Найти

Результаты поиска

• ВИЗУАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕМАНТИЧЕСКИХ ОПИСАНИЙ МЕСТНОСТИ

  Н.В. Ким , Н. В. Удалова , Н. Е. Бодунков , Д.С. Гиренко , Н.А. Ляпин

  2025-04-27

  Аннотация ▼

  Рассматривается задача визуальной навигации беспилотных летательных аппаратов
  (БЛА), которая заключается в автоматическом определении текущего положения БЛА (коорди-
  нат в земной (местной) системе координат), на основе сравнения и идентификации описаний при-
  нимаемых на борту текущих изображений (ТИ) подстилающей поверхности и эталонных описаний, хранящихся в виде цифровой карты местности в памяти бортового вычислителя БЛА. Целью
  работы является повышение эффективности применения методов визуальной навигации, с точки
  зрения повышения вычислительной производительности, устойчивости и точности алгоритмов
  идентификации изображений в сложных и изменяемых условиях наблюдения, за счет использова-
  ния семантических описаний наблюдаемых сцен. В данной работе под семантическими описания-
  ми будем понимать описания, включающие классы наблюдаемых на сцене объектов, атрибуты
  этих объектов и отношениями между ними. Подготовка семантических описаний карты произ-
  водится на этапе предполетной подготовки БЛА с помощью предварительно обученных нейрон-
  ных сетей семантической сегментации. Семантические описания принимаемых ТИ формируются
  на борту БЛА. При этом использование нейросетевых алгоритмов позволяет реализовать этот
  процесс в реальном времени для широкого спектра условий наблюдений (различного времени суток
  и года). Использование семантических описаний карты и ТИ позволяет сократить вычисления по
  сравнению с традиционным попиксельным сопоставлением растровых изображений. Семантиче-
  ские описания сравниваются путем сопоставления классов объектов, их атрибутов и отношений.
  В работе приведены: общий алгоритм визуальной навигации, основные этапы методики формиро-
  вания семантических описаний и алгоритм сравнения и идентификации семантических описаний
  ТИ и описаний карты. Предложен иерархический алгоритм сравнения и идентификации изобра-
  жений, основанный на последовательном применении семантических, и растровых описаний на-
  блюдаемых сцен. Показано, что использование процедуры сравнения семантических описаний ТИ и
  карты по присутствующим классам объектов позволяет существенно совратить вычисления,
  необходимые для идентификации изображений

• РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ВИДЕО-ДАЛЬНОМЕТРИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИИ РОБОТОВ ВОЗДУШНОГО И НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

  В. П. Носков , Ю. С. Баричев , О.П. Гойдин , А. Н. Курьянов

  2025-04-27

  Аннотация ▼

  Работа посвящена решению актуальных задач совместной автономной видеонавигации ро-
  ботов воздушного и наземного применения в наиболее востребованных для проведения специаль-
  ных операций урбанизированных средах, включающих плотную городскую застройку и здания, где
  применение традиционных средств дистанционного управления ограничено наличием экраниро-
  ванных зон. Задачи групповой навигации предлагается решать на основе данных бортовых сис-
  тем технического зрения в процессе оперативной разведки рабочей зоны беспилотным летатель-
  ным аппаратом, результаты которой обеспечивают автономные движение и полет, как отдель-
  ных гетерогенных робототехнических средств, так и в группе. В основу алгоритмов навигации
  положены методы выделения из объемного облака точек, формируемого бортовым лидаром,
  опорной горизонтальной поверхности и горизонтальных сечений внешней среды, позволяющих с
  высокой точностью и быстродействием определять все шесть координат объекта управления.
  Рассмотрены случаи, обусловленные возможными характеристиками внешней среды, когда нави-
  гационная задача решается не полностью, и предложены методы их исключения путем дополне-
  ния дальнометрических данных лидара видеоданными телекамеры. Приведена оценка точности
  решения задач видеонавигации, полученная путем математического моделирования внешней сре-
  ды и формирования видеоданных. Предложены методы снижения ошибки видеонавигации, осно-
  ванные на использовании специально банка опорных изображений с известными координатами их
  формирования, позволяющие обеспечить безопасные автономные полет и движение робототех-
  нических средств в урбанизированной среде. Эффективность используемых методов и предлагае-
  мых алгоритмов видеонавигации подтверждается результатами экспериментальных исследова-
  ний соответствующих программно-аппаратных средств в реальных урбанизированных средах

• ПОДДЕРЖКА ПЕТЕЛЬ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ФАЗОЙ В ПРИЕМНИКЕ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРЕНИЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

