TCFAS 001-2026 低空端侧轻量化视觉导航技术规范（征求意见稿）

T/CFAS003-2024PAGE8PAGE8低空端侧轻量化视觉导航技术规范范围本文件规定了低空端侧轻量化视觉导航系统的总体要求、系统架构、模块要求、性能指标、功能要求、环境适应性、测试方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存。本文件适用于低空无人机、低空智能航空器、低空巡检机器人等装备的端侧轻量化视觉导航模块及整机系统的设计、研发、生产、测试与应用。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4208—2017外壳防护等级（IP代码）GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T2423.3电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验GB/T35018—2018民用无人驾驶航空器系统分类及分级GB/T41784—2022信息技术实时定位视觉定位系统数据接口术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1低空端侧low-altitudeedge-side在低空飞行器机载嵌入式平台或边缘计算单元本地完成视觉感知、定位解算、导航控制的运行模式3.2轻量化视觉导航lightweightvisualnavigation在端侧有限算力、功耗、体积约束下，基于视觉传感器实现定位、建图、避障、路径规划、自主导航的技术方案。3.3视觉SLAMvisualsimultaneousLocalizationandMapping基于视觉传感器实时获取环境信息，同步完成自身定位与环境地图构建的技术。3.4重定位relocation系统丢失位姿后快速恢复自身位置与姿态估计的能力。3.5端到端延迟end‑to‑endlatency从图像采集到输出导航控制指令的总时间。3.6低空飞行low-altitudeflight真高1000m以下的飞行活动。缩略语下列缩略语适用于本文件。CAN：控制器局域网（ControllerAreaNetwork）FOV：视场角（FieldofView）GPU：图形处理器（GraphicsProcessingUnit）IMU：惯性测量单元（InertialMeasurementUnit）NPU：神经网络处理器（NeuralProcessingUnit）ROS：机器人操作系统（RobotOperatingSystem）RTK：实时动态差分（RealTimeKinematic）SLAM：同步定位与地图构建（SimultaneousLocalizationandMapping）UART：通用异步收发传输器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）总体要求5.1设计原则系统宜采用轻量化、低功耗、小型化、高可靠设计，并适配低空机载平台。5.2技术路径系统宜以视觉为主，支持与IMU、GPS/RTK、激光雷达、超声波等多传感器融合的端侧导航。5.3场景适应性系统宜在无卫星信号、弱纹理、动态障碍物等复杂低空场景下稳定工作。5.4安全功能系统宜具备实时避障、应急悬停和安全返航等安全功能。5.5部署与加速软硬件宜支持快速部署、模型轻量化压缩与端侧推理加速。5.6安全要求系统应满足低空飞行安全与数据安全相关要求，具体如下：无人机（质量大于250g）、eVTOL等应完成实名登记、机型适航或准入认证;应具备失控保护功能，包括自动悬停、自动返航、自动迫降及低电量自动返航;应具备实时位置上报和飞行状态全链路监控功能;应采用国密算法（SM2/SM3/SM4）和TLS1.3及以上版本进行数据加密，并对空对地、空对空链路进行加密。系统架构系统架构由硬件层、感知层、算法层、应用层和安全层构成，具体如下：a)硬件层：包括视觉传感器、端侧计算单元、IMU、电源管理和通信接口；b)感知层：包括图像采集、预处理、特征提取、目标检测和深度估计；c)算法层：包括轻量化视觉SLAM、位姿估计、地图构建、路径规划和避障决策；d)应用层：包括自主飞行、精准起降、巡检作业、数据回传和状态监控；e)安全层：包括异常检测、故障保护、权限控制和数据加密。