Методика определения отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории по параллаксам изображений подстилающей поверхности

Цель исследования. Разработка методики определения отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории в условиях потери сигналов от навигационных спутников.

Методы. Методика основана на функциональной связи между параметрами отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории и изменениями продольных и поперечных параллаксов перекрывающихся изображений подстилающей поверхности, обусловленными этими отклонениями. При математическом описании вычислительных процедур определения параметров отклонений использовались методы аппроксимации функций и математической обработки результатов измерений с оценкой точности полученных результатов.

Результаты. Разработана методика, включающая в себя контроль, оценку уровня и определения величины и направления отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории. Получена система нелинейных уравнений, описывающая функциональную связь между параметрами отклонений и изменениями параллаксов перекрывающихся изображений подстилающей поверхности. Выполнены процедуры линеаризации, нормализации и решения этой системы уравнений по методу наименьших квадратов, получены аналитические соотношения для апостериорной оценки точности получаемых результатов.

Заключение. Методика обеспечивает обнаружение и определение параметров некоординированных отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории с точностью, соизмеримой с методами спутниковой навигации. Предложенный подход по сравнению с известными методиками позволяет уменьшить число обрабатываемых соответственных точек на перекрывающихся изображениях и размерность решаемой задачи. Это позволяет существенно снизить уровень вычислительных и ресурсных затрат, что имеет большое значение для использования разработанной методики на борту малоразмерных беспилотных летательных аппаратов.

1. Алгоритмы вычисления положения и ориентации БПЛА / А. А. Ардентов, И. Ю. Бесчастный, А. П. Маштаков [и др.] // Программные системы: теория и приложения. 2012. Т. 3. № 3(12). С. 23-38.

2. Малоразмерные беспилотные летательные аппараты: задачи обнаружения и пути их решения / И.И. Олейник, А.А. Черноморец, В.Г. Андронов [и др]; под ред. В.Г. Андронова; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2021. 171 с.

3. Методологические основы обнаружения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов на основе комплексной субполосной обработки сверхкороткоимпульсных радиолокационных и оптических сигналов / И.И. Олейник, А.А. Черноморец, В.Г. Андронов [и др]; под общ. ред. В.Г. Андронова; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2021. 204 с.

4. Andronov V.G., Emelyanov S.G. Autonomous navigation and attitude control of spacecrafts on near-earth circular orbits // Journal of applied engineering science. 2018. Vol.16. № 1. P. 107-110.

5. Kikutis R., Stankūnas J., Rudinskas D. Autonomous unmanned aerial vehicle flight accuracy evaluation for three different path-tracking algorithms // Transport. 2019. № 34(6). P. 652-661.

6. Kinematics and plane decomposition algorithm for non linear path planning navigation and tracking of unmanned aerial vehicles / L. Arulmurugan, S. Raghavendra Prabhu, M. Ilangkumaran, V. Suresh, R. Saravanakumar, R., M. Raghunath // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. № 995(1). P. 012019. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/995/1/012019/pdf (дата обращения: 14.12.2021).

7. Review of multi-modal image matching assisted inertial navigation positioning technology for unmanned aerial vehicle / S. Luo, H. Liu, M. Hu, J. Dong // Guofang Keji Daxue Xuebao. Journal of National University of Defense Technology. 2020. Vol. 42. № 6. P. 1-10.

8. Hosseini K., Ebadi H., Farnood Ahmadi F. Determining the location of UAVs automatically using aerial or remotely sensed high-resolution images for intelligent navigation of UAVs at the time of disconnection with GPS // Journal of the Indian Society of Remote Sensing. 2020. № 48(12). P. 1675-1689. https://doi.org/10.1007/s12524-020-01187-4.

9. Андронов В.Г., Емельянов С.Г. Метод автономной навигации космических аппаратов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 2(65). С. 65-73.

10. Андронов В.Г., Емельянов С.Г. Астронавигация космических аппаратов на круговых околоземных орбитах // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 3(66). С. 34-44.

11. Определение навигационных параметров беспилотного летательного аппарата на базе фотоизображения и инерциальных измерений / Д.А. Антонов, М.В. Жарков, И.М. Кузнецов и [др] // Труды МАИ. 2016. Вып. № 91. С. 1-26.

12. Лимонов А.Н., Гаврилова Л.А. Фотограмметрия и дистанционное зондирование. М.: Академический проект, 2018. 296 с.

13. Андронов В. Г., Чуев А. А., Князев А. А. Определение и оценка уровня отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории по изображениям подстилающей поверхности // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2022. № 1(12). С. 129–144.

14. Михайлов А. П., Чибуничев А. Г. Фотограмметрия / под общей ред. А. Г. Чибуничева. М.: Изд-во МИИГАиК, 2016. 292 с.

15. Раков Д.Н., Никитин В.Н. Выбор цифрового неметрического фотоаппарата для беспилотного аэрофотосъёмочного комплекса // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2012. № 7. С. 27-36.

16. Салычев О.С. Автопилот БПЛА с инерциальной интегрированной системой – основа безопасной эксплуатации беспилотных комплексов. URL: http://www.teknol.ru/trash/uav_autopilot_salychev_2602182965.pdf (дата обращения: 14.12.2021).