Известия ЮФУ. Технические науки.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПУТИ ОБХОДА ПРЕПЯТСТВИЯ АВТОНОМНЫМ НЕОБИТАЕМЫМ ПОДВОДНЫМ АППАРАТОМ

2024-04-15T21:59:25+03:00

Рассматривается задача безопасного движения автономного необитаемого подвод-
ного аппарата (АНПА) в условиях возникновения неподвижных препятствий. Традиционно
информация о препятствии формируется по мере приближения АНПА к препятствию, и
по ней система управления АНПА принимает решение о параметрах дальнейшего движе-
ния АНПА (курс, скорость, глубина). Целью работы явилось определение пространственно-
го пути обхода препятствия на основе определение геометрической формы и размеров
препятствия по данным цифровых карт. В работе предложен метод определения про-
странственного 3D-пути обхода препятствия, использующий полную информацию о гео-
метрической форме и размерах препятствия, полученную на основе дополнения данных
средств освещения обстановки данными цифровых батиметрических карт районов, через
которые пролегает маршрут АНПА, а также – цифровых физических карт районов зем-
ной поверхности с указанием мелких островов, выступающих на морскую поверхность.
Изобаты батиметрической карты построены по измерениям в узлах сетки, покрывающей
рассматриваемый район, шаг сетки превышает сотни метров. Для оценки вероятности
возникновения аномалий рельефа дна между узловыми точками сетки, представляющими
опасность для движения АНПА, предложено использовать метод нечетко-
вероятностного анализа. По узловым точкам, покрывающим препятствие, вычисляется
двумерная автокорреляционная функция, формируются значения лингвистических пере-
менных. По этим переменным сформированы продукционные правила и с их использованием
определена вероятность возникновения аномалий рельефа. Для определения кратчайшего
расстояния имеющаяся сетка глубин в узловых точках препятствпия представлена в виде
ориентированного взвешенного графа: узлами графа являются узлы сетки с известными
глубинами, ребрам назначены веса, равные пространственным расстояниям между узлами
трехмерной сетки (широта, долгота, глубина). Разработанный алгоритм определения
пути обхода препятствия заключается в определении конечной точки обхода на мар-
шрутной траектории за препятствием и поиске кратчайшего пути обхода препятствия
путем сравнение текущего рассматриваемого пути с полученными ранее. В случае превы-
шения длины рассматриваемого пути в промежуточном узле сформированного ранее пути
процесс рассмотрения текущего пути останавливается, и осуществляется переход к рас-
смотрению следующего пути. Результаты проведенных численных экспериментов показа-
ли, что сокращение пути обхода по сравнению с традиционным подходом препятствия в
рассмотренном примере составило 17%.

ОБОСНОВАНИЕ ОБЛИКА ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОДЪЕМ ПОДВОДНОГО ГРУЗА

2024-04-15T22:09:09+03:00

Целью исследования является разработка способа взаимодействия судна с подводным
грузом для его приема и транспортировки. В статье представлены результаты создания ком-
плекса подъема подводного груза на судно-носитель. Облик комплекса формировался на основе
оценки возможных технических решений, проведения теоретических расчетов и моделирова-
ния. Выполнен анализ предыдущего опыта создания аналогов. Для стыковки с подводным грузом
с судна-носителя опускается на четырех точках подвеса специальный приемный модуль, при-
чем выбор сделан в пользу схемы тросового подвеса. Разработаны четыре механизма, состав-
ляющие основу комплекса – механизм подъема, механизм компенсации, механизм демпфирова-
ния и механизм фиксации. Основу механизма подъема составляют лебедки с электроприводом,
использующие электрические асинхронные двигатели с векторным управлением. Канат меха-
низма подъема заведен через полиспаст к грузу. Для компенсации возмущений, вызванных качкой
судна-носителя, в разрыв канатной линии включена гидропневматическая система, которая
парирует возникающие динамические нагрузки путем перемещения штоков гидроцилиндров.
Механизм демпфирования поглощает энергию соударения платформы спускаемого модуля с
корпусом судна-носителя в режиме причаливания. Механизм фиксации обеспечивает надежное
крепление спускаемого модуля с подводным грузом или без него в походном положении с корпу-
сом судна носителя. Модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором получена
из обобщённой схемы, путем замыкания обмоток ротора накоротко. Предусмотрен частот-
ный способ управления, за базовый вектор принят вектор потокосцепления ротора. В модели
тросового подвеса учтена его деформация при движении в процессе эксплуатации. Модель
механизма компенсации создана на основании адиабатического процесса в макроскопической
системе, при котором система не обменивается теплотой с окружающим пространством. В
ходе расчетов и моделирования параметры узлов и механизмов подобраны таким образом, что
обеспечиваются технически реализуемые условия функционирования комплекса. При этом ог-
раничены нагрузки на тросовую систему и исключены ее провисания, ход каретки компенсато-
ра минимизирован. В результате был получен квазиравномерный подъем подводного груза с
незначительными колебаниями скорости при качке судна-носителя.

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕОРИИ СХОДСТВА ДЛЯ ОЦЕНКИ ДИНАМИКИ СКОПЛЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ИНТЕРЕСА НА МЕСТНОСТИ

2024-04-15T22:17:03+03:00

Опыт современных боевых действий инициировал высокую актуальность задач оценки
динамики изменения во времени характеристик групп (скоплений) объектов интереса на мест-
ности с воздуха. Активное развитие беспилотной авиации, в том числе в составе групп, пред-
ставляет новые возможности периодического мониторинга местности с решением задач об-
наружения и распознавания скоплений объектов интереса в динамике. В статье проведен ана-
лиз возможности использования теории сходства для решения задач оценки сходства видов
вооружений, военной и специальной техники по характеру распределения в различных скоплени-
ях, в том числе в различных геофизических условиях. Показано, что динамика объектов может
быть установлена регулярным мониторингом местности с определением для скоплений различ-
ных мер сходства и различия. При этом доказана применимость хорошо себя зарекомендовав-
ших статистических методов исследования биоразнообразия, разработанных в биологии для
оценки разнообразия популяций, их сложности, схожести, взаимоотношений и др. Приведены
характеристики видового разнообразия важнейших детерминированных скоплений войск и
техники стран НАТО. Работоспособность предлагаемого подхода продемонстрирована на
примере воздушной разведки условного района с распознаванием динамики пяти видов скопле-
ний, включающих различные типы ВВСТ, личного состава и средств инженерного оборудова-
ния. Даны общие рекомендации по проведению соответствующих оценок и принятию решений.
Рекомендованы к применению следующие основные меры сходства: коэффициенты сходства
Жаккара – для определения меры сходства скоплений по входящим в их состав видам образцов
ВВСТ (автомобилей, танков, орудий, бронемашин и др.); индекс Маргалефа для определения
количества видов ВВСТ в общем количестве объектов ВВСТ в скоплении; обобщенная мера
разнообразия по Шеннону – для оценки разнообразия видов в скоплении; индекс доминирования
Симпсона – для определения доминирующего вида ВВСТ в скоплении; коэффициент Серенсена-
Чекановского – для определения степени встречаемости выбранного вида образцов ВВСТ в
скоплении. Полученные результаты целесообразно использовать в многокритериальных задачах
предполетного и оперативного планирования групповых действий беспилотных летательных
аппаратов в интересах мониторинга контролируемой территории с учетом требуемого гра-
фика получения достоверной информации

АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ БОЕВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНО-УДАРНОГО РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

2024-04-15T22:31:25+03:00

В современной системе вооруженного конфликта, где актуальны гибридные и инфор-
мационные способы решения боевых задач, становится всё более важным разрабатывать
эффективные методы оценки боевых возможностей разведывательно-ударных робототех-
нических систем. Данное исследование направлено на создание универсального метода для
оценки таких систем в условиях реальной боевой среды, обеспечивая комплексный подход к
измерению их эффективности. Авторы делают акцент на интеграции алгоритмических ре-
шений, предназначенных для анализа эффективности современного вооружения и военной
техники, что позволяет учесть широкий диапазон переменных и тактико-технических ха-
рактеристик, характерных для нынешней боевой обстановки. В работе особое внимание
уделено выявлению ключевых характеристик наземных боевых роботизированных комплексов
и исследованию их использования в группах. Это открывает пути для повышения боевой эф-
фективности, уменьшения рисков для личного состава и улучшения процессов принятия ре-
шений. С учетом внедрения автономных технологий исследование подчеркивает значимость
роботизации в контексте военных действий, акцентируя на необходимости использования
машин в местах высокого риска для человека. Проанализировав существующие методики
оценки боевой эффективности ударно-разведывательных образцов вооружения и военной
техники, авторы предложили алгоритм, который принимает во внимание уникальные тре-
бования и характеристики роботизированных систем, включая их огневую мощь, мобиль-
ность и выживаемость. Этот алгоритм может стать основой для разработки систем
управления роботизированными комплексами следующего поколения, что обеспечит их по-
вышенную боевую эффективность и способность к эффективной работе в составе групп военных операций. Таким образом, результаты данного исследования представляют значи-
тельный вклад в область военной робототехники, предлагая подходы, которые помогут в
разработке и оптимизации роботизированных боевых систем. Эти наработки могут слу-
жить основой для улучшения стратегий применения таких систем на поле боя.

ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ ОПОРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПЛАНИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГРУППЫ НАЗЕМНЫХ РОБОТОВ

2024-04-15T22:39:27+03:00

Целью исследования является формирование геометрической модели среды, содержащей
информацию о параметрах подстилающей поверхности для использования в системе планиро-
вания движений группы роботов строем на высокой скорости. В статье исследована задача
построения карты опорных поверхностей. Приведен анализ существующих исследований по
теме определения характеристик опорных поверхностей мобильными роботами. Приведена
классификация способов оценки характеристик опорной поверхности на дистанционные и кон-
тактные. На основе анализа преимуществ и недостатков известных дистанционных и кон-
тактных методов в работе предлагается комбинированный подход, позволяющий использо-
вать преимущества обоих методов. Подход основан на дистанционном разделении простран-
ства на кластеры по внешним параметрам подстилающей поверхности с потенциально одина-
ковыми внутренними свойствами, одновременном определении внутренних параметров под-
стилающей поверхности контактным методом и дальнейшем их объединении. При этом осу-
ществляется постоянное уточнение параметров поверхности во время перемещения. Подход
использует ограниченный перечень стандартных бортовых средств мобильного робота и не
требует больших вычислительных затрат по сравнению с методами машинного обучения.
Приводится описание дистанционного определения внешних параметров подстилающей по-
верхности, в основе которых лежат алгоритмы сегментации облака точек, не требующие
предварительного обучения. В качестве аргументов для сегментации используются: координа-
ты точек облака, цвет каждой точки и перепад высот в окрестности каждой точки. Описан
алгоритм определения внутренних характеристик поверхности контактным способом. В каче-
стве внутренних параметров рассматриваются коэффициенты трения между каждым коле-
сом и текущей поверхностью. Эти коэффициенты позволяют определить предельные ускоре-
ния для каждого робота группы, которые необходимы для реализации системы планирования
движений. В работе приводятся результаты экспериментальных исследований дистанционно-
го определения параметров подстилающей поверхности в рамках предложенного подхода на
данных из публичного набора KITTI. Результаты исследования подтверждают возможность
формирования геометрической модели среды, сегментированной на области с различными ха-
рактеристиками опорной поверхности без обучения с использованием стандартных аппарат-
ных возможностей робота.

ПОДХОД К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ И ДРУГИХ НЕОТЛОЖНЫХ РАБОТ

2024-04-15T22:49:07+03:00

Предложен подход к обоснованию параметров робототехнического комплекса, предна-
значенного для проведения аварийно-спасательных работ и других неотложных работ при
ликвидации последствий аварий на особо опасных объектах (далее – РТК). Данный подход
основан на формулировании идеальной модели робототехнического комплекса и дальнейшем
ее преобразовании с целью обеспечения возможности создания, на основе существующих
промышленных технологий, перспективного образца, превосходящего по показателям суще-
ствующие робототехнические средства. Выбранный подход определяет ряд положений в
отношении процесса обоснования параметров техники и создания ее перспективных образ-
цов и технологий, включая теоретические положения, которые следует положить в основу
его рассмотрения; способы действий при его организации; алгоритм его осуществления.
В ходе достижения поставленной цели – обоснования параметров рассматриваемого РТК,
были решены следующие научные задачи: проанализированы проблемы создания модели оп-
тимизации параметров, разработана «идеальная модель» оптимизации параметров, на основе которой подготовлена рациональная модель оптимизации параметров РТК. При реше-
нии данных задач были определены основные особенности идеальных РТК: автономность,
гибкость, интеллектуальность, маневренность, программируемость, обладание сенсорной
обратной связь. Кроме того, идеальные РТК должны обеспечивать: исключение гибели и
травматизма личного состава при ликвидации чрезвычайных ситуаций (далее – ЧС); повы-
шение эффективности проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ (да-
лее – АСДНР); гибкость и адаптивность при проведении АСДНР. Под рационализацией иде-
альной модели в данной статье предлагается понимать ее преобразование путем снижения
требований к соответствующим параметрам. При этом рассматривается два вида рацио-
нализации параметров РТК: – по тактическим показателям – модель, которую целесообраз-
но реализовать в случае, если стохастическую математическую модель действий РТК уда-
стся разработать; – по техническим показателям – модель, используемую, если упомянутая
модель действий РТК создана не будет. Такой подход дает возможность оценивать степень
отклонения выбранных параметров РТК и используемых методов их обоснования от наилуч-
ших вариантов, а также наметить пути по их совершенствованию.

АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОЛЕЙ

2024-04-15T22:56:07+03:00

Организация непрерывного мониторинга значительных пространств с динамически
меняющимися условиями и обстановкой является одной ключевых задач в различных направ-
лениях жизнедеятельности человека. Особо остро эта задача стоит в России с учетом ее
территорий (земель), предназначенных для сельскохозяйственной деятельности. Особую
важность организации непрерывного мониторинга подчеркивает и развитие концепции и
технологий точного земледелия. В качестве средств для решения этой системной задачи
могут использоваться различные робототехнические и беспилотные системы, оснащенные
необходимым оборудованием в соответствии с локальными задачами непрерывного монито-
ринга. Непрерывный мониторинг при этом может быть обеспечен только применением
эффективных алгоритмов построения траектории движения используемых подвижных ро-
бототехнических и беспилотных (в первую очередь авиационных) систем. Повышение эф-
фективности таких алгоритмов с математической точки зрения всегда усложняется цик-
личностью траекторий движения, т.е. построением гамильтонова цикла. В рамках данной
работы предлагается метод конструирования оптимальной траектории движения при вы-
полнении задач непрерывного циклического мониторинга сельскохозяйственных полей. Метод
основан на поиске гамильтонова цикла на графе карты местности и позволяет автоматиче-
ски строить оптимальный замкнутый путь для произвольной карты местности. Отличи-
тельной особенностью метода является использование модифицированного алгоритма поис-
ка гамильтонова цикла. Алгоритм может быть масштабирован для карт, соответствую-
щих графам с большим (более 100) количеством вершин, для которых стандартный алго-
ритм поиска гамильтонова цикла методом перебора требует значительно большего времени
выполнения, чем предложенный алгоритм. Показано, что используемый алгоритм обладает в
17 раз меньшей константой роста временной сложности, чем стандартный алгоритм поис-
ка гамильтонова цикла. Это позволяет увеличить количество вершин графа, используемого
для поиска гамильтонова цикла в режиме реального времени (от 0.1 до 100 секунд), на поря-
док (от 30 до 500). Разработанный алгоритм может быть внедрён в современные беспилот-
ные системы мониторинга состояния сельскохозяйственных полей для оптимизации траек-
тории движения беспилотных аппаратов в режиме реального времени (0.1-100 секунд), внося
тем самым вклад в динамично развивающуюся область точного земледелия.

ОПТИМАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ РОБОТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ МЕХАНОТЕРАПИИ НА БАЗЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

2024-04-15T23:03:49+03:00

Анализ состояния исследований показал, что в настоящее время восстановительная ме-
ханотерапия широко применяется для реабилитации больных с функциональными нарушениями
опорно-двигательной системы, вызванными последствиями сосудистых заболеваний, наруше-
ний нейрорегуляции двигательной активности, травм и патологии опорно-двигательного аппа-
рата. В восстановительной механотерапии чаще всего использую роботы последовательной
структуры, которые обладают необходимой рабочей областью, но при этом имеют низкую
грузоподъёмность, в результате чего приходится масштабировать систему. Отличным реше-
нием для реализации механотерапии на основе робототехнических средств являются роботы
параллельной структуры. В статье представлены структура и модель в двух вариантах испол-
нения: одномодульный роботизированный комплекс (РТК) для реабилитации одной конечности
и двухмодульный роботизированный комплекс для реабилитации обеих конечностей. Каждый
модуль включает активный 3-PRRR манипулятор для перемещения стопы пациента и пассив-
ный ортез на базе RRR механизма для поддержки нижней конечности. На основе клинических
аспектов в области реабилитации сформулированы требования к разрабатываемому РТК для
реабилитации нижних конечностей с учетом антропометрических данных пациентов. Разра-
ботана математическая модель, описывающая зависимость положений звеньев активных и
пассивных механизмов двух модулей от углов в шарнирах пассивного ортеза с учётом вариан-
тов креплений кинематических цепей активных манипуляторов к подвижным платформам и их
конфигураций. Разработан метод параметрического синтеза гибридной робототехнической
системы модульной структуры с учётом сформированных уровней параметрических ограниче-
ний в зависимости от эргономичности и технологичности конструкции на основе критерия в
виде свёртки, включающей два компонента, один из которых основан на минимизации недос-
тижимых точек траектории с учётом особенностей антропометрических данных, а другой на компактности конструкции. Разработан цифровой двойник РТК и подвесной предохрани-
тельный механизм в составе РТК с использованием средств CAD/CAE системы NX. Проекти-
рование пассивного RRR механизма выполнено путем реверсивного инжиниринга с использова-
нием 3D сканирования. Представлены результаты математического моделирования, а также
результаты анализа.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМИ СУДАМИ И МЕХАНИЗМЫ ИХ ПРЕОДОЛЕНИЯ

2024-04-15T23:08:07+03:00

Эксплуатирующие организации и потенциальные потребители авиационных работ и
услуг могут не в полной мере получать выгоды от внедрения безэкипажных или высокоав-
томатизированных ВС, внедряя их лишь локально, в рамках традиционных бизнес-моделей
применения авиации, нередко даже в фиксированных объемах, характерных для ВС преж-
них поколений, с более высокой стоимостью эксплуатации. Целью работы является опре-
деление границ области формирования интегрированных авиационных систем (ИАС) как
эффективного механизма внедрения технологий автоматизации управления воздушными
судами, когда внедрение беспилотных или высокоавтоматизированных ВС будет эффек-
тивно при формировании ИАС. На основе модели оптимального патрулирования рассчи-
таны численности ВС без формирования ИАС и при формировании ИАС. Определены зна-
чения эксплуатационных затрат и значения штрафов и потерь от аварийных ситуаций
при формировании ИАС с беспилотными и (или) высокоавтоматизированными ВС и без
формирования ИАС с беспилотными и (или) высокоавтоматизированными ВС и с пилоти-
руемыми ВС. Определена зависимость области эффективности формирования ИАС от
исследуемых параметров. Проведены параметрические расчеты для характерных значений
параметров. Показано, что максимального экономического эффекта позволяет достичь
формирование оптимальных ИАС с безэкипажными или высокоавтоматизированными ВС,
в которых по глобальному экономическому критерию оптимизируется как парк ВС и
стратегия его применения, так и «ответные» бизнес-процессы потребителя авиационных
работ и услуг. Определены границы значений затрат на внедрение технологий автомати-
зации в зависимости от длины патрулируемой сети, когда внедрение беспилотных или вы-
сокоавтоматизированных ВС будет эффективно только при формировании ИАС, и без
формирования ИАС и когда внедрение беспилотных или высокоавтоматизированных ВС
будет неэффективно, эффективно будет оставить пилотируемые ВС. Таким образом,
действенным механизмом распространения технологий автоматизации управления и по-
вышения эффективности бизнес-процессов в различных отраслях является формирование
целостных ИАС силами организаций-разработчиков и производителей АТ, в интересах
потенциальных потребителей авиационных работ и услуг.