系统架构见图1。图SEQ图\*ARABIC1系统架构图模块要求7.1视觉传感器视觉传感器应符合下列要求：——支持单目、双目或RGB‑D类型；——分辨率不低于720P；——帧率不低于15fps；——支持自动曝光和自动白平衡；——水平视场角不低于60°。7.2端侧计算单元端侧计算单元应符合下列要求：——支持嵌入式CPU、NPU或GPU算力；——典型功耗不大于10W；——支持INT8或FP16轻量化模型推理；——支持本地实时解算。7.3融合单元融合单元应符合下列要求：——支持视觉与IMU的紧耦合或松耦合融合；——支持与GPS/RTK、激光雷达的数据融合；——支持时间戳同步。7.4通信接口通信接口应符合下列要求：——支持UART、CAN、I2C和以太网；——支持ROS消息和标准导航数据输出。性能指标8.1定位精度在室内环境下，系统水平定位精度应不大于0.3m，高度定位精度应不大于0.5m。在室外开阔环境下，系统水平定位精度应不大于0.5m，高度定位精度应不大于0.8m。8.2姿态精度系统横滚角与俯仰角精度应不大于0.5°，航向角精度应不大于1.0°。8.3重定位时间典型场景下（如室内、室外开阔场景等），系统重定位时间应不大于1s；复杂场景下，应不大于3s。8.4端到端延迟系统端到端延迟应不大于100ms。8.5建图分辨率系统关键帧地图分辨率应不大于5cm。8.6功耗系统空载功耗应不大于5W，满载功耗应不大于10W。8.7连续稳定工作时间系统连续稳定工作时间应不小于24h。功能要求9.1视觉定位与建图系统应支持在线增量建图、闭环检测、地图保存与加载。9.2自主导航系统应支持定点飞行、路径跟踪、断点续飞和绕障飞行。9.3障碍物检测与避障系统应支持静态障碍物与动态障碍物检测，并实时规划避障路径。9.4精准起降系统应支持视觉辅助起降，起降精度应不大于0.2m。9.5异常处理系统在传感器失效、低电量等异常情况下，应自动悬停或返航；信号丢失超过3秒，悬停，丢失超过10秒，自主返航或自主降落。9.6数据记录系统应支持位姿、图像和故障日志的本地存储。9.7状态上报系统应实时上报定位、姿态、故障和电量信息。环境适应性10.1工作温度系统应在-10℃～+50℃的环境温度下正常工作。10.2贮存温度系统应在-20℃～+60℃的环境温度下贮存。10.3光照适应性系统应在50lux～100000lux的光照条件下正常工作。10.4防护等级系统的外壳防护等级应不低于GB/T4208—2017规定的IP43。10.5抗振动与抗冲击系统应满足低空机载常规振动与冲击等级要求：——随机振动：≥7.0Grms（20Hz～2000Hz）；——冲击：≥100g（11ms半正弦波，六个方向）；——试验后三轴全测功能应完好，结构应无永久变形。10.6湿度系统应在相对湿度不大于95%（无凝露）的条件下正常工作。测试方法11.1定位精度测试在标准测试场内，以高精度RTK设备为真值，对比系统轨迹误差，记录定位精度。11.2姿态精度测试使用转台与姿态基准设备，测试系统横滚角、俯仰角和航向角精度。11.3重定位时间测试人为遮挡传感器导致失定位后，记录系统恢复定位所需时间。11.4端到端延迟测试采用时间戳同步方法，测量从图像采集到控制指令输出的总耗时。11.5环境适应性测试按GB/T4208规定的方法测试外壳防护等级；按GB/T2423.1、GB/T2423.2规定的方法测试高低温适应性；按GB/T2423.3规定的方法测试湿热适应性；按相关标准规定的方法测试振动与冲击适应性。11.6避障能力测试在预设障碍物场景中，测试系统避障成功率。11.7功耗测试在标准工况下，使用功率分析仪测试系统功耗。检验规则12.1检验分类产品检验分为出厂检验和型式检验。12.2出厂检验每台产品出厂前应逐台进行功能、接口、基本精度和安全功能的检验。12.3型式检验有下列情况之一时，应进行型式检验：——新产品定型或转产时；——批量生产后，如结构、材料、工艺有重大变更时；——监督抽查或质量纠纷需要时。型式检验应覆盖本文件规定的全部项目。12.4判定规则所有检验项目均合格时，判定该产品合格；出现不合格项时，应进行整改后复检，复检合格方可判定合格。标志、包装、运输、贮存13.1标志