azaion/gps-denied-onboard
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/azaion/gps-denied-onboard.git synced 2026-04-23 00:06:38 +00:00
Code Issues Packages Projects Releases Wiki Activity
Files
dd9835c0cde70c7be573bd2eef4fefb004032efd
gps-denied-onboard/README.md
T
Yuzviak 094895b21b feat(phases 2-7): implement full GPS-denied navigation pipeline 
Phase 2 — Visual Odometry:
  - ORBVisualOdometry (dev/CI), CuVSLAMVisualOdometry (Jetson)
  - TRTInferenceEngine (TensorRT FP16, conditional import)
  - create_vo_backend() factory

Phase 3 — Satellite Matching + GPR:
  - SatelliteDataManager: local z/x/y tiles, ESKF ±3σ tile selection
  - GSD normalization (SAT-03), RANSAC inlier-ratio confidence (SAT-04)
  - GlobalPlaceRecognition: Faiss index + numpy fallback

Phase 4 — MAVLink I/O:
  - MAVLinkBridge: GPS_INPUT 15+ fields, IMU callback, 1Hz telemetry
  - 3-consecutive-failure reloc request
  - MockMAVConnection for CI

Phase 5 — Pipeline Wiring:
  - ESKF wired into process_frame: VO update → satellite update
  - CoordinateTransformer + SatelliteDataManager via DI
  - MAVLink state push per frame (PIPE-07)
  - Real pixel_to_gps via ray-ground projection (PIPE-06)
  - GTSAM ISAM2 update when available (PIPE-03)

Phase 6 — Docker + CI:
  - Multi-stage Dockerfile (python:3.11-slim)
  - docker-compose.yml (dev), docker-compose.sitl.yml (ArduPilot SITL)
  - GitHub Actions: ci.yml (lint+pytest+docker smoke), sitl.yml (nightly)
  - tests/test_sitl_integration.py (8 tests, skip without SITL)

Phase 7 — Accuracy Validation:
  - AccuracyBenchmark + SyntheticTrajectory
  - AC-PERF-1: 80% within 50m ✅
  - AC-PERF-2: 60% within 20m ✅
  - AC-PERF-3: p95 latency < 400ms ✅
  - AC-PERF-4: VO drift 1km < 100m ✅ (actual ~11m)
  - scripts/benchmark_accuracy.py CLI

Tests: 195 passed / 8 skipped

Co-Authored-By: Claude Sonnet 4.6 <noreply@anthropic.com>
2026-04-02 17:00:41 +03:00

253 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
# Пряме запуск
python -m gps_denied
# Docker
docker compose up --build
```
Сервер: `http://127.0.0.1:8000`
### Змінні середовища
```env
GPS_DENIED_DB_PATH=/data/flights.db
GPS_DENIED_TILE_DIR=/data/satellite_tiles # локальні тайли z/x/y.png
GPS_DENIED_LOG_LEVEL=INFO
MAVLINK_CONNECTION=serial:/dev/ttyTHS1:57600 # UART на Jetson
```
---
## API
| Endpoint | Метод | Опис |
|----------|-------|------|
| `/health` | GET | Health check |
| `/flights` | POST | Створити політ |
| `/flights/{id}` | GET | Деталі польоту |
| `/flights/{id}` | DELETE | Видалити політ |
| `/flights/{id}/images/batch` | POST | Батч зображень |
| `/flights/{id}/fix` | POST | GPS-якір від оператора |
| `/flights/{id}/status` | GET | Статус обробки |
| `/flights/{id}/events` | GET | SSE стрім (позиція + confidence) |
| `/flights/{id}/object-gps` | POST | Pixel → GPS (ray-ground проекція) |
---
## 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