НЕЙРОКОГНИТИВНЫЕ МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ФЕДЕРАТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ В РЕАЛЬНОЙ КОММУНИКАТИВНОЙ СРЕДЕ

2024-04-15T23:15:11+03:00

В отличие от существующих методов обучения систем искусственного интеллекта,
подходы, основанные на федеративном обучении, не потребуют длительной и дорогостоящей
процедуры подготовки обучающей выборки при создании и массовом практическом применении
«умных» сельскохозяйственных систем, автономных беспилотных сельскохозяйственных ма-
шин и роботов, а полученные системой принятия решений знания будут актуализироваться на
постоянной основе. Целью исследования является разработка и внедрение сквозной технологии
федеративного обучения для искусственного интеллекта, отсутствие которой сегодня пре-
пятствует созданию интегрированных информационно-управляющих систем для растениевод-
ства и животноводства («умные» сельскохозяйственные системы), основанных на групповом
применении беспилотных наземных и воздушных сельскохозяйственных машин и роботов. Вне-
дрение подобных интеллектуальных систем необходимо для сохранения и повышения произво-
димой продукции и обеспечения устойчивого развития сельского хозяйства. В статье описаны
нейрокогнитивные методы и алгоритмы федеративного обучения интеллектуальных систем
управления сельскохозяйственными процессами в реальной среде. Также предлагается струк-
тура обмена данными и знаниями в системе «умного» поля на основе распределенной сети ин-
теллектуальных агентов, управляющих системами «умного» поля на различных сельскохозяй-
ственных угодьях, на основе федеративного обучения. Каждый интеллектуальный агент пред-
ставляет собой программную модель нейрокогнитивных процессов рассуждения и принятия
решений в рамках решения определенной задачи. Предложенная структура будет способство-
вать совместному накоплению базы знаний в области сельского хозяйства и сможет стать
основой множества различных интеллектуальных агентов, эффективно выполняющих кон-
кретные задачи в рамках распределенной сети систем управления «умными» полями. Также
приводится описание интеллектуальных агентов, выполняющих различные задачи в реальной
среде. Приведены примеры разрабатываемых на автономных робототехнических и программ-
ных комплексов, на основе которых планируется апробация предложенной концепции федера-
тивного обучения систем «умного» поля. Вместе с тем в статье описаны ожидаемые эффек-
ты внедрения технологий, основанных на разрабатываемых методах и алгоритмах федера-
тивного обучения интеллектуальных агентов, управляющих системами умного поля.

НЕПРЕРЫВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫМИ НЕАФФИННЫМИ ОБЪЕКТАМИ

2024-04-15T23:23:23+03:00

Предложен метод построения непрерывного управления неаффинными по управлению
объектами с дифференцируемыми нелинейностями и измеряемым вектором переменных со-
стояния. Предложенный метод базируется на использовании квазилинейных моделей нелиней-
ных объектов, которые создаются на основе их уравнений в форме Коши с сохранением точно-
сти описания. В работе показано, что управление по состоянию и воздействиям существует,
если нелинейный объект является вполне управляемым по состоянию и удовлетворяет крите-
рию управляемости выходом. Для определения управления необходимо по квазилинейной модели
объекта найти ряд полиномов и решить полиномиальное и нелинейное алгебраическое уравне-
ния. Метод является аналитическим и позволяет обеспечить некоторые первичные показатели
качества. Область притяжения положения равновесия замкнутой системы определяется об-
ластью пространства состояний, в которой выполняется условие управляемости квазилиней-
ной модели объекта. В зависимости от свойств нелинейностей объекта, управление определя-
ется либо как функция переменных состояния и отклонения, либо является численным решени-
ем, получаемым итерационным методом. Искомое управление найдено в непрерывной форме,
однако оно может быть легко записано в дискретном виде для реализации вычислительным
устройством. В данной статье приводится обзор и краткий анализ известных результатов в
области управления неаффинными объектами, формализуется решаемая задача, формулиру-
ются условия ее разрешимости, а также выводятся аналитические выражения для нахожде-
ния управляющего воздействия. Приведен численный пример с результатами синтеза и модели-
рования, который позволяет заключить, что приведённые соотношения приводят к нахожде-
нию непрерывного управления неаффинным объектом с дифференцируемыми нелинейностями и
измеряемым вектором состояния, при котором обеспечиваются требуемые свойства замкну-
той системы управления. При этом найденное управление обеспечивает равенство статиче-
ской ошибки нулю и длительность переходного процесса, не превышающая заданную величину.
Приведенные результаты моделирования замкнутой системы управления нелинейным неаф-
финным объектом третьего порядка подтверждают выполнение указанных свойств

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПОКРЫТИЯ ТЕРРИТОРИИ ГРУППОЙ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ПОДДЕРЖКЕ НАЗЕМНОЙ МОБИЛЬНОЙ ЗАРЯДНОЙ СТАНЦИИ: ФОРМИРОВАНИЕ ХРОМОСОМЫ

2024-04-15T23:29:27+03:00

Статья посвящена решению актуальной проблемы покрытия территории при помощи
беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с использованием мобильных зарядных станций.
Современные практические задачи покрытия территории требуют одновременного участия
нескольких БЛА с целью оптимизации временных затрат в ходе миссии. Другим ограничи-
вающим фактором в контексте охвата территории с использованием БЛА является дли-
тельность автономной работы этих систем. Из-за ограниченной дальности полета на од-
ном заряде батареи может возникнуть необходимость в использовании зарядных станций
для завершения миссии охвата. Статичные зарядные станции позволяют зарядить аккуму-
ляторы БЛА, однако это приводит к прерыванию миссии и увеличивает время, необходимое
для завершения охвата. При использовании статичных зарядных станций важно так же
правильно выбрать их местоположение, учитывая доступные места для установки. При
этом сам процесс установки зарядных станций требует времени, что делает их использова-
ние нецелесообразным в миссиях, где покрытие территории нужно осуществить в кратчай-
шие сроки, например, при спасательных или поисковых операциях. Мобильные зарядные
станции, которые способны перемещаться по территории для оптимизации процесса заря-
да или замены аккумуляторов БЛА лишены этих недостатков. Возникает задача планирова-
ния траекторий движения не только для БЛА, но и мобильной зарядной станции. При совме-
стном планировании движения повышается эффективность охвата, но одновременно воз-
растает и вычислительная сложность при поиске траекторий. В настоящей статье реша-
ется задача эффективного покрытия территории с использованием нескольких БЛА и мо-
бильной зарядной станции при помощи генетического алгоритма. Для адаптации задачи к
использованию генетического алгоритма предлагается и обосновывается способ формирова-
ния хромосомы, которая корректно отражает решение задачи и позволяет закодировать
траектории движения БЛА, мобильной зарядной станции, а также учитывает время и ме-
сто проведения подзарядки или замены аккумулятора БЛА. Для исследования предложенного
алгоритма разработано программное обеспечение на языке программирования Python. Адек-
ватность предложенного подхода подтверждена результатами моделирования

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ РТК

2024-04-15T23:35:17+03:00

В настоящее время в навигационных системах робото-технических комплексов (РТК) ис-
пользуют разнородные датчики первичной информации, которые могут обеспечивать избы-
точность навигационных данных. Это позволяет повысить точность вычисления параметров
движения, а так же позволяет определять их с большей надёжностью при условии выхода из
строя одного или нескольких датчиков. В работе дан обзор и приводится классификация низко-
уровневых математических методов обработки переопределённых параметров состояния
систем навигации РТК. Отмечается, что задача комплексирования является подобластью
задачи идентификации систем и поэтому имеет общие с ней подходы к построению решения.
В подавляющем большинстве методов, построенных на оптимизационном подходе, в качестве
критерия оптимальности используется квадратичная функция ошибок. Все математические
методы объединения (комплексной обработки или комплексирования) каких-либо данных разде-
ляют на низко-, средне- и высокоуровневые. В системах навигации наибольшее применение име-
ют низкоуровневые методы, такие как рекурсивные, нерекурсивные и методы на основе кова-
риаций. Нерекурсивные методы редко используются напрямую. Рекурсивные, как правило, по-
строены по схеме фильтра Калмана. Не все методы устойчивы к негауссовости и корреляци-
онной зависимости исходных данных, что часто встречается в системах навигации с переоп-
ределёнными данными. Кроме того, не все методы могут использоваться для решения пробле-
мы релевантности данных, поступающих от навигационных приборов. Отмечается, что для
методов комплексирования ключевым является подход объединения данных в информационном
пространстве, понимаемом, как обратное к ковариационному, поскольку подавляющая часть
методов, включая байесовские, сводятся к нему. В связи с этим, наибольший интерес представ-
ляют методы на основе ковариаций. Однако, для решения проблемы релевантности данных в
системах навигации, являющихся системами реального времени, существующие методы плохо
приспособлены, поскольку требуют при каждом такте объединения данных решения трудоём-
кой в вычислительном плане оптимизационной задачи. Таким образом, существует проблема
разработки новых подходов к решению этой задачи.

УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕДВИЖЕНИЕМ ГРУППЫ БПЛА С СОБЛЮДЕНИЕМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ СТРОЯ НА ОСНОВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ КОЛЛЕКТИВНОЙ АДАПТАЦИИ

2024-04-15T23:42:07+03:00

Основным способом решения задач планирования и управления движением является ис-
пользование интеллектуальных технологий. При этом интеллектуальные технологии применя-
ются для решения задач постановки и корректировки целей управления и программы действий
по реализации этих целей, а также для формирования алгоритма управления в условиях неопре-
деленности, обусловленной различными факторами, в исполнительных элементах, подсистеме
управления движением, подсистеме планирования и поведения. Данная работа посвящена акту-
альной проблеме математического моделирования и теории управления: задаче децентрализо-
ванного управления мультиагентной системой, состоящей из агентов, моделирующих поведе-
ние автономных роботов, с целью обеспечения движения группы роботов, развернутых в линию
и в строю типа «конвой». В работе рассматриваются результаты исследований в сфере
управления группой беспилотных летательных аппаратов, определены типы задач, которые
могут выполняться группой воздушных роботов, выделены основные стратегии управления и
их особенности. Сформированы общие позиции, необходимые для разработки детализирован-
ного алгоритма группового управления. Каждый робот должен ориентироваться в простран-
стве автономно без GPS по сигналам с собственной камеры или лидара (активного дальномера)
определять помехи, выстраивать оптимальные пути движения и принимать решения, направ-
ленные на достижения цели и выполнения задачи. Управление осуществляется с помощью алго-
ритма альтернативной коллективной адаптации, основанного на идеях коллективного поведе-
ния объектов адаптации. Для реализации механизма адаптации параметрам вектора сопос-
тавляются автоматы адаптации, моделирующие поведение объектов адаптации в среде. Раз-
работана структура процесса альтернативной коллективной адаптации, под управлением
которой осуществляется передвижение группы роботов в строю

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КОРАБЛЕЙ ВМФ

2024-04-15T23:48:45+03:00

Информации о пожароопасных ситуациях, циркулирующей в контурах систем контроля и
управления кораблём ВМФ и уровня технологий искусственного интеллекта, вполне достаточно,
чтобы разработать научно-методический аппарат обнаружения пожароопасных ситуаций в
корабельных помещениях, определения места их возникновения и факторов пожара, прогнозирования развития пожароопасной ситуации и разработать комплекс технологических решений с
применением искусственного интеллекта для получения обоснованных рекомендаций по локализа-
ции и тушению пожаров на кораблях ВМФ. Это позволит значительно сократить время обна-
ружения источников возгорания, дать достоверную информацию о пожароопасной обстановке,
спрогнозировать развитие пожара в корабельных помещениях и оперативно организовать борьбу
с корабельным пожаром до возникновения критических пожароопасных факторов и ущерба ко-
раблю, здоровью и жизни личного состава. Технологии искусственного интеллекта являются эф-
фективным средством решения сложных плохо формализуемых задач. К этому классу традици-
онно относятся задачи классификации, кластеризации, аппроксимации многомерных отображе-
ний, прогнозирования временных рядов, нелинейной фильтрации, управления сложными техноло-
гическими объектами. Анализ пожарной опасности технологических процессов, работы кора-
бельных систем и технических средств показал, что одним из наиболее перспективных путей
разрешения системного противоречия в обеспечении пожарной безопасности является использо-
вание технологий искусственного интеллекта. Необходимость разработки интеллектуальных
систем обеспеченья живучести на кораблях ВМФ обусловлена необходимостью повышения эф-
фективности руководства при борьбе за живучесть в ряде аварий и катастроф. Описаны приме-
ры влияния различных факторов на ведение борьбы за живучесть при возникновении аварий. Оп-
ределена роль интеллектуальных систем обеспеченья живучести в составе систем кораблей и
судов. Обоснована необходимость внедрения таких систем. Разрабатываемые в настоящее время
интеллектуальные системы обеспечения живучести на кораблях ВМФ призваны оказывать по-
мощь командному составу кораблей и судов в своевременности и обоснованности принятия реше-
ний, что позволит повысить эффективность борьбы за живучесть.

МЕТОД РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ МУЛЬТИ-КОММИВОЯЖЁРА В СРЕДЕ БЕЗ ПРЕПЯТСТВИЙ НА ОСНОВЕ УМЕНЬШЕНИЯ РАЗМЕРА ПРОСТРАНСТВА РЕШЕНИЙ

2024-04-15T23:55:04+03:00

Проводится анализ проблемы мульти коммивояжера, которая в отличие от знаме-
нитой задачи коммивояжера, задействует несколько коммивояжёров, которые посещают
заданное количество городов ровно один раз и возвращаются в исходное положение с ми-
нимальными затратами на поездку. Задача мульти коммивояжера является важной для
области оптимизации маршрутов и распределения назначений между несколькими аген-
тами. Основной целью исследования является разработка эффективного метода решения
данной проблемы, который позволит сократить время выполнения задач и оптимизиро-
вать использование ресурсов. В ходе исследования был создан инновационный метод, осно-
ванный на уменьшении размерности пространства решений. Этот метод позволяет более
эффективно управлять нагрузкой и ресурсами, что в свою очередь способствует миними-
зации общего времени выполнения задач. Особенностью метода является его универсаль-
ность и применимость в различных сценариях, включая ситуации с разным количеством
задач и коммивояжеров. Такой подход обеспечивает более широкий охват и позволяет
оценить применимость метода в различных контекстах, что является важным преиму-
ществом данного исследования. Для оценки эффективности разработанного метода было
проведено сравнительное исследование с использованием классического метода решения
проблемы мульти коммивояжера. Оценка результатов осуществлялась на основе трех
ключевых критериев: вычислительного времени получения решения задачи мульти комми-
вояжера, суммарной длины пройденных маршрутов коммивояжерами и максимальной дли-
ны маршрута среди них. Анализ экспериментальных данных показал, что разработанный
метод значительно превосходит классический подход по всем рассматриваемым критери-
ям в большинстве экспериментов, так как при использовании предложенного метода сред-
нее время расчета для задачи мульти коммивояжера уменьшается на 56% по сравнению с
наилучшим известным классическим результатом, при этим средняя сумма длины прой-
денных маршрутов коммивояжерами соответственно уменьшается на 12% и максималь-
ная длина пути среди пройдённых агентами маршрутов (дисбаланс нагрузки) уменьшается
на 8%, что подтверждает высокую эффективность предложенного метода и перспек-
тивность для практического применения в различных сферах, где требуется оптимизация
маршрутов и распределения задач между несколькими исполнителями

