azaion/gps-denied-onboard
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/azaion/gps-denied-onboard.git synced 2026-04-22 22:26:38 +00:00
Code Issues Packages Projects Releases Wiki Activity
Files
c26aa3bcaf1ac287fbb94b17598c1f57bf1aac03
gps-denied-onboard/README.md
T
Yuzviak 78dcf7b4e7 fix: post-audit — runtime bugs, functional gaps, docs, hardening 
Phase A — Runtime bugs:
  - SSE: add push_event() method to SSEEventStreamer (was missing, masked by mocks)
  - MAVLink: satellites_visible=10 (was 0, triggers ArduPilot failsafe)
  - MAVLink: horiz_accuracy=sqrt(P[0,0]+P[1,1]) per spec (was sqrt(avg))
  - MAVLink: MEDIUM confidence → fix_type=3 per solution.md (was 2)

Phase B — Functional gaps:
  - handle_user_fix() injects operator GPS into ESKF with noise=500m
  - app.py uses create_vo_backend() factory (was hardcoded SequentialVO)
  - ESKF: Mahalanobis gating on satellite updates (rejects outliers >5σ)
  - ESKF: public accessors (position, quaternion, covariance, last_timestamp)
  - Processor: no more private ESKF field access

Phase C — Documentation:
  - README: correct API endpoints, CLI command, 40+ env vars documented
  - Dockerfile: ENV prefixes match pydantic-settings (DB_, SATELLITE_, MAVLINK_)
  - tech_stack.md marked ARCHIVED (contradicts solution.md)

Phase D — Hardening:
  - JWT auth middleware (AUTH_ENABLED=false default, verify_token on /flights)
  - TLS config env vars (AUTH_SSL_CERTFILE, AUTH_SSL_KEYFILE)
  - SHA-256 tile manifest verification in SatelliteDataManager
  - AuthConfig, ESKFSettings, MAVLinkConfig, SatelliteConfig in config.py

Also: conftest.py shared fixtures, download_tiles.py, convert_to_trt.py scripts,
config wiring into app.py lifespan, config-driven ESKF, calculate_precise_angle fix.

Tests: 196 passed / 8 skipped. Ruff clean.

Co-Authored-By: Claude Opus 4.6 (1M context) <noreply@anthropic.com>
2026-04-02 18:27:35 +03:00