  А.А. Черкасова , А. Ю. Шатилов , Т.А. Мухамедзянов

  2022-04-21

  Аннотация ▼

  Спутниковые радионавигационные системы позволяют оценивать вектор состояния
  потребителя, включающий в себя координаты, скорость потребителя и время относи-
  тельно системной шкалы. Требования к характеристикам данных систем постоянно рас-
  тут, что делает необходимым усовершенствование используемых в них алгоритмов обра-
  ботки радионавигационных сигналов. Одной из основных характеристик спутниковых ра-
  дионавигационных систем является точность оценивания вектора состояния потребите-
  ля. Улучшить эту характеристику позволяет наличие оценок фазы принимаемых радиона-
  вигационных сигналов. В спутниковой радионавигационной системе ошибки оценок фазы в
  петле слежения имеют две составляющие – динамическую и шумовую. Для компенсации
  шумовой ошибки необходимо уменьшать эквивалентную шумовую полосу сглаживающего
  фильтра петли слежения за фазой. Однако минимально возможная полоса сглаживающего
  фильтра ограничена наличием динамики потребителя и качеством опорного генератора.
  Вследствие чего, при наличии динамики потребителя, чувствительность и надежность
  слежения за фазой ухудшается. Для компенсации динамической ошибки в петле слежения
  за фазой можно использовать информацию от инерциальной навигационной системы.
  Спутниковая радионавигационная система и инерциальная навигационная система обла-
  дают взаимодополняющими характеристиками. Использование поддержки петель слеже-
  ния за фазой от инерциальной навигационной системы позволяет повысить чувствитель-
  ность и надежность ее работы при наличии динамики потребителя. Предполагается, что
  при такой реализации чувствительность петель слежения за фазой будет ограничена
  только нестабильностью опорного генератора и погрешностью инерциальных измерений.
  Был разработан алгоритм поддержки петель слежения за фазой измерениями от инерци-
  альной навигационной системы. Это привело к повышению чувствительности слежения за
  фазой, что обеспечивает повышение характеристик точности и надежности работы
  приемника спутниковой навигации. Проведено исследование разработанного алгоритма на
  модели, использующей в качестве входных данных реальные измерения спутниковой и инер-
  циальной навигационных систем. Разработанный алгоритм реализован в программном
  обеспечении прототипа инерциально-спутниковой навигационной системы NV216C-IMU.
  Проведены экспериментальные исследования в условиях автомобильной динамики на от-
  крытой местности. Результаты исследований представлены в работе.

• МЕТОД ОЦЕНКИ КООРДИНАТ БЛА ПО ИЗМЕРЕННЫМ ЛОКАЛЬНЫМ РАССТОЯНИЯМ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ ГРУППЫ

  В. А. Костюков , Е.Ю. Косенко , М. Ю. Медведев , В.Х. Пшихопов , М. В. Мамченко

  2021-04-04

  Аннотация ▼

  В связи с развитием средств мобильной робототехники проблема корректного реше-
  ния навигационных задач является одной из первостепенных, наряду с проблемами авто-
  матического управления и обеспечения информационного канала связи заданных надежно-
  сти, быстродействия и пропускной способности. Для осуществления навигации беспилот-
  ный летательный аппарат (БЛА) может использовать собственную инерциальную нави-
  гационную систему (ИНС), а также систему спутниковой навигации (СНС). Целью данной
  статьи является разработка метода уменьшения погрешностей работы инерциальной
  навигационной системы БЛА, вызванных наличием случайной и систематической погреш-
  ностей. При этом рассматривается случай монотонного возрастания систематической
  погрешности со временем. Навигационные данные, полученные со спутника, как правило, не
  содержат значительной систематической погрешности определения координат. Однако
  спутниковый сигнал может пропадать на время, значительно большее периода трансля-
  ции со спутника навигационных данных в обычном режиме. В следствие этого возникает
  проблема увеличения точности данных, получаемых от инерциальной навигационной сис-
  темы. Данная проблема особенной актуальная при групповом использовании БЛА. При ре-
  шении задач группового управления возникает необходимость предотвращать столкнове-
  ния аппаратов и возможные коллизии уже на стадии планирования движения. Кроме того,
  для решения целого ряда групповых задач, таких как мониторинг местности, проведение
  спасательных операций, поиск объектов на заданной территории, совместное транспор-
  тирование груза, отдельные объекты группы должны слаженно перемещаться в про-
  странстве с большой точностью. Это накладывает еще более жесткие ограничения по
  точности отработки ИНС и частоте информационного обмена по СНС. В настоящей
  статье предлагается метод, позволяющий по данным, полученным от локальных систем,
  осуществляющих измерение взаимных расстояний между объектами группы, скорректи-
  ровать оценки собственных координат таким образом, чтобы в результате уменьшить
  среднеквадратическое отклонение скорректированного набора точек от истинных поло-
  жений объектов в данный момент времени. Также метод позволяет уменьшить макси-
  мальное значение соответствующего отклонения по сравнению с исходным набором оце-
  нок, полученных из навигационных данных ИНС. Метод демонстрируется на примере по-
  вышения точности определения глобальных координат в группе БЛА.

• ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ НАВИГАЦИИ БЕСПИЛОТНЫХ ГИДРОСАМОЛЕТОВ НА АКВАТОРИИ ГИДРОАЭРОДРОМА

  Е. В. Волощенко , В.Ю. Волощенко

  2021-02-13

  Аннотация ▼

  Рассмотрены вопросы разработки технологий комплексной высокоточной навигации
  беспилотных гидросамолетов (БГС) для обеспечения как местоопределения, так и провод-
  ки в надводном положении в условиях ограниченной атмосферной видимости (низкая об-
  лачность, маскирующее действие гидрометеоров, ночное время и т.д.) на акватории гид-
  роаэродрома с помощью гидроакустического канала дистанционного управления, функцио-
  нирующего за счет использования донной сетевой структуры из оригинальных приемоизлу-
  чающих антенных устройств (ПАУ) Каждое отдельное ПАУ предложено использовать в
  качестве «всенаправленного» в верхней полусфере гидроакустического донного маяка, со-
  стоящего из m электроакустических преобразователей (ЭАП), каждый из которых функ-
  ционирует в режиме излучающей параметрической антенны. Статически сформирован-
  ные «парциальные» лепестки результирующей ХН ПАУ равномерно квантованы по m те-
  лесным секторам в полусфере, причем, за счет использования эффектов нелинейной аку-
  стики возможна индивидуальная «частотная окраска» каждого из m телесных секторов.
  В результате на границе раздела «вода – воздух» заданного участка акватории можно
  сформировать индивидуальное распределение «частотно-окрашенных пятен» локального
  ультразвукового облучения, причем, как сплошное, так и дискретное, последнее и можно
  рассматривать как отдельные точки необходимой траектории движения БГС, радио-
  электронное оборудование которого отслеживает расположенный впереди по курсу «аку-
  стически обозначенный» участок необходимого направления проводки.

• СОПОСТАВЛЕНИЕ СПАЙКОВЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ И НАВИГАЦИИ В КАРТЕ КЛЮЧЕВЫХ КАДРОВ

  И.С. Фомин , В.Д. Матвеев , А.Е. Архипов

  273-284

  2025-10-01

  Аннотация ▼

  Задача навигации мобильной робототехнической платформы в известном окружении достаточно давно и качественно решается с использованием плоской карты, которая строится с использованием лидара. Тем не менее, регулярно возникают ситуации, когда платформа по тем или иным причинам не оснащена лидаром или иными активными средствами навигации. При этом на платформе обычно установлена камера, предназначенная для визуального контроля обстановки оператором, которая также может быть использована для навигации при перемещении робота в известной среде. Хорошо известны примеры алгоритмов навигации, основанных на использовании последовательности ключевых кадров, например, визуальный SLAM. При этом в качестве ключевых кадров рассматриваются различные варианты видеоизображений (размытые, маскированные и т.д.). В данной работе в качестве базы для навигации рассматривается когнитивная (не-метрическая, непространственная) карта ключевых кадров, представляющих собой спайковое представление наблюдаемых изображений. В работе проанализирована возможность использования разработанных в ЦНИИ РТК нейроморфных информационно-управляющих элементов для выполнения процедуры сопоставления текущего спайкового изображения со спайковыми изображениями ключевой последовательности. Показано, что путем такого сопоставления может быть определен ближайший к текущему ключевой кадр, а также могут быть подобраны параметры сдвига спайковых представлений, что для когнитивной карты является аналогом локализации и навигации. Приведено описание программного средства эмуляции построения карты и перемещения в ней для экспериментальной отработки предложенных алгоритмов. Выполнен сбор данных и экспериментальное исследование качества работы алгоритмов локализации и навигации. Для чего собрано несколько карт ключевых кадров с различным характером перемещения между кадрами. При определении положения кадра в карте получено качество от 70 до 98 %, при определении направления смещения между кадрами точность составила от 94 до 97 %. Полученные результаты оценены как достаточные для решения поставленных перед алгоритмом задач

• КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ВИЗУАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ ПО ЕСТЕСТВЕННЫМ ОРИЕНТИРАМ ДЛЯ БПЛА, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ НЕДОСТУПНОСТИ ГНСС

  С. В. Кулешов , А. В. Кваснов , А. А. Зайцева , А.Л. Ронжин

  2025-04-27

  Аннотация ▼

  Целью исследования является обеспечение возможности навигации БПЛА при невозможно-
  сти применения спутниковых средств глобального позиционировании с использованием ГНСС в
  условиях РЭБ. Для достижения поставленной цели предлагается комплексный подход к обеспече-
  нию навигации БПЛА по визуальным ориентирам с использованием систем технического зрения.
  Предлагается синтез изображений подстилающей поверхности за счет комплексирования данных
  сенсоров, повышающий качество позиционирования БПЛА при условии отсутствия спутниковых
  навигационных систем. Показано, что при совмещении изображений дистанционного зондирова-
  ния, имеющих различную природу происхождения и изменяющиеся внешние условия эксплуатации
  (день-ночь, зима-лето и т.д.), важно наиболее полно локализовать объекты подстилающей по-
  верхности. В системе технического зрения для визуальной навигации БПЛА по естественным ори-
  ентирам предложен метод электромеханической развертки изображения, позволяющий увели-
  чить поле зрения камеры произвольного диапазона. Проведено моделирование характеристик сис-
  темы технического зрения с электромеханической разверткой для определения границ применимо-
  сти к задаче визуальной навигации. Показано, что наиболее значимым параметром точности
  позиционирования является высота съемки подстилающей поверхности, которая квазилинейна
  при условии фиксированного угла наклона камеры, а для качественного позиционирования наилуч-
  шим вариантом является фронтальное положение камеры в точке надира. Предложенный подход
  позволяет создавать виртуальные 3D-модели подстилающей поверхности, тем самым увеличивая
  возможности по более точному распознаванию объектов на основе масштаба и размеров сегмен-
  тируемых областей. Измерение угла места камеры может быть использовано для обнаружения и
  распознавания естественных ориентиров, которые могут быть заранее определены (точки пере-
  сечения дорог, здания или сооружения, объекты коммуникаций и т.д.). С другой стороны, фрон-
  тальное положение камеры с нулевым углом места выгодно для сверки маршрута полета, пози-
  ционируя положение БПЛА относительно опорного ориентира. Это обусловлено тем, что с ши-
  роким использованием программного обеспечения, основанного на математических моделях, тех-
  нологию фотограмметрической линейки стало целесообразно применять для количественного
  измерения планов местности и карт.

• САМОПОДСТРАИВАЮЩАЯСЯ МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ЗА ФАЗОЙ СИГНАЛОВ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

  А. А. Черкасова , А. Ю. Шатилов

  2025-04-27

  Аннотация ▼

  Спутниковая навигационная аппаратура зачатую работает в условиях априорной неопреде-
  ленности параметров взаимной динамики между передатчиком и потребителем и отношения
  сигнал/шум принимаемых сигналов спутниковых радионавигационных систем. Классические опти-
  мальные системы слежения за фазой сигнала в таких условиях оказываются не оптимальны по
  критерию минимума дисперсии ошибки. Более того, резкое изменение отношения сигнал/шум илидинамки, может приводить в такой системе к срыву слежения. Для работы в подобных условиях
  синтезирована самоподстраивающаяся многоканальная система слежения за фазой сигнала.
  Синтез проведен с использованием методов статистической теории синтеза оптимальных ра-
  диотехнических систем. Адаптивность к меняющейся мощности принимаемого сигнала достига-
  ется за счет включения отношения сигнал/шум [дБГц] в вектор оцениваемых параметров фильт-
  ра. Адаптивность к интенсивности динамики изменения фазы достигается за счет применения
  системы многоканальной фильтрации. Проведено статистическое моделирование самоподстраи-
  вающейся многоканальной системы слежения за фазой с комплексным алгоритмом слежения за
  задержкой огибающей сигнала спутниковых радионавигационных систем. Определена чувстви-
  тельность слежения за фазой в различных динамических условиях. Самоподстраивающаяся мно-
  гоканальная система слежения за фазой с комплексным алгоритмом слежения за задержкой оги-
  бающей сигнала способна в условиях низкой динамики (обусловленной только динамикой опорного
  генератора) отрабатывать скачок отношения сигнал/шум с 50 до 10 дБГц и обратно без потери
  слежения за фазой. Синтезированная система способна сохранять слежение за фазой при скач-
  кообразных переходах динамики между низкой и высокой (обусловленной синусоидальным ускоре-
  ние 10g и синусоидальным рывком 10 g/s) динамикой при отношении сигнал/шум 24 дБГц. Таким
  образом, в реальных условиях, когда динамика изменения фазы и отношения сигнал/шум прини-
  маемых сигналов меняются непредсказуемым образом, самоподстраивающаяся многоканальная
  система слежения за фазой сигнала сохраняет слежение за фазой в гораздо более широком диапа-
  зоне условий, чем классическая оптимальная система слежения за фазой сигнала

• ОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В СОЗДАНИИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С ПОВЫШЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ АВТОНОМНОСТИ

  С. М. Соколов

  42-59

  2022-04-20

  Аннотация ▼

  Рассматриваются аспекты, необходимые для воплощения робототехнических ком-
  плексов с повышенной степенью автономности (РТК с ПСА) в практическую работу. Указы-
  ваются отличительные особенности таких комплексов, потребности соответствующих
  интеллектуальных информационно управляющих систем (ИИУС). Выделяется требование
  ситуационной осведомлённости и, как следствие, необходимость разнообразной системы
  представления знаний, средств восприятия внешней среды и сопоставления оперативной
  информации с моделями и априорной информацией об этой среде. Кроме того, указывается
  на необходимость автоматизации процессов создания РТК с ПСА, доступности, упрощения
  их использования. С целью ответа на поставленные вопросы в работе предлагается использовать концепцию и механизмы онтологий применительно к автономной робототехнике.
  Приводятся примеры уже имеющихся решений в этой области. В робототехнике онтологии
  используются для определения и концептуализации знаний, принятых сообществом, с исполь-
  зованием формального описания, которое является машиночитаемым, доступным для со-
  вместного использования и содержит гибкость для обоснования этих знаний, чтобы вывес-
  ти дополнительную информацию. Онтологии представляют значительный интерес для
  мультиагентных систем для организации взаимодействия между агентами и с другими сис-
  темами в гетерогенных средах, возможности повторного использования и поддержки разра-
  ботки новых РТК. Описывается предлагаемое автором построение онтологии в такой при-
  кладной области как информационное обеспечение целенаправленных перемещений автоном-
  ных наземных средств на основе систем технического зрения. Всё рассмотрение ведётся в
  конфигурационном пространстве информационно-управляющих систем РТК с ПСА.
  Это пространство позволяет агрегировать большое количество разнообразных технологий,
  используемых при построении РТК. Воплощению конкретной системы соответствует
  «точка сборки». Согласование форм представления знаний в ИИУС обеспечивается последо-
  вательным рассмотрением плоскостей в этом пространстве. В качестве связующего звена –
  средства для автоматизированного перевода описаний дескриптивных онтологий в описания
  функциональных, машиночитаемых онтологий предлагается использование языка информа-
  ционно-двигательных действий и команд интерпретирующей навигации. В заключении рас-
  сматриваются ближайшие перспективы развития описанного подхода, высказываются по-
  желания/предложения к отечественному сообществу робототехников.

• МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА ВНУТРИ ГЕРМЕТИЧНОГО КОРПУСА БИНС В МУЛЬТИФИЗИЧНОЙ ПОСТАНОВКЕ В ANSYS CFX И SYSTEM COUPLING

  А.А. Медельцев , П. А. Шаповалов , М. В. Воронов , А. И. Полухина , П.Н. Сигалева , А.В. Фролов

