Autonomous Navigation of UAVs in Large-Scale Complex Environments: A Deep Reinforcement Learning Approach

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作者
Chao Wang,Jian Wang,Yuan Shen,Xudong Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (3): 2124-2136 被引量:293
标识
DOI:10.1109/tvt.2018.2890773
摘要

In this paper, we propose a deep reinforcement learning (DRL)-based method that allows unmanned aerial vehicles (UAVs) to execute navigation tasks in large-scale complex environments. This technique is important for many applications such as goods delivery and remote surveillance. The problem is formulated as a partially observable Markov decision process (POMDP) and solved by a novel online DRL algorithm designed based on two strictly proved policy gradient theorems within the actor-critic framework. In contrast to conventional simultaneous localization and mapping-based or sensing and avoidance-based approaches, our method directly maps UAVs' raw sensory measurements into control signals for navigation. Experiment results demonstrate that our method can enable UAVs to autonomously perform navigation in a virtual large-scale complex environment and can be generalized to more complex, larger-scale, and three-dimensional environments. Besides, the proposed online DRL algorithm addressing POMDPs outperforms the state-of-the-art.
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