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОДСИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХ, С КОМПЕНСАЦИОННЫМИ КАНАЛАМИ, ИНТЕГРОВАННЫМИ В ФАЗИРОВАННУЮ АНТЕННУЮ РЕШЕТКУ ПРОХОДНОГО ТИПА

2024-04-16T00:01:39+03:00

Непрерывное совершенствование технологий создания беспилотных авиационных
платформ приводит к росту их количественного состава и спектра решаемых ими задач.
Установка станций постановки помех в качестве полезной нагрузки на беспилотные ле-
тательные аппараты (БпЛА) позволяет осуществлять радиоэлектронное подавление мно-
гофункциональных радиолокационных станций (МРЛС) средств противовоздушной оборо-
ны за счет превышения числа помех над числом каналов компенсатора этих помех. По-
скольку современные МРЛС сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн оснаща-
ются фазированными антенными решетками (ФАР), чаще всего проходного типа, то за-
дача увеличения противопомехового канального ресурса в таких системах наиболее акту-
альна. Одним из направлений решения данной задачи является конструктивное объедине-
ние (интеграция) основной и компенсационных подрешеток в общем раскрыве ФАР. Данное
решение требует незначительной программно-аппаратной доработки образца, заклю-
чающейся в применении системы дополнительных облучателей с цифровым выходом, рас-
положенных за основным полотном ФАР, что является более экономичным в сравнении с
использованием множества вспомогательных малоразмерных компенсационных ФАР.
В статье приводится сравнительная оценка эффективности функционирования подсис-
темы автоматической компенсации помех с подрешетками компенсационных каналов ин-
тегрированных в основную ФАР и автокомпенсатора помех с множеством малоразмерных
компенсационных решеток. Исследование проводилось методами компьютерного модели-
рования на имитационной программной модели функционирования подсистемы автомати-
ческой компенсации помех МРЛС с ФАР при воздействии группы БпЛА – носителей стан-
ций постановки помех. Результаты моделирования показали возможность увеличения
противопомехового канального ресурса при реализации в МРЛС предложений, а также
рост показателя помехоустойчивости в 1,02…1,23 раза по сравнению с МРЛС, оснащенной
малоразмерными ФАР компенсационных каналов.

ПРОГРАММНЫЕ ПОДХОДЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ В СИСТЕМАХ МОРСКОГО ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ

2024-04-16T00:10:48+03:00

При одновременной работе нескольких гидроакустических модемов в районе взаимного по-
крытия могут возникать коллизии пакетов данных, поступающих на прием от нескольких источ-
ников, что приводит к потерям части или всей информации. С ростом числа одновременно рабо-
тающих гидроакустических модемов алгоритмы физического уровня не обеспечивают стабиль-
ную передачу данных и вероятность возникновения коллизий повышается, что делает работу
модемов неэффективной или даже невозможной. Для обеспечения эффективной работы в усло-
виях гидроакустической среды распространения сигнала и для уменьшении или исключении колли-
зий при обмене и доставке данных между двумя модемами, не обладающими возможностью син-
хронной работы, а также для уменьшения времени доступа к среде распространения сигнала
требуются методы уровня управления доступом к среде с применением протоколов канального
уровня. Обычно, такая задача решается при помощи кодового разделения гидроакустических каналов. Модемы общаются как бы на разных частотах, что не создаёт коллизий, это позволяет
общаться абонентам подводной сети в формате «точка-точка», либо в режиме «multicast», то
есть всем отдельно, однако, в случае, если надо сделать передачу по сети, такой вариант уже не
подойдёт, так как сетевая передача, предполагает работу на основе «broadcast» сообщений. При
практическом использовании указанные протоколы удобно поместить в состав программной
среды разработки (фреймворк) конкретных пользовательских приложений для решения задач
сетевой г/а связи. Такой фреймворк принято называть программным каркасом, он позволяет вы-
полнять пользовательскую модификацию имеющихся в составе каркаса сетевых алгоритмов, а
также включение силами пользователя новых алгоритмов сетевой гидроакустической связи. Для
построения прогнозирующей модели в работе использовались протоколы DACAP, T-Lohi, Flooding
и ICRP.Реализация алгоритмов выполнена на языке Erlang. В работе приведены алгоритмы реали-
зации указанных протоколов. Приводится сравнительный анализ сетевой работы с использовани-
ем протоколов и без них. Оценена эффективность и скорость работы. Даны рекомендации по
дальнейшей разработке программного каркаса

ФОРМИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ РОБОТОВ ВОЗДУШНОГО И НАЗЕМНОГО БАЗИРОВАНИЯ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ

2024-04-16T00:18:03+03:00

Обоснована возрастающая в последнее время востребованность использования гете-
рогенных групп роботов (роботов воздушного и наземного базирования) повышенной авто-
номности при проведении спецопераций в индустриально-городских средах, включая здания.
Сформулирована актуальная задача формирования по данным бортовых систем техниче-
ского зрения беспилотного летательного аппарата информационно-навигационного поля,
обеспечивающего автономный целенаправленный безопасный полет и движение роботов
воздушного и наземного базирования в экранированных зонах урбанизированной среды.
Формирование обобщенной геометрической модели внешней среды можно обеспечить пу-
тем задания множества целевых положений в плане рабочей зоны, которые должен посе-
тить БПЛА в заданной последовательности и вернуться в точку старта. В процессе посе-
щения достижимых целевых точек формируется обобщенная геометрическая модель внеш-
ней среды и определяются текущие координаты БПЛА. Описаны методы и алгоритмы по-
строения различных моделей внешней среды и решения навигационной задачи, которые обес-
печивают планирование и отработку целенаправленных безопасных траекторий движения в
реальном времени по данным бортовых средств, что и является основой автономного управ-
ления в том числе и управления гетерогенной группой роботов. В основу систем автономного
управления движением роботов воздушного и наземного базирования положены методы и
алгоритмы выделения семантических объектов (плоскостей опорной поверхности и верти-
кальных стен), которыми изобилуют урбанизированные среды, и экстремальной навигации
по двумерным горизонтальным сечениям 3D-изображений (облакам точек), полученным с
помощью лидара или камеры глубины. Приведены результаты работы созданных программ-
но-аппаратных средств систем автономного управления роботами воздушного и наземного
базирования по формированию информационно-навигационных полей и решению навигацион-
ных задач по данным бортовых систем технического зрения в реальной индустриально-
городской среде, подтвердившие эффективность и практическую ценность предлагаемых
методов и алгоритмов. Использование единого информационно-навигационного поля, с одной
стороны, существенно повышает автономность группы роботов за счет возможности
самостоятельного планирования действий при выполнении сложных спецопераций, а с дру-
гой стороны, повышает ситуационную осведомленность операторов роботов, предостав-
ляя в удобной форме информацию о месте проведения работ

ГИБРИДНЫЙ АЛГОРИТМ АВТОМАТИЧЕСКОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ДЛЯ ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ НАВИГАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ

2024-04-16T00:26:03+03:00

Было произведено исследование в области систем технического зрения, а также подходов к
решению задач обнаружения и сопровождения объектов интереса без априорного знания об их
типе с учетом целевой платформы в виде встраиваемого вычислителя оптико-электронной
системы. На основании полученных данных был произведен анализ сферы и предложен новый
гибридный алгоритм сопровождения для встраиваемых систем. Он основан на сочетании
нескольких типов алгоритмов сопровождения, с одним из них в качестве приоритетного,
обеспечивающего основную работу, и нескольких вспомогательных для стабилизации и
расширения функционала приоритетного. Они связаны внешним циклом обработки, который на
основе консенсусного решения внутренних алгоритмов самостоятельно, принимает решение о
положении целевого объекта в кадре и хранит в себе вспомогательную информацию для
обеспечения корректной работы всего алгоритма, а также отвечающего за принятие решения о
повторном обнаружении цели. Предложены две возможные реализации данного подхода используемые в зависимости от мощности доступных вычислительных ресурсов. Реализован
вариант алгоритма для доступных вычислительных мощностей, проведены его полунатурные
испытания на основании реальных видеопоследовательностей. Они представляют разные фоны и
разные структурные объекты интереса с различной динамикой изменения с течением времени.
Проведена оценка результатов работы предложенного алгоритма в задачах обнаружения и
сопровождения объекта интереса в режиме реального времени на представленных видео при
помощи программного комплекса автоматизации тестирования алгоритмов обнаружения и
сопровождения. По итогу алгоритм показал высокую эффективность в поставленных задачах,
улучшив точностные показатели сопровождения, в сравнении с внутренними алгоритмами,
которые работали по-отдельности, за счет добавления поворотной и масштабной
инвариантностей, а также значительно повысил способность к повторному обнаружению
объекта после его потери. В заключении представлены предложения по дальнейшему развитию и
внедрению во встраиваемые вычислители оптико-электронных систем.

АНАЛИЗ ОТНОСИТЕЛЬНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАСС АКСЕЛЕРОМЕТРОВ В АЛГОРИТМАХ БЕСПЛАТФОРМЕННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

2024-04-16T00:31:38+03:00

Представлен способ алгоритмической компенсации смещения центров чувствитель-
ных элементов акселерометров в составе высокоточной инерциальной навигационной сис-
темы. Ранее рассматриваемую компенсацию допускалось не применять, ввиду возможно-
сти минимизации ее влияния за счет конструктивных особенностей – максимально близко-
го расположения акселерометров друг к другу. С модернизацией комплектующих инерци-
альных датчиков влияние погрешности типа «size-effect» могло стать существенным по
сравнению с погрешностями гироскопов и акселерометров. Целью данной работы являет-
ся анализ влияния этой погрешности на решение навигационной задачи в условиях точно-
стей современных инерциальных датчиков. В работе подробно изложена схема компенса-
ции: отдельно рассматривается компенсация к произвольному центру инерциального из-
мерительного блока, учитывающая эффект разнесения триады акселерометров, и к цен-
тру вращения транспортного средства, учитывающая место установки на объект экс-
плуатации. Дополнительно проанализированы конструкции расположения акселерометров
на платформах блока датчиков высокоточной и малогабаритной инерциальных навигаци-
онных систем. С помощью серии вращений на наклонно поворотном столе проведен рас-
чет разнесения акселерометров по методу наименьших квадратов относительно точки
пересечения осей вращения используемого стенда. Получена оценка невязки вычисленных
коэффициентов разнесения чувствительных элементов от их номинальных значений.
На примере калибровочных вращений достигнуто уменьшение всех паразитных явлений в
сигнале акселерометров, проявляемых в результате центростремительного и тангенци-
ального ускорений. Аналитически выведено влияние паразитного сигнала акселерометров
при курсовой качке изделия на исчисление координат и раскрыта зависимость исследуемой
погрешности от времени работы изделия в условиях постоянной качки. С целью верифика-
ции проведены реальные испытаниях на наклонно-поворотном столе и изложены получен-
ные результаты эффективности компенсации. Приведены результаты компенсации при
летных испытаниях на двуместном вертолете вертикального взлета и посадки. Расчет
летных испытаний производился путем натурного моделирования по записанными данным
с учетом синхронизации используемых датчиков. Отдельно рассматривается компенсация
в режиме сведения триады акселерометров к произвольной точке и в режиме сведения
акселерометров к центру вращения транспортного средства

КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ СЕГМЕНТАЦИИ, СОПРОВОЖДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВИДЕОАНАЛИТИКИ

2024-04-16T00:38:17+03:00

Комплексирование нескольких моделей в одну систему технического зрения позволит ре-
шать более сложные и комплексные задачи. В частности, для мобильной робототехники и
беспилотных летательных аппаратов (БЛА) является актуальной проблемой отсутствие на-
боров данных для различных условий. В работе в качестве решения данной проблемы предлага-
ется комплексирование нескольких моделей: сегментации, сопровождения и классификации.
Это позволит значительно повысить качество решения сложных задач без дополнительного
обучения. Модель сегментации позволяет выделять произвольные объекты из кадров, поэтому
ее можно использовать в недетерминированных и динамических средах. Модель классификации
позволяет определить необходимые для навигации объекты, которые затем сопровождаются
с помощью третей модели. В работе подробно описан алгоритм комплексирования моделей.
Ключевым элементом в алгоритме является коррекция предсказаний моделей, позволяющая
достаточно надежно сегментировать и сопровождать различные объекты. Процедура кор-
рекции предсказаний моделей решает следующие задачи: добавление новых объектов для сопро-
вождения, валидация сегментированных масок объектов и уточнение сопровождаемых масок.
Универсальность данного решения подтверждается работой в сложных условиях, на которых
не обучали модели, например, подводная съемка или изображения с БЛА. Проведено экспери-
ментальное исследование каждой из моделей в условиях открытой местности и в помещении.
Наборы данных включали сцены актуальные для мобильной робототехники. В частности, в
сценах присутствовали движущиеся объекты (человек, автомобиль) и возможные преграды на
пути робота. Для большинства классов метрики качества сегментации превышали 80 %. Ос-
новные ошибки связаны с размерами объектов. Проведенные эксперименты наглядно демонст-
рируют универсальность данного решения без дополнительного обучения моделей. Дополни-
тельно проведено исследование быстродействия на персональном компьютере с различными
входными параметрами и разрешением. Увеличение количества моделей значительно повыша-
ет вычислительную нагрузку и не достигает реального времени. Поэтому одним из направления
дальнейших исследований является повышение быстродействия системы

ЖИВУЧЕСТЬ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НАЗЕМНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

2024-04-16T00:45:36+03:00

Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов для
робототехнических комплексов (РТК) ведутся во многих мировых научных центрах и в том
числе в нашей стране. Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют созда-
вать бортовые вычислительные комплексы, обладающие широкими интеллектуальными
возможностями. Важной, но нерешенной проблемой остается оснащение таких вычисли-
тельных комплексов микропроцессорами отечественного производства. Актуальным направ-
лением развития перспективных систем управления PTK является разработка производи-
тельных бортовых вычислительных систем (БВС), обладающих свойством живучести. Су-
щественным, но нерешенным вопросом остается оснащение таких БВС средствами вычис-
лительной техники отечественной разработки. Появление современных отечественных мик-
ропроцессоров Эльбрус-2С3 и Эльбрус-8СВ открывает новые возможности перед разработ-
чиками РТК. Появление таких аппаратных технологий, как сторожевой таймер и модуль
привязки времени, позволяет создавать БВС, обладающие высокой живучестью в условиях
боевых действий. Для РТК специального назначения, можно разделить период нормальной
эксплуатации робота на сегменты по аналогии со степенями боевой готовности вооружен-
ных сил, для каждого из которых РТК будет работать в специальном режиме. Режимы
характеризуются согласно сложившейся обстановке и соответствующим потоком отказов.
В работе представлена модель угроз для самого жесткого из режимов работы. В данной
работе представлен метод обеспечения живучести БВС РТК за счет использования адап-
тивного резервирования. Метод заключается в переключении между схемами резервирования
для обеспечения высокой производительности при сохранении достаточной надежности в
зависимости от текущего уровня потока отказов. С использованием разработанной авто-
рами модели проведено экспериментальное исследование по оценке эффективности разрабо-
танного метода при работе на отечественном БВС на базе микропроцессора «Эльбрус».
Использование разработанного метода позволило увеличить среднюю функциональность
РТК на 23-43% по сравнению с режимом с постоянным резервированием.