  2022-04-21

  Аннотация ▼

  В настоящей работе рассматривается численное моделирование нестационарного
  конвективно-кондуктивного теплообмена бесплатформенной инерциальной навигационной
  системы высокоманевренного летательного аппарата (БИНС ВЛА), разработанной в
  АО «ЦНИИАГ», с использованием расчётного комплекса ANSYS. Целью исследования явля-
  ется всесторонний анализ теплообменных процессов, характерных для функционирования
  прибора, в том числе взаимного пространственного влияния источников тепловых мощно-
  стей друг на друга, а также на блок чувствительных элементов. Моделирование теплооб-
  мена внутри герметичного корпуса прибора проведено для критических условий функцио-
  нирования (в рассматриваемом случае обусловлены нагревом элементов прибора) в сильно и
  слабо сопряжённой постановках с последующим сравнением результатов применения обо-
  их подходов. Для программной реализации каждого подхода были выбраны модули пакета
  прикладных программ ANSYS: Mechanical, CFX, System Coupling. Выбрана k-e модель тур-
  булентности воздуха с неявным учётом эффекта в пограничных слоях и корректировкой
  диффузии в сдвиговых течениях. Учтён внешний естественный теплообмен с окружаю-
  щим воздухом посредством задания конвективных граничных условий на внешние поверхно-
  сти прибора. Для получения численных значений коэффициентов теплоотдачи была при-
  нята во внимание ориентация каждой поверхности в пространстве благодаря использова-
  нию соответствующего коэффициента. С помощью расчёта термических сопротивлений
  были учтены потери мощности, возникающие ввиду наличия неровностей на поверхностях
  прибора в контактах между твердотельными компонентами с использованием термиче-
  ских сопротивлений фактического контакта и межконтактной прослойки. Графически
  представлены результаты моделирования деформированного состояния несущей системы
  прибора, возникающего вследствие действия несимметричного температурного поля в
  нагретом приборе. Проведён анализ полученных графиков. Определены показатели жёст-
  кости несущей системы прибора – углы отклонения взаимной ортогональности чувстви-
  тельных элементов, а именно акселерометров и датчиков угловой скорости (ВОГ – воло-
  конно-оптических гироскопов), возникающие вследствие тепловых деформаций. Получен-
  ные результаты позволили оценить технические решения по качеству теплоотвода от
  элементов плат в обход чувствительных элементов прибора, принятых на этапе компо-
  новки компонентов изделия.

• РЕАЛИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВАХ

  И. А. Шипов

  2022-04-21

  Аннотация ▼

  Целью работы – это создание производительного вычислительного устройства для
  бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) наземного робототехни-
  ческого комплекса (РТК) на отечественной элементной базе. Дано формальное описание
  типовых достаточных функций, выполняемых БИНС и описаны основные принципы алго-
  ритмов с точки зрения требования к вычислительным ресурсам. Приведено описание имею-
  щихся на рынке отечественных микроконтроллеров и сравнение с ближайшим зарубежным
  аналогом. Результаты проведенного макетирования показали принципиальную возможность,
  но невысокую перспективность создания вычислительных устройств на одном микрокон-
  троллере. В связи с этим были выработаны и реализованы технические предложения по уве-
  личению вычислительной мощности по средствам построения архитектуры многопроцес-
  сорного вычислителя. Как следствие потребовалась выработка особых подходов к проекти-
  рованию алгоритмов и программного обеспечения. Организация распределенных вычислений
  является одним из наиболее оптимальных методов обеспечения расчета алгоритмов функ-
  ционирования. Введение в контур вычислителя дополнительных микропроцессоров позволило
  не только увеличить вычислительную мощность, но и ввести дополнительные интерфейсы
  взаимодействия как с потребителем, так и с датчиками первичной информации. Предло-
  женный вариант распределения алгоритмов функционирования БИНС позволил обеспечить
  создание задела на перспективы развития и масштабируемость системы. Наиболее ресурсо-
  емким алгоритмом является расчет инерциальных координат, реализованный в виде итера-
  тивного расчета определения широтной составляющей местоположения. Также запас про-
  изводительности может позволить реализовать дополнительные адаптивные алгоритмы
  фильтрации и обработки данных по результатам испытаний и эксплуатации наземного под-
  вижного объекта. Обоснован выбор интерфейса внутриплатного обмена между контролле-
  рами и описано его практическое применение. Создание замкнутого контура обмена инфор-
  мацией позволило реализовать дополнительные параллельные вычисления вторичной инфор-
  мации и выполнить расчет автономного счисления координат местоположения объекта.
  Описанные технические решения могут быть использованы при проектировании встраивае-
  мых вычислителей для объектов различного назначения функционирующих на базе жесткой
  логики. В качестве основного недостатка представленного подхода к проектированию вы-
  числителя можно обозначить ограниченный функционал при работе с постоянно запоми-
  нающими устройствами.

• ДЕТЕКТИРОВАНИE ВЫБРОСОВ В МЕТОДЕ ПРЯМОЙ СТЕРЕО-ВИЗУАЛЬНОЙ ОДОМЕТРИИ НА БАЗЕ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ КЛАСТЕРИЗАЦИИ