271 lines
11 KiB
Markdown
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters
This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.
# GPS-Denied Onboard
Бортова система GPS-denied навігації для фіксованого крила БПЛА на Jetson Orin Nano Super.
Замінює GPS-сигнал власною оцінкою позиції на основі відеопотоку (cuVSLAM), IMU та супутникових знімків. Позиція подається у польотний контролер ArduPilot у форматі `GPS_INPUT` через MAVLink при 5–10 Гц.
---
## Архітектура
```
IMU (MAVLink RAW_IMU) ──────────────────────────────────────────▶ ESKF.predict()
│
ADTI 20L V1 ──▶ ImageInputPipeline ──▶ ImageRotationManager │
│ │
┌───────────────┼───────────────┐ │
▼ ▼ ▼ │
cuVSLAM/ORB VO GlobalPlaceRecog SatelliteData │
(F07) (F08/Faiss) (F04) │
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ │
ESKF.update_vo() GSD norm MetricRefinement│
│ (F09) │
└──────────────────────▶ ESKF.update_sat()│
│
ESKF state ◀──┘
│
┌───────────────┼──────────────┐
▼ ▼ ▼
MAVLinkBridge FactorGraph SSE Stream
GPS_INPUT 5-10Hz (GTSAM ISAM2) → Ground Station
→ ArduPilot FC
```
**State Machine** (`process_frame`):
```
NORMAL ──(VO fail)──▶ LOST ──▶ RECOVERY ──(GPR+Metric ok)──▶ NORMAL
```
---
## Стек
| Підсистема | Dev/CI | Jetson (production) |
|-----------|--------|---------------------|
| **Visual Odometry** | ORBVisualOdometry (OpenCV) | CuVSLAMVisualOdometry (PyCuVSLAM v15) |
| **AI Inference** | MockInferenceEngine | TRTInferenceEngine (TensorRT FP16) |
| **Place Recognition** | numpy L2 fallback | Faiss GPU index |
| **MAVLink** | MockMAVConnection | pymavlink over UART |
| **ESKF** | numpy (15-state) | numpy (15-state) |
| **Factor Graph** | Mock poses | GTSAM 4.3 ISAM2 |
| **API** | FastAPI + Pydantic v2 + SSE | FastAPI + Pydantic v2 + SSE |
| **БД** | SQLite + SQLAlchemy 2 async | SQLite |
| **Тести** | pytest + pytest-asyncio | — |
---
## Швидкий старт
### Вимоги
- Python ≥ 3.11
- ~500 MB дискового простору (GTSAM wheel)
### Встановлення
```bash
git clone https://github.com/azaion/gps-denied-onboard.git
cd gps-denied-onboard
git checkout stage1
python3 -m venv .venv
source .venv/bin/activate
pip install -e ".[dev]"
```
### Запуск
```bash
# Прямий запуск
uvicorn gps_denied.app:app --host 0.0.0.0 --port 8000
# Docker
docker compose up --build
```
Сервер: `http://127.0.0.1:8000`
### Змінні середовища
```env
# Основні
DB_URL=sqlite+aiosqlite:///./flight_data.db
SATELLITE_TILE_DIR=.satellite_tiles
MAVLINK_CONNECTION=serial:/dev/ttyTHS1:57600 # або tcp:host:port
MAVLINK_OUTPUT_HZ=5.0
MAVLINK_TELEMETRY_HZ=1.0
# ESKF тюнінг (опціонально)
ESKF_VO_POSITION_NOISE=0.3
ESKF_SATELLITE_MAX_AGE=30.0
ESKF_MAHALANOBIS_THRESHOLD=16.27
# API
API_HOST=127.0.0.1
API_PORT=8000
# Моделі
MODEL_WEIGHTS_DIR=weights
```
Повний список: `src/gps_denied/config.py` (40+ параметрів з prefix `DB_`, `API_`, `TILES_`, `MODEL_`, `MAVLINK_`, `SATELLITE_`, `ESKF_`, `RECOVERY_`, `ROTATION_`).
---
## API
| Endpoint | Метод | Опис |
|----------|-------|------|
| `/health` | GET | Health check |
| `/flights` | POST | Створити політ |
| `/flights/{id}` | GET | Деталі польоту |
| `/flights/{flight_id}` | DELETE | Видалити політ |
| `/flights/{flight_id}/images/batch` | POST | Батч зображень |
| `/flights/{flight_id}/user-fix` | POST | GPS-якір від оператора → ESKF update |
| `/flights/{flight_id}/status` | GET | Статус обробки |
| `/flights/{flight_id}/stream` | GET | SSE стрім (позиція + confidence) |
| `/flights/{flight_id}/frames/{frame_id}/object-to-gps` | POST | Pixel → GPS (ray-ground проекція) |
| `/flights/{flight_id}/waypoints/{waypoint_id}` | PUT | Оновити waypoint |
| `/flights/{flight_id}/waypoints/batch` | PUT | Batch update waypoints |
---
## Тести
```bash
# Всі тести
python -m pytest -q
# Конкретний модуль
python -m pytest tests/test_eskf.py -v
python -m pytest tests/test_mavlink.py -v
python -m pytest tests/test_accuracy.py -v
# SITL (потребує ArduPilot SITL)
docker compose -f docker-compose.sitl.yml up -d
ARDUPILOT_SITL_HOST=localhost pytest tests/test_sitl_integration.py -v
```
### Покриття тестами (195 passed / 8 skipped)
| Файл тесту | Компонент | К-сть |
|-------------|-----------|-------|
| `test_schemas.py` | Pydantic схеми | 12 |
| `test_database.py` | SQLAlchemy CRUD | 9 |
| `test_api_flights.py` | REST endpoints | 5 |
| `test_health.py` | Health check | 1 |
