Environals（Dave），这是用于水下机器人，传感器和环境的开源仿真堆栈。传统的机器人模拟器并非旨在应对海洋环境带来的独特挑战，包括但不限于在空间和时间上变化的环境条件，受损或具有挑战性的感知以及在通常未探索的环境中数据的不可用。考虑到各种传感器和平台，对于不可避免地抵制更广泛采用的特定用例，车轮通常会重新发明。在现有模拟器的基础上，我们提供了一个框架，以帮助加快算法的开发和评估，否则这些算法需要在海上需要昂贵且耗时的操作。该框架包括基本的构建块（例如，新车，水跟踪多普勒速度记录仪，基于物理的多微型声纳）以及开发工具（例如，动态测深的产卵，洋流），使用户可以专注于方法论，而不是方法。比软件基础架构。我们通过示例场景，测深数据导入，数据检查的用户界面和操纵运动计划以及可视化来演示用法。

GNSS and LiDAR odometry are complementary as they provide absolute and relative positioning, respectively. Their integration in a loosely-coupled manner is straightforward but is challenged in urban canyons due to the GNSS signal reflections. Recent proposed 3D LiDAR-aided (3DLA) GNSS methods employ the point cloud map to identify the non-line-of-sight (NLOS) reception of GNSS signals. This facilitates the GNSS receiver to obtain improved urban positioning but not achieve a sub-meter level. GNSS real-time kinematics (RTK) uses carrier phase measurements to obtain decimeter-level positioning. In urban areas, the GNSS RTK is not only challenged by multipath and NLOS-affected measurement but also suffers from signal blockage by the building. The latter will impose a challenge in solving the ambiguity within the carrier phase measurements. In the other words, the model observability of the ambiguity resolution (AR) is greatly decreased. This paper proposes to generate virtual satellite (VS) measurements using the selected LiDAR landmarks from the accumulated 3D point cloud maps (PCM). These LiDAR-PCM-made VS measurements are tightly-coupled with GNSS pseudorange and carrier phase measurements. Thus, the VS measurements can provide complementary constraints, meaning providing low-elevation-angle measurements in the across-street directions. The implementation is done using factor graph optimization to solve an accurate float solution of the ambiguity before it is fed into LAMBDA. The effectiveness of the proposed method has been validated by the evaluation conducted on our recently open-sourced challenging dataset, UrbanNav. The result shows the fix rate of the proposed 3DLA GNSS RTK is about 30% while the conventional GNSS-RTK only achieves about 14%. In addition, the proposed method achieves sub-meter positioning accuracy in most of the data collected in challenging urban areas.

The field of autonomous mobile robots has undergone dramatic advancements over the past decades. Despite achieving important milestones, several challenges are yet to be addressed. Aggregating the achievements of the robotic community as survey papers is vital to keep the track of current state-of-the-art and the challenges that must be tackled in the future. This paper tries to provide a comprehensive review of autonomous mobile robots covering topics such as sensor types, mobile robot platforms, simulation tools, path planning and following, sensor fusion methods, obstacle avoidance, and SLAM. The urge to present a survey paper is twofold. First, autonomous navigation field evolves fast so writing survey papers regularly is crucial to keep the research community well-aware of the current status of this field. Second, deep learning methods have revolutionized many fields including autonomous navigation. Therefore, it is necessary to give an appropriate treatment of the role of deep learning in autonomous navigation as well which is covered in this paper. Future works and research gaps will also be discussed.

本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。

在本文中，我们推导了机器人来测量相对方向或到达角度（AOA）的新能力，以在非视线和未映射的环境中运行的其他机器人，而无需外部基础架构。我们通过捕获WiFi信号在从发送到接收机器人时遍历的所有路径来这样做，这是我们术语AOA简档。当机器人在3D空间中移动时，关键直觉是“在空中模拟空气中的天线阵列”，一种类似于合成孔径雷达（SAR）的方法。主要贡献包括i）一个框架，以适应任意3D轨迹的框架，以及所有机器人的持续移动性，而计算AOA配置文件和II）随附的分析，其提供了作为机器人轨迹的函数的AOA估计方差的较低限制基于Cramer Rao绑定的几何。这是一个关键的区别与先前的SAR的工作，限制机器人移动到规定的运动模式，不概括到3D空间，和/或在数据采集时段期间需要将机器人发送到静态。我们的方法导致更准确的AOA配置文件，从而更好地估计，并正式地将该观察表征为轨迹的信息性;我们推导出封闭形式的可计算量。所有理论发展都是通过广泛的模拟和硬件实验证实的。我们还表明，我们的配方可以与现成的轨迹估计传感器一起使用。最后，我们展示了我们系统对多机器人动态集合任务的表现。

