Навигационное обеспечение мониторинга подстилающей поверхности БПЛА с пассивным оптическим датчиком


https://doi.org/10.36027/rdeng.0520.0000183

Полный текст:


Аннотация

На сегодняшний день с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) решается широкий круг задач, в том числе мониторинг окружающей среды и обследование зон чрезвычайных ситуаций, при которых выполняется локация различных объектов на подстилающей поверхности и их последующая привязка к географическим координатам.

Развитие беспилотных систем в настоящее время тесно связано с оптическими датчиками, используемыми на БПЛА всех типов. Пассивные оптические датчики имеют малые массу и габариты, потребляют небольшую мощность от бортовой сети электропитания, при этом они могут измерять дальности до объектов со сложной конфигурацией и ненормированным коэффициентом отражения поверхности.

Цель данной работы – анализ требований к навигационной аппаратуре при измерении дальности монокулярным пассивным оптическим датчиком до статических наземных объектов с борта БПЛА и их последующей привязке к географическим координатам.

Выполнены оценки разных вариантов осуществления оптической локации наземных объектов параллаксным методом измерений с оптической и навигационной аппаратурой на борту легких БПЛА малого радиуса действия, мини- и микро-БПЛА. В качестве источников навигационных данных может быть использована аппаратура спутниковой навигации, телекамеры, бесплатформенная инерциальная навигационная система, барометрический высотомер и цифровой компас.

При использовании рассматриваемых навигационных датчиков обеспечивается измерение дальностей до 1000 м с относительной погрешностью не более 10 %. При привязке объектов к географическим координатам оценки погрешности как для прямолинейной, так и для сложной траектории полета БПЛА различаются не более чем на 4,1 м для всех типов навигационных датчиков, а позиционная ошибка не превышает 150 м при величине ошибки по высоте не более 40 м.

В ранее известных работахоценка измерений выполнялась на малом базисе (уход БИНС не учитывался), а привязка обнаруженных объектов к географическим координатам не выполнялась.

Результаты работы могут применяться в разработке навигационных систем различных БПЛА и беспилотных систем мониторинга наземной обстановки.


Об авторе

Е. И. Старовойтов
АО "Концерн "Вега", Москва
Россия

Старовойтов Евгений Игоревич

Начальник лаборатории, кандидат технических наук



Список литературы

1. Бурага А.В., Костюков В.М. Сравнительный анализ пассивных методов измерения дальности для малого беспилотного летательного аппарата // Электронный журнал «Труды МАИ». 2012. Вып. № 53. Режим доступа: http://trudymai.ru/upload/iblock/43f/sravnitelnyy-analiz-passivnykh-metodov-izmereniya-dalnosti-dlya-malogo-bespilotnogo-letatelnogo-apparata.pdf?lang=ru&issue=53 (дата об-ращения 05.12.2020).

2. Агеев А.М., Бочаров А.С., Демчук В.А., Конотоп В.И., Литвин Д.Б., Озеров Е.В. Оп-тико-электронная система обеспечения автоматической заправки самолета топливом в полете // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т.6. № 8. С.52–54.

3. Фатеев Ю. Л. Определение пространственной ориентации объектов по сигналам ра-дионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS // Исследовано в России: электрон. жур-нал. 2004. № 71. С.781–791. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-prostranstvennoy-orientatsii-obektov-po-signalam-radionavigatsionnyh-sistem-glonass-gps (дата обращения 05.12.2020).

4. Трефилов П.М. Сравнительный анализ улучшения точностных характеристик инерциальных навигационных систем // Сборник трудов XIII Всероссийского совещания по проблемам управления ВСПУ-2019. М. ИПУ РАН. 2019. С.470-474.

5. Боковой А.В. Исследование методов одновременного картирования и локализации беспилотных летательных аппаратов по видеопотоку, полученному с единственной камеры // Труды Второго Всероссийского научно-практического семинара «Беспилот-ные транспортные средства с элементами искусственного интеллекта». СПб. Поли-техника-сервис. 2015. С.26-33.

6. Старовойтов Е.И. Характеристики лазерных локационных систем для коррекции бес-платформенной инерциальной навигационной системы беспилотных летательных ап-паратов // Труды МАИ. 2018. Вып. 102. Режим доступа: http://trudymai.ru/upload/iblock/748/Starovoytov_rus.pdf?lang=ru&issue=102 (дата обра-щения 05.12.2020).