  П. А. Пантелюк

  2021-07-18

  Аннотация ▼

  Представляется подход к стерео-визуальной одометрии без явного вычисления оп-
  тического потока. Визуальная одометрия – метод получения навигационной информации
  путем обработки последовательности кадров с бортовых камер. Существует два подхода
  к обработке видеоинформации – используя хорошо локализуемые участки изображения –
  признаковые точки и используя все высококонтрастные пиксели – прямой метод. Прямой
  метод работает, используя интенсивности всех высококонтрастных пикселей изображе-
  ния, что позволяет снизить вычислительную сложность, затраченную на поиск, описание,
  сопоставление признаковых точек и повысить точность оценки движения. Однако мето-
  ды подобного класса обладают недостатком – наличие движущихся объектов в кадре су-
  щественно снижают точность оценки параметров движения. Для избегания этого приме-
  няются методы детектирования выбросов. Классические методы детектирования выбро-
  сов во входных данных, такие как RANSAC плохо применимы, и имеют высокие вычисли-
  тельны затраты из-за вычислительно сложной функции рейтингования гипотез. Целью
  данной работы является описание и демонстрация подхода детектирования выбросов на
  базе алгоритма иерархической кластеризации, который выделяет статистически наибо-
  лее вероятное решение, минуя этап рейтингования каждой гипотезы, что значительно
  снижает вычислительную сложность. Для иерархической кластеризации предлагается
  мера расстояния между гипотезами с низкой чувствительностью к ошибкам оценки пара-
  метров движения. Также предлагается расширение алгоритма стерео-визуальной одо-
  метрии для работы в более сложных условиях видимости благодаря переходу от интен-
  сивностного представления изображения к многоканальному бинарному. Перевод изобра-
  жения к многоканальному бинарному представлению дает инвариантность к изменениям
  яркости изображения, однако, требует модификации алгоритмов нелинейной оптимиза-
  ции для работы с бинарными дескрипторами. В результате работы показано, что пред-
  ложенный алгоритм детектирования выбросов способен работать в реальном масштабе
  времени на мобильных устройствах, и может служить менее ресурсоёмкой заменой алго-
  ритма RANSAC в задачах визуальной одометрии и выселения оптического потока. Качест-
  венные метрики предложенного решения демонстрируются на датасете KITTI. Приведе-
  ны зависимости качества работы алгоритма от параметров алгоритма.

• ОРГАНИЗАЦИЯ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ СРЕДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗРИТЕЛЬНЫХ ОРИЕНТИРОВ

  С. М. Соколов , Н.Д. Беклемишев , А. А. Богуславский

  2021-04-04

  Аннотация ▼

  Рассматривается решение навигационной задачи с помощью системы технического
  зрения, определяющей положение подвижного средства относительно ориентиров, ука-
  занных в окружающем пространстве. Навигация по ориентирам является наиболее объек-
  тивным критерием расположения подвижного средства в окружающем пространстве.
  Способ измерения параметров соотношений, характеризующих расположение подвижного
  средства относительно ориентиров, является почти независимым от других навигацион-
  ных измерений. Ввод данных для корректировки координат и других параметров движения
  может производится не непрерывно, а в некоторые дискретные, и, в общем случае, до-
  вольно редкие моменты времени. Рассматривается общая схема решения: от постановки,
  до получения навигационной информации. Кратко описывается комплексирование получен-
  ных данных с данными от других навигационных средств, анализируются ключевые про-
  блемы и параметры СТЗ, влияющие на точность получаемых результатов. Ключевым мо-
  ментом в рассматриваемом способе является решение системы уравнений, описывающих
  положение робототехнических комплексов относительно указанных ориентиров. Эта
  система решается модифицированным методом Гаусса-Ньютона для нелинейной переопределенной системы уравнений. Заменой левой части каждого уравнения ее дифференциа-
  лом в точке начального приближения осуществляется линеаризация. Значения неизвестных
  в переопределенной системе линейных уравнений, при которых сумма квадратов невязок в
  уравнениях является минимальной, могут быть получены либо методом SVD (сингулярного
  разложения), либо с помощью симметризации системы. При этом SVD более устойчив к
  накоплению вычислительной погрешности, но несколько более требователен к ресурсам
  компьютера и сложнее в реализации. Мы использовали решение методом симметризации
  как более простое. Полученная система решается методом квадратного корня (Холецко-
  го). Для обнаружения ориентиров в составе СТЗ используются два вида модулей СТЗ –
  панорамный, на основе камеры с объективом типа «рыбий глаз» и стерео. Предложенный
  способ позволяет решать задачу уточнения параметров движения по отдельным, разре-
  женным измерениям собственного положения и скорости относительно ориентиров в
  окружающем пространстве. Независимо и в комплексе с другими средствами навигации
  описанный подход обеспечивает высокоточное определение навигационных параметров в
  различных условиях движения. Описываются результаты натурных экспериментов с ма-
  кетом предложенной системы при движении в различных условиях. Обсуждаются пути
  совершенствования и развития рассмотренного подхода.

• ЦИФРОВАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И НАВИГАЦИИ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

  В.Ф. Филаретов , Д.А. Юхимец , А.В. Зуев , А. С. Губанков , Д.Д. Минаев

  2021-04-04

  Аннотация ▼

  Предложена архитектура цифровой платформы для реализации распределенных сис-
  тем управления и навигации подводных робототехнических комплексов (ПРК), выполняющих
  технологические операции в условиях неопределенности окружающей среды. Предлагаемая
  цифровая платформа предназначена для автоматизации следующих видов деятельности:
  мониторинг состояния объектов подводной инфраструктуры (линии связи, трубопроводы,
  добычное оборудование и т.д.), картографические и геодезические работы, определение па-
  раметров и границ физических полей, зон распространения химических соединений (зон за-
  грязнений) и биоресурсов, охрана объектов подводной и надводной инфраструктуры (подвод-
  ные фермы марикультур, границы водных заповедников и т.п.), сопровождение движущихся
  объектов, поиск объектов заданного типа (биологических, техногенных и др.), выполнение
  подводных технологических операций (сварка, резка, очистка и т.п.). Для этой платформы
  разработана система команд, обеспечивающая гибкое задание миссий ПРК различного типа
  и назначения. Выделены пять типов сообщений цифровой платформы: команды управления
  порядком выполнения миссии, команды управления загрузкой миссии, информационные сооб-
  щения, команды миссии и группового управления. Предложена концепция создания распреде-
  ленных систем управления ПРК, обеспечивающая совместимость существующих бортовых
  систем ПРК с предлагаемым решением на основе компактных гидроакустических систем
  глобальной гидроакустической навигации, разработанных в ПАО «Дальприбор» (г. Владиво-
  сток). Указанные системы управления состоят из двух основных частей. Первая часть пред-
  ставляет собой исходную бортовую информационно-управляющую систему ПРК, обеспечи-
  вающую его движение в заданную точку пространства с заданной скоростью, получение
  данных от бортовых датчиков, а также управление работой бортового оборудования. Вто-
  рая часть – система управления верхнего уровня, обеспечивает возможность взаимодействия ПРК через акустический канал связи с глобальной гидроакустической навигационной сис-
  темой и автоматизированным рабочим местом оператора. Исследования передачи данных в
  симуляторе (CoppeliaSim) между оператором и ПРК в рамках предложенной цифровой
  платформы показали, что обеспечивается надежная загрузка миссий и получение информа-
  ции о состоянии ПРК при различных скоростях и в различных условиях работы акустическо-
  го канала связи.

• НЕЙРОСЕТЕВОЙ АЛГОРИТМ ПОЛНОКАДРОВОГО РАСПОЗНАВАНИЯ НАДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

  В. А. Тупиков, В. А. Павлова, В. А. Бондаренко, Н. Г. Холод

  2020-07-10

  Аннотация ▼

  Исследованы современные нейросетевые архитектуры для осуществления автома-тического обнаружения и распознавания надводных объектов и препятствий заданных классов по всей области изображения, применимые к выполнению в реальном или условно реальном времени для задач оптоэлектронной системы технического зрения с целью ав-томатизации и повышения безопасности гражданского судовождения. Дана формальная постановка задачи автоматического обнаружения объектов на изображениях. Проанали-зирован текущий научно-исследовательский задел в области алгоритмов детектирования объектов на изображениях, основанных на искусственных свёрточных нейронных сетях, произведено их сравнение и сделан обоснованный выбор в пользу наиболее эффективной нейросетевой архитектуры по соотношению вычислительной сложности и точности распознавания. Исследованы имеющиеся в открытом доступе базы данных образов над-водных объектов, подходящие для применения при обучении алгоритмов с использованием искусственных нейронных сетей. Сделан вывод о недостаточности имеющихся данных для обучения нейросетевых алгоритмов, в результате чего авторами выполнен самостоятель-ный сбор исследовательских изображений и видеопоследовательностей, произведена под-готовка и разметка собранных данных, содержащих надводные объекты и иные препят-ствия, представляющие навигационную опасность для судов. На основе выбранной архи-тектуры разработан новый нейросетевой алгоритм автоматического обнаружения и распознавания надводных объектов, выполняемого по всей области изображения (т.е. пол-нокадрового), выполнено обучение искусственной нейронной сети по подготовленной базе данных образов типовых объектов. Полученный алгоритм протестирован авторами на валидационном наборе данных, произведена оценка качества его работы с помощью различных метрик, а также оценена производительность алгоритма. Сделаны выводы о необходимости расширения собранной базы данных образов типовых объектов, предложены дальнейшие шаги по повышению точности разработанного программно-алгоритмического комплекса и его внедрению в состав перспективной судовой оптоэлектронной системы технического зрения.