我们提出了通过现实的模拟和现实世界实验来支持可复制研究的多运动无人机控制（UAV）和估计系统。我们提出了一个独特的多帧本地化范式，用于同时使用多个传感器同时估算各种参考框架中的无人机状态。该系统可以在GNSS和GNSS贬低的环境中进行复杂的任务，包括室外室内过渡和执行冗余估计器，以备份不可靠的本地化源。提出了两种反馈控制设计：一个用于精确和激进的操作，另一个用于稳定和平稳的飞行，并进行嘈杂的状态估计。拟议的控制和估计管道是在3D中使用Euler/Tait-Bryan角度表示的，而无需使用Euler/Tait-Bryan角度表示。取而代之的是，我们依靠旋转矩阵和一个新颖的基于标题的惯例来代表标准多电流直升机3D中的一个自由旋转自由度。我们提供了积极维护且有据可查的开源实现，包括对无人机，传感器和本地化系统的现实模拟。拟议的系统是多年应用系统，空中群，空中操纵，运动计划和遥感的多年研究产物。我们所有的结果都得到了现实世界中的部署的支持，该系统部署将系统塑造成此处介绍的表单。此外，该系统是在我们团队从布拉格的CTU参与期间使用的，该系统在享有声望的MBZIRC 2017和2020 Robotics竞赛中，还参加了DARPA SubT挑战赛。每次，我们的团队都能在世界各地最好的竞争对手中获得最高位置。在每种情况下，挑战都促使团队改善系统，并在紧迫的期限内获得大量高质量的体验。

The performance of inertial navigation systems is largely dependent on the stable flow of external measurements and information to guarantee continuous filter updates and bind the inertial solution drift. Platforms in different operational environments may be prevented at some point from receiving external measurements, thus exposing their navigation solution to drift. Over the years, a wide variety of works have been proposed to overcome this shortcoming, by exploiting knowledge of the system current conditions and turning it into an applicable source of information to update the navigation filter. This paper aims to provide an extensive survey of information aided navigation, broadly classified into direct, indirect, and model aiding. Each approach is described by the notable works that implemented its concept, use cases, relevant state updates, and their corresponding measurement models. By matching the appropriate constraint to a given scenario, one will be able to improve the navigation solution accuracy, compensate for the lost information, and uncover certain internal states, that would otherwise remain unobservable.

滑动检测对于在外星人表面驾驶的流浪者的安全性和效率至关重要。当前的行星流动站滑移检测系统依赖于视觉感知，假设可以在环境中获得足够的视觉特征。然而，基于视觉的方法容易受到感知降解的行星环境，具有主要低地形特征，例如岩石岩，冰川地形，盐散发物以及较差的照明条件，例如黑暗的洞穴和永久阴影区域。仅依靠视觉传感器进行滑动检测也需要额外的计算功率，并降低了流动站的遍历速率。本文回答了如何检测行星漫游者的车轮滑移而不取决于视觉感知的问题。在这方面，我们提出了一个滑动检测系统，该系统从本体感受的本地化框架中获取信息，该框架能够提供数百米的可靠，连续和计算有效的状态估计。这是通过使用零速度更新，零角度更新和非独立限制作为惯性导航系统框架的伪测量更新来完成的。对所提出的方法进行了对实际硬件的评估，并在行星 - 分析环境中进行了现场测试。该方法仅使用IMU和车轮编码器就可以达到150 m左右的92％滑动检测精度。

Developing and testing algorithms for autonomous vehicles in real world is an expensive and time consuming process. Also, in order to utilize recent advances in machine intelligence and deep learning we need to collect a large amount of annotated training data in a variety of conditions and environments. We present a new simulator built on Unreal Engine that offers physically and visually realistic simulations for both of these goals. Our simulator includes a physics engine that can operate at a high frequency for real-time hardware-in-the-loop (HITL) simulations with support for popular protocols (e.g. MavLink). The simulator is designed from the ground up to be extensible to accommodate new types of vehicles, hardware platforms and software protocols. In addition, the modular design enables various components to be easily usable independently in other projects. We demonstrate the simulator by first implementing a quadrotor as an autonomous vehicle and then experimentally comparing the software components with real-world flights.

全球导航卫星系统通常在城市环境中表现较差，在城市环境中，设备和卫星之间的视线条件的可能性很低，因此需要替代的定位方法才能良好准确。我们提出了Locunet：用于本地化任务的卷积，端到端训练的神经网络，能够从少数基站（BSS）的接收信号强度（RSS）中估算用户的位置。在提出的方法中，要本地化的用户只需将测量的RSS报告给可能位于云中的中央处理单元。使用BSS和RSS测量值的Pathloss无线电图的估计，Locunet可以以最先进的精度定位用户，并在无线电图估计中享有高度鲁棒性。所提出的方法不需要对新环境进行预采样，并且适用于实时应用。此外，提供了两个新颖的数据集，可以在现实的城市环境中对RSS和TOA方法进行数值评估，并为研究社区公开提供。通过使用这些数据集，我们还提供了密集的城市场景中最先进的RSS和基于TOA的方法的公平比较，并以数值显示Locunet优于所有比较方法。