РАСШИРЕНИЕ ПРИЗНАКОВОГО ПРОСТРАНСТВА В ЗАДАЧЕ ПОИСКА И РАСПОЗНАВАНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ

2024-04-16T00:50:38+03:00

Одним из актуальных направлений при создании систем раннего обнаружения объектов
является разработка алгоритмов поиска и распознавания малоразмерных объектов на изобра-
жениях. В задаче раннего обнаружения приходится распознавать объекты на дальних рас-
стояниях от места их фиксации камерой. Образ на изображении таких объектов представлен
малой компактной группой пикселей, которая претерпевает пространственные и яркостные
изменения от кадра к кадру. Для успешного решения этой задачи целевые объекты реального
мира должны иметь большие физические размеры. Кроме физических размеров объекта на
образ объекта на изображении влияют большое количество факторов: разрешение матрицы
камеры, фокусное расстояние объектива, светочувствительность матрицы и др. Вектор ре-
шения такой задачи направлен в сторону сверточных нейронных сетей. Однако, даже у передо-
вых архитектур сверточных нейронных сетей поиск и распознавание малоразмерных объектов
на изображениях вызывает трудности. Эта проблема напрямую связана с эффектом переобу-
чения модели нейронной сети. Переобучение модели нейронной сети можно оценить на основе
анализа кривых обучения. Для снижения вероятности переобучения применяют специальные
методы, которые объединяет термин регуляризация. Однако, в распознавании малоразмерных
объектов существующих методов регуляризации бывает недостаточно. В работе произведено
исследование разработанного алгоритма предварительной обработки последовательности
видеокадров, увеличивающего исходное пространство признаков новым независимым признаком
движения в кадре. Алгоритм предварительной обработки основан на пространственно-
временной фильтрации последовательности видеокадров, применение которого распространя-
ется на широкий спектр архитектур сверточных нейронных сетей. Для исследования характе-
ристик точности и распознавания сверточных нейронных сетей сформированы датасеты
изображений в градациях серого и изображений с признаком движения на основе среды разра-
ботки 3D графики Unreal Engine 5. В работе приведен критерий малоразмерности объектов на
изображениях. Произведено обучение и оценка характеристик точности тестовой модели
сверточной нейронной сети и анализ динамики кривых обучения тестовой модели. Показано
положительное влияние предложенного алгоритма предварительной обработки последова-
тельности видеокадров на интегральную точность обнаружения малоразмерных объектов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СТРУКТУРЫ НАБЛЮДАЕМОЙ СЦЕНЫ ИЗ СЕРИИ СНИМКОВ ДВИЖУЩЕЙСЯ КАМЕРЫ

2024-04-16T00:55:50+03:00

Статья посвящена исследованию влияния использования различных математических мо-
делей камер, следовательно, моделей формирования изображения сцены, при восстановлении
3-Д структуры сцены из набора 2-Д снимков в процессе движения камеры (восстановлении
структуры из движения, далее – СИД). Сравнительная оценка проводится для двух моделей
камер: классической модели камеры центральной проекции и, сравнительно новой, модели все-
направленной камеры. В статье дано краткое описание математической модели всенаправлен-
ной камеры, описанная модель используется в ходе экспериментов, также описаны способы
представления изображений от всенаправленных камер. Дополнительно дается описание ма-
тематической модели классической камеры центральной проекции. Описанная модель также
используется в ходе проведения экспериментов. Используемые при решении задачи восстанов-
ления структуры из движения аналитические выкладки кратко упоминаются в статье. Также
дается описание алгоритма получения 3-Д координат точек наблюдаемой сцены из последова-
тельности снимков в движении. Проведенные в рамках исследования эксперименты подробно
описаны в данной статье. Раскрыт процесс установки визуальных ориентиров, определения их
истинных 3-Д координат. Описаны действия по формированию наборов данных для получения
сравнительных оценок. В заключении работы дан анализ результатов экспериментов, выделе-
ны модели, позволяющие уменьшить погрешности восстановления 3-Д координат наблюдаемых
визуальных ориентиров.

АНАЛИЗ СЦЕНЫ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ПОДВИЖНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

2024-04-16T01:00:42+03:00

Современные роботы способны выполнять все более сложные задачи, которые
обычно требуют высокой степени взаимодействия с окружающей средой, в которой им
приходится работать. Как следствие, роботизированные системы должны обладать глу-
бокими и конкретными знаниями о своих рабочих пространствах, которые выходят далеко
за рамки простого представления показателей, которое роботизированная система мо-
жет создать с помощью приёмов обработки только зрительных данных, например в зада-
че одновременной локализация и картографирования (SLAM). Анализ сцены является свя-
зующим звеном между распознаванием объектов и знанием об окружающем мире и в том
или ином виде присутствует в процессе извлечения из зрительных данных информации,
необходимой для решения конкретной задачи. В статье представляется систематизиро-
ванный подход к обеспечению анализа сцены бортовыми СТЗ. Рассматриваются техноло-
гии анализа сцены как составной части повышения степени автономности подвижных
РТК. Ряд технологий только предстоит освоить и воплотить в жизнь, но общая струк-
тура позволяет постепенно углублять анализ сцены на борту РТК, тем самым повышая
степень автономности без коренной переделки бортовой информационно-управляющей
системы и СТЗ, как ключевой части информационного обеспечения. Информация, извлечённая из зрительных данных, интегрируется в многослойную карту, обеспечивая высоко-
уровневое представление окружающей среды, которое воплощает в себе знания, необхо-
димые робототехническому комплексу для реального выполнения сложных задач. Много-
слойная карта представляет собой форму хранения знаний об окружающей обстановке и
объектов в ней. Эта карта объединяет пространственную иерархию объектов и мест с
семантической иерархией понятий и отношений. Описываются структуры для представ-
ления данных в различных слоях этой карты и механизмы их использования. В частности,
для описания маршрутов движения РТК, используются принципы интерпретирующей на-
вигации, для представления информации об условиях функционирования и объектах инте-
реса структуры сигнатур. В основе программной реализации предлагаемых механизмов
используется унифицированный подход на основе программного каркаса СТЗ реального
времени. Приводятся примеры использования описанных технологий при решении задач
информационного обеспечения целенаправленных перемещений наземных РТК.