| `test_eskf.py` | ESKF 15-state | 17 |
| `test_coordinates.py` | ENU/GPS/pixel | 4 |
| `test_satellite.py` | Тайли + Mercator | 8 |
| `test_pipeline.py` | Image queue | 5 |
| `test_rotation.py` | 360° ротації | 4 |
| `test_models.py` | Model Manager + TRT | 6 |
| `test_vo.py` | VO (ORB + cuVSLAM) | 8 |
| `test_gpr.py` | Place Recognition (Faiss) | 7 |
| `test_metric.py` | Metric Refinement + GSD | 6 |
| `test_graph.py` | Factor Graph (GTSAM) | 4 |
| `test_chunk_manager.py` | Chunk lifecycle | 3 |
| `test_recovery.py` | Recovery coordinator | 2 |
| `test_processor_full.py` | State Machine | 4 |
| `test_processor_pipe.py` | PIPE wiring (Phase 5) | 13 |
| `test_mavlink.py` | MAVLink I/O bridge | 19 |
| `test_acceptance.py` | AC сценарії + perf | 6 |
| `test_accuracy.py` | Accuracy validation | 23 |
| `test_sitl_integration.py` | SITL (skip без ArduPilot) | 8 |
| | **Всього** | **195+8** |
---
## Benchmark валідації (Phase 7)
```bash
python scripts/benchmark_accuracy.py --frames 50
```
Результати на синтетичній траєкторії (20 м/с, 0.7 fps, шум VO 0.3 м, супутник кожні 5 кадрів):
| Критерій | Результат | Ліміт |
|---------|-----------|-------|
| 80% кадрів ≤ 50 м | ✅ 100% | ≥ 80% |
| 60% кадрів ≤ 20 м | ✅ 100% | ≥ 60% |
| p95 затримка | ✅ ~9 мс | < 400 мс |
| VO дрейф за 1 км | ✅ ~11 м | < 100 м |
---
## Структура проєкту
```
gps-denied-onboard/
├── src/gps_denied/
│ ├── app.py # FastAPI factory + lifespan
│ ├── config.py # Pydantic Settings
│ ├── api/routers/flights.py # REST + SSE endpoints
│ ├── core/
│ │ ├── eskf.py # 15-state ESKF (IMU+VO+satellite fusion)
│ │ ├── processor.py # FlightProcessor + process_frame
│ │ ├── vo.py # ORBVisualOdometry / CuVSLAMVisualOdometry
│ │ ├── mavlink.py # MAVLinkBridge → GPS_INPUT → ArduPilot
│ │ ├── satellite.py # SatelliteDataManager (local z/x/y tiles)
│ │ ├── gpr.py # GlobalPlaceRecognition (Faiss/numpy)
│ │ ├── metric.py # MetricRefinement (LiteSAM/XFeat + GSD)
│ │ ├── graph.py # FactorGraphOptimizer (GTSAM ISAM2)
│ │ ├── coordinates.py # CoordinateTransformer (ENU↔GPS↔pixel)
│ │ ├── models.py # ModelManager + TRTInferenceEngine
│ │ ├── benchmark.py # AccuracyBenchmark + SyntheticTrajectory
│ │ ├── pipeline.py # ImageInputPipeline
│ │ ├── rotation.py # ImageRotationManager
│ │ ├── recovery.py # FailureRecoveryCoordinator
│ │ └── chunk_manager.py # RouteChunkManager
│ ├── schemas/ # Pydantic схеми (eskf, mavlink, vo, ...)
│ ├── db/ # SQLAlchemy ORM + async repository
│ └── utils/mercator.py # Web Mercator tile utilities
├── tests/ # 22 test модулі
├── scripts/
│ └── benchmark_accuracy.py # CLI валідація точності
├── Dockerfile # Multi-stage Python 3.11 image
├── docker-compose.yml # Local dev
├── docker-compose.sitl.yml # ArduPilot SITL harness
├── .github/workflows/
│ ├── ci.yml # lint + pytest + docker smoke (кожен push)
│ └── sitl.yml # SITL integration (нічний / ручний)
└── pyproject.toml
```
---
## Компоненти
| ID | Назва | Файл | Dev | Jetson |
|----|-------|------|-----|--------|
| F04 | Satellite Data Manager | `core/satellite.py` | local tiles | local tiles |
| F05 | Image Input Pipeline | `core/pipeline.py` | ✅ | ✅ |
| F06 | Image Rotation Manager | `core/rotation.py` | ✅ | ✅ |
| F07 | Sequential Visual Odometry | `core/vo.py` | ORB | cuVSLAM |
| F08 | Global Place Recognition | `core/gpr.py` | numpy | Faiss GPU |
| F09 | Metric Refinement | `core/metric.py` | Mock | LiteSAM/XFeat TRT |
| F10 | Factor Graph Optimizer | `core/graph.py` | Mock | GTSAM ISAM2 |
| F11 | Failure Recovery | `core/recovery.py` | ✅ | ✅ |
| F12 | Route Chunk Manager | `core/chunk_manager.py` | ✅ | ✅ |
| F13 | Coordinate Transformer | `core/coordinates.py` | ✅ | ✅ |
| F16 | Model Manager | `core/models.py` | Mock | TRT engines |
| F17 | ESKF Sensor Fusion | `core/eskf.py` | ✅ | ✅ |
| F18 | MAVLink I/O Bridge | `core/mavlink.py` | Mock | pymavlink |
---
## Що залишилось (on-device)
1. Офлайн завантаження тайлів для зони місії → `{tile_dir}/z/x/y.png`
2. Конвертація моделей: LiteSAM/XFeat PyTorch → ONNX → TRT FP16
3. Запуск SITL: `docker compose -f docker-compose.sitl.yml up`
4. Польотні дані: записати GPS + відео → порівняти ESKF-траєкторію з ground truth
5. Калібрування: camera intrinsics + IMU noise density для конкретного апарату
---
## Ліцензія
Приватний репозиторій. Усі права захищено.
Reference in New Issue View Git Blame Copy Permalink