ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ НАВИГАЦИИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ДАННЫЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Аннотация
Рассмотрены методы навигации БПЛА, основанные на данных дистанционного зондирова-
ния Земли: аэро- или космо- фотоснимках высокого разрешения, обработанных специальным обра-
зом. Для видеонавигации используются ортонормированные фотоснимки местности, для навига-
ции по микрорельефу – фотоснимки, обработанные методом стереофотограмметрии. Методы
видеонавигации основаны на выделении и сопоставлении характерных точек на текущем и опор-
ном изображениях. В зависимости от наличия эталонных данных в виде фотоснимков видеонави-
гация подразделяется на одометрическую и по привязке изображений к местности. Одометриче-
ская навигация не требует эталонных данных, что является её положительной чертой, однако в
её принципы работы заложено нарастание ошибок определения навигационных параметров. Ви-
деонавигация по привязке изображения обеспечивает более высокие точностные характеристики,
но требует предварительной подготовки эталонных данных и использования бортовых вычисли-
телей с большим объемом памяти. Разработанные методы видеонавигации проверены путем
математического моделирования, результаты которого показали, что целесообразно комбиниро-
вать эти два метода. В этом случае ожидаемая точность навигации БПЛА с использованием
предложенных методов сопоставима с точностью СНС. Реализация методов видеонавигации в
бортовом вычислителе на базе одноплатного модуля NVIDIA Jetson TX2 показала их работоспо-
собность в реальном масштабе времени. Методы навигации по микрорельефу основываются на
поисковом оценивании координат БПЛА в пределах доверительного квадрата. Результаты мате-
матического моделирования навигации по микрорельефу показали, что метод работоспособен с
высокой (3-8 м) точностью как при полете БПЛА над антропогенной местностью, так и при по-
лете над естественным объектовым составом. Реализация навигации по микрорельефу в борто-
вом вычислителе, построенном на модуле Салют- Л 24ПМ2 РАЯЖ.441461.031, показала её рабо-
тоспособность в реальном масштабе времени. Предложенные методы видеонавигации и навига-
ции по микрорельефу были успешно апробированы на стенде полунатурного моделирования.
В ближайшее время предполагаются их летные испытания. Для практической реализации разра-
ботанных методов высокоточной навигации необходимо решить вопрос с обеспечением потреби-
теля эталонными данными, полученными на основе оперативной обработки актуальных космо-
или аэро- фотоснимков местности высокого разрешения.
Литература
Universitet ITMO, 2019.
2. Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Issledovanie algoritmov vydeleniya i sopostavleniya osobykh tochek
na izobrazheniyakh ot datchikov tekhnicheskogo zreniya [Research of algorithms for identifying and
comparing special points in images from technical vision sensors], Mater. XVI Vserossiyskoy
mul'tikonferentsii po problemam upravleniya [Proceedings of the XVI All-Russian Multi-Conference
on Control Problems]. Vol. 3. Volgograd, 2023, pp. 61-64.
3. Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Geoinformatsiya v kompleksakh bortovogo oborudovaniya letatel'nykh
apparatov: monografiya [Geoinformation in on-board equipment systems of aircraft: monograph].
Moscow, 2018.
4. Bay H. et al. Speeded-up robust features (SURF), Computer vision and image understanding, 2008,
Vol. 110, No. 3, pp. 346-359.
5. Komp'yuternoe zrenie OpenCV 4.5.1//Open CV Sopostavlenie izobrazheniy SLAM BEBLID [Computer
Vision OpenCV 4.5.1//Open CV Image Matching SLAM BEBLID].
6. Rublee E. et al. ORB: An efficient alternative to SIFT or SURF, 2011 International conference on
computer vision. IEEE, 2011, pp. 2564-2571.
7. Alcantarilla P.F., Bartoli A., Davison A.J. KAZE features, European conference on computer vision.
Springer, Berlin, Heidelberg, 2012, pp. 214-227.
8. Yang X., Cheng K.T. An ultra-fast feature for scalable augmented reality, IEEE, ACM Intl. Sym. on
Mixed and Augmented Reality (ISMAR), 2012, pp. 49-57.
9. Viswanathan D.G. Features from accelerated segment test (fast), Proceedings of the 10th workshop on
image analysis for multimedia interactive services, London, UK. 2009, pp. 6-8.
10. Leutenegger S., Chli M., Siegwart R.Y. BRISK: Binary robust invariant scalable keypoints, 2011 International
conference on computer vision. IEEE, 2011, pp. 2548-2555.
11. Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Issledovanie tochnostnykh kharakteristik algoritmov videonavigatsii
po privyazke izobrazheniy k mestnosti [Study of the accuracy characteristics of video navigation algorithms
for linking images to terrain], Sb. tezisov dokladov V-oy Vserossiyskoy na-uchno-tekhnicheskoy
konferentsii «Modelirovanie aviatsionnykh sistem». FGUP «GosNIIAS». Moskva, 2023 [Collection of
abstracts of reports of the V-th All-Russian Scientific and Technical onference “Modeling of Aviation
Systems”. FSUE "GosNIIAS". Moscow, 2023], pp. 339-341.
12. Leshchuk O.G., Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Rezul'taty issledovaniy realizatsii metoda
videonavigatsii po fotosnimkam mestnosti na bortovykh vychislitelyakh [Results of research on the
implementation of the method of video navigation using photographs of the area on on-board computers],
Sb. tezisov dokladov V-oy Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Modelirovanie
aviatsionnykh sistem». FGUP «GosNIIAS», Moskva, 2023 [Collection of abstracts of reports of the
V-th All-Russian scientific and technical conference “Modeling of aviation systems”. FSUE
“GosNIIAS”, Moscow, 2023], pp. 334-335.
13. Leshchuk O.G., Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Otsenka tochnostnykh kharakteristik metoda
odometricheskoy videonavigatsii [Assessment of the accuracy characteristics of the odometric video
navigation method], Sb. tezisov dokladov V-oy Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii
«Modelirovanie aviatsionnykh sistem». FGUP «GosNIIAS», Moskva, 2023 [Collection of abstracts of
the V-th All-Russian Scientific and Technical onference “Modeling of Aviation Systems”. FSUE
“GosNIIAS”, Moscow, 2023], pp. 332-333.
14. Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Sravnitel'nye otsenki tochnosti videonavigatsii po privyazke
izobrazheniy k mestnosti i odometricheskoy videonavigatsii [Comparative assessments of the accuracy
of video navigation for georeferencing images and odometric video navigation], Sb. tezisov dokladov
22-y Mezhdunarodnoy konferentsii «Aviatsiya i kosmonavtika». MAI, Moskva, 2023 [Collection of abstracts
of the 22nd International onference “Aviation and osmonautics”. MAI, Moscow, 2023],
pp. 168-169.
15. Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Issledovanie metodov videonavigatsii dlya letatel'nykh apparatov
[Research of video navigation methods for aircraft], Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol',
diagnostika [Devices and systems. Management, control, diagnostics], 2024, No. 1, pp. 36-43.
16. Leshchuk O.G., Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Razrabotka i realizatsiya metodov videonavigatsii
dlya bespilotnykh letatel'nykh apparatov [Development and implementation of video navigation methods
for unmanned aerial vehicles], Sb. trudov nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Sostoyanie i
perspektivy razvitiya sovremennoy nauki po napravleniyu «Intellektual'nye sistemy navedeniya
vysokotochnogo oruzhiya». Ch. 3. Geoinformatsionnye platformy voennogo naznacheniya.
Tekhnopolis «Era», Anapa:, 2023 [Collection of proceedings of the scientific and technical conference
“State and prospects for the development of modern science in the direction of “Intelligent guidance
systems for high-precision weapons”. Part 3. Geoinformation platforms for military purposes.
Technopolis “Era”, Anapa:, 2023], pp. 4-13.
17. Tekhnicheskaya spetsifikatsiya lazernogo dal'nomera LRF03C01S [Technical specification of laser
rangefinder LRF03C01S].
18. Sazonova T.V., Shelagurova M.S., Korneva E.G. Issledovanie rezhima ekstremal'noy korrektsii po
polyu rel'efa metodom matematicheskogo modelirovaniya s ispol'zovaniem rezul'tatov letnykh
ispytaniy [Study of the regime of extreme correction along the relief field by the method of mathematical
modeling using the results of flight tests], Avtomatizatsiya. Sovremennye tekhnologii [Automation.
Modern technologies], No. 2021/05.
19. Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Avtonomnaya vysokotochnaya navigatsiya letatel'nykh apparatov po
mikrorel'efu s iskusstvennym i estestvennym ob"ektovym sostavom [Autonomous high-precision navigation
of aircraft over microrelief with artificial and natural object composition], Pribory i sistemy.
Upravlenie, kontrol', diagnostika [Instruments and systems. Management, control, diagnostics], 2024,
No. 2, pp. 25-29.
20. Sazonova T.V., Shelagurova M.S. Avtonomnaya vysokotochnaya navigatsiya letatel'nykh apparatov po
mikrorel'efu s iskusstvennym i estestvennym ob"ektovym sostavom [Autonomous high-precision navigation
of aircraft over microrelief with artificial and natural object composition], Pribory i sistemy.
Upravlenie. Kontrol'. Diagnostika [Instruments and systems. Control. Control. Diagnostics], 2024,
No. 2, pp. 25-29.