深神经网络（DNNS）是在存在多路径和非线视线错误的情况下定位全局导航卫星系统（GNSS）的有前途的工具，这是由于它们使用数据建模复杂错误的能力。但是，为GNSS定位开发DNN提出了各种挑战，例如1）由于卫星可见性的变化和，在全球范围内测量和位置值的差异很大而导致的数值和位置值差异很大，数量和位置值差。 3）过度适合可用数据。在这项工作中，我们解决了上述挑战，并通过将基于DNN的校正应用于初始位置猜测，提出了GNSS定位的方法。我们的DNN学会了使用伪残留物和卫星视线向量作为输入来输出位置校正。这些输入和输出值的有限变化可改善我们DNN的数值条件。我们设计了DNN体系结构，以结合可用GNSS测量的信息，这些信息通过利用基于设定的深度学习方法的最新进步，在数量和顺序上不同。此外，我们提出了一种数据增强策略，用于通过随机将初始位置猜测随机减少DNN中的过度拟合。我们首先执行模拟，并在应用基于DNN的校正时显示出初始定位误差的改进。此后，我们证明我们的方法在现实世界数据上的表现优于WLS基线。我们的实施可在github.com/stanford-navlab/deep_gnss上获得。

在这项工作中，我们展示了基于全球导航卫星系统（GNSS）的零速度信息的重要性。在文献中已经示出了使用零速度更新（Zupt）的零速度信息的有效性已经显示在文献中。在这里，我们利用此信息并将其添加为GNSS因子图中的位置约束。我们还将其性能与GNSS /惯用导航系统（INS）耦合因子图进行比较。我们在三个数据集上测试了我们的Zupt辅助因子图方法，并将其与仅限GNSS因子图进行了比较。

研究界，工业和社会中地面移动机器人（MRS）和无人机（UAV）的重要性正在迅速发展。如今，这些代理中的许多代理都配备了通信系统，在某些情况下，对于成功完成某些任务至关重要。在这种情况下，我们已经开始见证在机器人技术和通信的交集中开发一个新的跨学科研究领域。该研究领域的意图是将无人机集成到5G和6G通信网络中。这项研究无疑将在不久的将来导致许多重要的应用。然而，该研究领域发展的主要障碍之一是，大多数研究人员通过过度简化机器人技术或通信方面来解决这些问题。这阻碍了达到这个新的跨学科研究领域的全部潜力的能力。在本教程中，我们介绍了一些建模工具，从跨学科的角度来解决涉及机器人技术和通信的问题所需的一些建模工具。作为此类问题的说明性示例，我们将重点放在本教程上，讨论通信感知轨迹计划的问题。

使用激光雷达测量值的数据融合算法，例如视觉量，激光惯性或多个激光镜的探光仪以及同时定位和映射（SLAM）依赖于精确的时间戳记方案，这些方案赋予LIDAR和其他传感器的数据同步的精确时间戳记。由于时间戳错误而导致的同步性能差，可能会对算法的状态估计结果产生负面影响。 To provide highly accurate and precise synchronization between the sensors, we introduce an open-source hardware-software LiDAR to other sensors time synchronization system that exploits a dedicated hardware LiDAR time synchronization interface by providing emulated GNSS-clock to this interface, no physical GNSS-需要接收器。该模拟器基于通用微控制器，由于简洁的硬件和软件体系结构，可以轻松修改或扩展，以同步不同传感器的集合，例如摄像机，惯性测量单元（IMUS），Wheel Encoders，其他LIDARS，其他LIDARS，其他LIDAR，等等。在论文中，我们提供了一个具有同步LIDAR和IMU传感器的系统的示例。我们对传感器的同步精度和精度进行了评估，并进行了1微秒性能。我们将我们的结果与ROS软件提供的时间戳和LIDAR内部时钟方案进行了比较，以强调这两种基线方法的明确优势。

无人机尚未完全信任。他们对导航的无线电和摄像机的依赖提高了安全性和隐私问题。这些系统可能会失败，导致事故，或滥用未经授权的录音。考虑到最近的法规，允许商业无人机仅在晚上运营，我们提出了一种从完全新的方法，无人机从人工照明中获得导航信息。在我们的系统中，标准灯泡调制其强度发送信标，无人机用简单的光电二极管解码此信息。该光学信息与无人机中的惯性和高度传感器组合，以提供定位，而无需无线电，GPS或相机。我们的框架是第一个提供3D无人机定位的灯光，我们用一个由四个光标记和迷你无人机组成的试验台来评估它。我们表明，我们的方法允许将无人机定位在实际位置的几个小叠内，并与最先进的定位方法相比，将本地化误差降低42％。