Уточнение параметров отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории, измеренных средствами инерциальной навигации, по изображениям подстилающей поверхности

Цель исследования - разработка методики, обеспечивающей уточнение инерциальных измерений параметров отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории по параллаксам изображений подстилающей поверхности.

Методы. Для математического описания процедур уточнения использовалась математическая модель параметров отклонений, устанавливающая функциональную связь между этими параметрами, плоскими координатами соответственных точек и параллаксами перекрывающихся изображений подстилающей поверхности. Решение нелинейной системы уравнений, описывающих эту функциональную связь, выполнялось по методу наименьших квадратов с оценкой точности полученных результатов.

Результаты. Разработана методика уточнения параметров отклонений беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории на основе автономной фотограмметрической обработки перекрывающихся изображений подстилающей поверхности. Выполнена линеаризация и описана процедура решения системы нелинейных уравнений, описывающих модель параметров отклонений. Получены аналитические соотношения для апостериорной оценки точности получаемых результатов.

Заключение. Разработанная методика обеспечивает уточнение значений некоординированных отклонений маршрута полёта беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории, измеренных средствами инерциальной навигации в условиях потери сигналов от навигационных спутников. Предложенный подход по сравнению с известными методиками позволяет уменьшить в три раза число обрабатываемых соответственных точек на перекрывающихся изображениях. Это позволяет существенно снизить уровень вычислительных и ресурсных затрат, что имеет большое значение для использования разработанной методики на борту малоразмерных беспилотных летательных аппаратов.

1. 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: 14.05.2022).

2. Пронькин А. Н., Кузнецов И. М., Веремеенко К. К. Интегрированная навигационная система БПЛА: структура и исследование характеристик // Труды МАИ. 2010. № 41. С. 14.

3. 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. N 48(12). P. 1675-1689. htpps://doi.org/10.1007/s12524-020-01187-4.

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, N 1. P. 107-110.

5. 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.

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. P. 012019.

7. 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.

8. Малоразмерные беспилотные летательные аппараты: задачи обнаружения и пути их решения / И. И. Олейник, А. А. Черноморец, В. Г. Андронов [и др.] / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2021. 171 с.

9. 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.

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

11. Веремеенко К. К., Кошелев Б. В., Соловьев Ю. А. Анализ состояния разработок интегрированных инерциально-спутниковых навигационных систем // Новости навигации. 2010. № 4. С. 32-41.

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

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

14. Интегрированная система ориентации и навигации БПЛА / К. К. Веремеенко, Д. А. Антонов, М. В. Жарков [и др.] // Новости навигации. 2011. № 4. С. 22-28.

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.

16. Андронов В. Г. Технология априорной оценки качества сканерных изображений // Известия Юго-Западного государственного университета. 2014. № 3(54). С. 8-12.

17. Андронов В. Г., Князев А. А., Чуев А. А. Модель параметров отклонений маршрута полёта беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории // Известия Юго-Западного государственного университета. 2021. № 4(25). С. 145-161.

18. 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.

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

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