7. Орлюк М.И., Роменец А.А., Марченко А.В., Орлюк И.М., Иващенко И.Н. Магнитное склонение на территории Украины: результаты наблюдений и вычислений // Геофи-зический журнал. 2015. Т.37. № 2. С.73–85.

8. Биард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и прак-тика. М. ТЕХНОСФЕРА. 2015. 312 с.

9. Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Алалуев Р.В., Малютин Д.М., Погорелов М.Г., Шведов А.П. Определение угловых параметров ориентации летательных аппаратов на старто-вых установках и площадках // Тезисы докладов 1-й Всероссийской научно-практической конференции (г. Ульяновск, 6-10 сентября 2011 г.). Ульяновск. УлГТУ. 2011. С.18–25.

10. Кузнецов А. Инерциальные навигационные системы разработки ПАО «МИЭА»: рет-роспектива и современность // Радиоэлектронные технологии. 2020. № 1. С. 38–42.

11. Коркишко Ю.Н., Федоров В.А., Прилуцкий В.Е, Пономарев В.Г., Морев И.В., Скрип-ников С.Ф., Хмелевская М.И., Буравлев А.С., Кострицкий С.М., Федоров И.В., Зуев А.И., Варнаков В.К. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы на основе волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2014. № 1 (84). С.14–25.

12. Мишин А.О., Кирюшин Е.Ю., Обухов А.И., Гурлов Д.В. Малогабаритная комплекс-ная навигационная система на двух микромеханических датчиках // Электронный журнал «Труды МАИ». 2013. Вып. № 70. Режим доступа: http://trudymai.ru/upload/iblock/7ae/7ae33b5e924203fadab7114222f60782.pdf?lang=ru&issue=70 (дата обращения 05.12.2020).

13. Ву Суан Хау, В.Э. Иванов, С.И. Кумков, Нгуен Динь Тхач. Исследование, изготовле-ние корабельного цифрового магнитного компаса и применение фильтра Калмана для фильтрации зашумленной информации данного компаса // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 5. DOI: 10.30898/1684-1719.2019.5.6

14. Антоненков Д.А. Особенности применения микроэлектронных компасов в сложных навигационных системах // Известия ВУЗов. Приборостроение. 2019. Т.62. № 12. С.1087–1091.

15. Дистель С.А., Кордубайло В.В., Хребтов М.А. Оценка экономической эффективности беспилотных летательных аппаратов для обслуживания воздушных линий электропе-редач // Энергетические системы. II Международная научно-техническая конферен-ция. Секция молодых ученых. Сборник трудов. 2017. Белгород. С. 43-49.

16. Торопов А.С., Байшев А.В. Направления применения беспилотных летательных аппаратов для диагностики воздушных линий электропередачи // Вестник ВСГУТУ. 2017. № 3 (66). С. 14-20.

17. Исаева М.Р., Лабазанов М.А,, Оздиева Т.Х. Применение беспилотного летательного аппарата Геоскан 201 для проведения экологического мониторинга Ханкальского ме-сторождения теплоэнергетических вод // Материалы III Международной научно-практической конференции. Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова. Грозный. 2019. С.40-49.

18. Фетисов B.C., Неугодникова Л.М., Адамовский В.В., Красноперов Р.А. Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние. Уфа. ФОТОН. 2014. 217 с.

19. Бачевский С.В. Точность определения дальности и ориентации объекта методом про-порций в матричных телевизионных системах // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2010 г. Вып. 1. С.57–66.

20. Козлов В.Л., Васильчук А.С. Субпиксельная обработка изображений для измерения дальности на основе цифровой камеры // Приборы и методы измерений. 2012. № 1(4). С.115–120.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Старовойтов Е.И. Навигационное обеспечение мониторинга подстилающей поверхности БПЛА с пассивным оптическим датчиком. Радиостроение. 2020;(5):13-41. https://doi.org/10.36027/rdeng.0520.0000183

For citation: Starovoytov E.I. Navigation Support for Monitoring the Underlying Surface From UAV with a Passive Optical Sensor. Radio Engineering. 2020;(5):13-41. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0520.0000183

Просмотров: 101

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)