13 lines
6.5 KiB
Markdown
13 lines
6.5 KiB
Markdown
|
||
1.1 Задача возврата в точку старта в системах навигации БПЛА
|
||
|
||
Классическая навигация БПЛА основана на данных инерциальной навигационной системы (ИНС), спутниковых приёмников и, при необходимости, барометрических и радиотехнических средств. Такие комплексы обеспечивают приемлемую точность в стандартных условиях, но становятся уязвимыми при глушении или маскировании навигационных сигналов, а также при полётах в помещениях, городских «каньонах» и под навесами, где спутниковые сигналы физически недоступны.
|
||
В ответ на эти ограничения активно развиваются альтернативные средства навигации, в частности оптико‑электронные системы, использующие бортовую видеокамеру и корреляционную обработку изображений. Для малых БПЛА особое значение имеют вычислительные и массогабаритные ограничения, что требует применения алгоритмов с невысокой вычислительной сложностью и малым объёмом памяти при сохранении требуемой точности позиционирования.
|
||
В этом контексте отдельный интерес представляет задача возврата аппарата в начальную точку полёта в условиях отсутствия внешних навигационных сигналов. Типичный сценарий выглядит следующим образом: на этапе прямого полёта от старта к целевой области бортовая система формирует некоторое эталонное представление маршрута (последовательность кадров, фрагменты карты местности, 3D‑модель), а при потере внешней навигации или по команде оператора активируется режим автономного возврата. В этом режиме по текущему видеопотоку и частично известной карте необходимо корректировать курс и ориентирование БПЛА таким образом, чтобы аппарат вновь оказался в окрестности точки старта с допустимой погрешностью по координатам.
|
||
Рассмотрим типичный сценарий, лежащий в основе постановки данной работы:
|
||
Этап полёта «туда»: БПЛА стартует из начальной позиции p_0 и летит к целевой области. На этом этапе система сохраняет информацию о пройденном маршруте (последовательность видеокадров, карта местности или набор 3D-признаков). Спутниковая навигация доступна или используется периодически.
|
||
Потеря внешней навигации: при достижении целевой области БПЛА теряет спутниковый сигнал (или оператор отключает его по команде) либо входит в режим автономного полёта, когда внешняя связь перестаёт быть достоверным источником информации.
|
||
Режим возврата: активируется режим автономного возврата, в котором БПЛА должен вернуться в исходную позицию p_0 с минимальной ошибкой, опираясь только на данные бортовой видеокамеры (нижняя ориентация, смотрит вертикально вниз), ранее накопленную информацию о маршруте (карта или видеопоследовательность), при необходимости данные ИНС (гироскопы, акселерометры).
|
||
В литературе выделяются несколько направлений, в рамках которых рассматривается подобная постановка. К ним относятся методы на основе визуальной одометрии и SLAM, в которых построение карты и локализация выполняются совместно в процессе полёта, алгоритмы корреляционно‑экстремальной навигации по заранее подготовленным или формируемым во время полета эталонным картам, а также специализированные алгоритмы сопоставления видеопоследовательностей «туда» и «обратно», ориентированные непосредственно на реализацию режима «возврат в точку старта» [3].
|
||
В данной главе рассматриваются основные из этих подходов, анализируются их достоинства и ограничения применительно к малым БПЛА, а также формулируются требования к алгоритмам, ориентированным на работу в условиях ограниченных вычислительных ресурсов и возможного рассогласования между эталонной картой и текущими наблюдениями. Подробная формальная постановка задачи и выбор конкретных методов решения приводятся во второй главе.
|