Определение и оценка уровня отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории по изображениям подстилающей поверхности

Целью исследования является снижение вычислительных и ресурсных затрат, связанных с выполнением на борту беспилотных летательных аппаратов процедур определения и оценки уровня параметров некоординированных отклонений от заданной траектории по результатам обработки изображений подстилающей поверхности.

Методы. Для математического описания процесса определения и оценки уровня некоординированных отклонений беспилотного летательного аппарата от заданной траектории использовались методы фотограмметрической обработки перекрывающихся аэрокосмических снимков и аппроксимации тригонометрических функций.

Результаты. Получены функциональные зависимости между параметрами отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории и изменениями параллаксов перекрывающихся изображений подстилающей поверхности, обусловленными этими отклонениями. Разработана процедура расчёта изменений параллаксов, основанная на аппроксимации полученных функциональных зависимостей. Выполнены количественные оценки погрешностей аппроксимации, а также совместного и раздельного влияния отклонений на величину изменений параллаксов перекрывающихся изображений.

Заключение. Разница в значениях продольных параллаксов смежных пар перекрывающихся снимков и отличие от нуля их поперечных параллаксов служат критерием наличия некоординированных отклонений маршрута полёта от заданной траектории по высоте и направлению полёта. Разработанная модель основана на использовании для анализа и обработки текущих изображений подстилающей поверхности и обеспечивает автоматическое обнаружение и оценку уровня этих отклонений с относительной погрешностью 0,6%. В отличие от известных предложенный подход базируется на простых вычислительных процедурах, что позволяет существенно снизить уровень вычислительных и ресурсных затрат.

1. Hosseini K., Ebadi H., Farnood F. Determining the location of UAVs automatically using aerial or remotely sensed high-resolution Ahmadi images for intelligent navigation of UAVs at the time of disconnection with GPS // Journal of the Indian Society of Remote Sensing. 2020. N 48(12). P. 1675-1689. https://doi.org/10.1007/s12524-020-0n87-4.

2. 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, N 1. P. 107-110.

3. Kikutis R., Stankunas J., Rudinskas D. Autonomous unmanned aerial vehicle flight accuracy evaluation for three different path-tracking algorithms // Transport. 2019. N 34(6). P. 652-661.

4. 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. N 995(1). P. 012019. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/995/1/012019/pdf (дата обращения: 14.12.2021).

5. Review of multi-modal image matching assisted inertial navigation positioning technology for unmanned aerial vehicle / S. Luo, H. Liu, M. Hu, J. Dong // Journal of National University of Defense Technology. 2020. Vol. 42, N 6. P. 1-10.

6. Салычев О. С. Автопилот БПЛА с инерциальной интегрированной системой - основа безопасной эксплуатации беспилотных комплексов. URL: http://www.teknol.ru/trashZuav_autopilot_salychev_2602182965.pdf (дата обращения: 14.12.2021).

7. Определение навигационных параметров беспилотного летательного аппарата на базе фотоизображения и инерциальных измерений / Д. А. Антонов, М. В. Жарков, И. М. Кузнецов, Е. М. Лунев, А. Н. Пронькин // Труды МАИ. 2016. Вып. 91. С. 1-26.

8. Андронов В. Г., Емельянов С. Г. Автономное определение элементов внешнего ориентирования космических снимков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2016. № 2(19). С. 77-87.

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. Андронов В. Г. Технология априорной оценки качества космической оптико-электронной съёмки // Известия Юго-Западного государственного университета. 2014. № 3(54). 2014. С. 8-12.

12. Андронов В. Г. Априорная оценка качества космической оптико-электронной съёмки // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2014. № 1. С. 36-40.

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

14. Гермак О. В. Определение элементов взаимного ориентирования снимков // Интернет-журнал «Науковедение». 2012. № 4. С. 1-5.

15. 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.