МЕТОД ОЦЕНКИ КООРДИНАТ БЛА ПО ИЗМЕРЕННЫМ ЛОКАЛЬНЫМ РАССТОЯНИЯМ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ ГРУППЫ

  • В. А. Костюков НИИ робототехники и процессов управления Южного федерального университета
  • Е.Ю. Косенко Южный федеральный университет
  • М. Ю. Медведев Южный федеральный университет
  • В.Х. Пшихопов Южный федеральный университет
  • М. В. Мамченко Южный федеральный университет
Ключевые слова: Группа БЛА, групповая навигация, автономная навигация, оценка положения

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.

Литература

1. Veremeenko K.K., Zheltov S.Yu. i dr. Sovremennye informatsionnye tekhnologii v zadachakh
navigatsii i navedeniya bespilotnykh manevrennykh letatel'nykh apparatov [Modern information
technologies in the tasks of navigation and guidance of unmanned maneuverable aircraft],
ed. by M.N. Krasil'shchikova, G.G. Sebryakova. Moscow: Fizmatlit, 2009, 556 p. ISBN
978-59221-1168-3.
2. Layh T., Gebre-Egziabher D. Design for graceful degradation and recovery from GNSS interruptions,
IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2017, Vol. 32 (9), pp. 4-17.
3. Savel'ev V.M., Antonov D.A. Vystavka besplatformennoy inertsial'noy navigatsionnoy sistemy
bespilotnogo letatel'nogo apparata na podvizhnom osnovanii [Tuning of a free-form Inertial
navigation System of an Unmanned aerial Vehicle on a Movable base], Trudy MAI [Transactions
of MAI], 2011, Issue 45.
4. GL-80 – malogabaritnaya oblegchennaya besplatformennaya inertsial'naya navigatsionnaya sistema
(BINS) – girokompas na baze volokonno-opticheskikh giroskopov (VOG) s zamknutym konturom
[GL-80-small-sized lightweight strapdown inertial navigation system (BINS) - gyrocompass based
on fiber-optic gyroscopes (VOG) with a closed loop]. Available at: http://gyrolab.ru/product/gl-80-
volokonno-opticheskiy-gyroscope-inertsialnaya-navigatsionnaya-systema-ins/ (accessed 02
March 2021).
5. Mikhaylov N.V., Chistyakov V.V. Opyt ispol'zovaniya metoda «SoftFlex» v apparature
potrebiteley sputnikovoy navigatsii [Experience of using the "SoftFlex" method in the equipment
of satellite navigation consumers], Giroskopiya i navigatsiya [Gyroscopy and navigation],
2012, No. 4, pp. 105-114.
6. Ferreira R., Gaspar J., Sebastião P. et al. Effective GPS Jamming Techniques for UAVs Using
Low-Cost SDR Platforms, Wireless Perspective Communication, 2020, Vol. 115,
pp. 2705-2727. Available at: https://doi.org/10.1007/s11277-020-07212-6.
7. Bingöl Ö., Güzey H.M. Neuro sliding mode control of quadrotor UAVs carrying suspended
payload, Advanced Robotics, 2021, Vol. 35 (3-4), pp. 255-266.
8. Beloglazov D.A., Gayduk A.R., Kosenko E.Yu., Medvedev M.Yu., Pshikhopov V.Kh., Solov'ev V.V.,
Titov A.E., Finaev V.I., Shapovalov I.O. Gruppovoe upravlenie podvizhnymi ob"ektami v
neopredelennykh sredakh [Group control of mobile objects in undefined environments],ed. by
V.Kh. Pshikhopova. Moscow: Fizmatlit, 2015, 304 p. ISBN 978-5-9221-1674-9.
9. Kendoul F. Survey of advances in guidance, navigation, and control of unmanned rotorcraft
systems, Journal of Field Robotics, 2012, Vol. 29 (2), pp. 315-378. Doi: 10.1002/rob.20414.
10. Pshikhopov V., and Medvedev M. Group control of autonomous robots motion in uncertain
environment via unstable modes, SPIIRAS Proceedings, 2018, Vol. 60 (5), pp. 39-63.
11. Sokolov S.M., Boguslavsky A.A., Vasilyev A.I., Trifonov O.V. Development of software and
hardware of entry-level vision systems for navigation tasks and measuring, Advances in Intelligent
Systems and Computing (Springer), 2013, Vol. 208, pp. 463-476.
12. Zavalishin O.I. Uluchshenie tochnosti navigatsii i posadki s ispol'zovaniem GBASII/III
kategorii [Improved navigation and landing accuracy using GBAS Category II/III],
Informatizatsiya i svyaz' [Informatization and communication], 2017, No. 2, pp. 18-21.
13. Voloshchenko E.V., Voloshchenko V.Yu. Tekhnologii kompleksnoy navigatsii bespilotnykh
gidrosamoletov na akvatorii gidroaerodroma [Technology integrated navigation of unmanned
seaplane on the water with hydro-port], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya
SFedU. Engineering Sciences], 2020, No. 6 (216), pp. 52-65.
14. Polivanov A.Yu., Ivanov Yu.V., Kholin D.V. Metodika preobrazovaniya koordinat sistemy
tekhnicheskogo zreniya promyshlennogo robota dlya operatsii lazernoy svarki [Method of
transformation of coordinates of the industrial robot's vision system for laser welding operation],
Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, control], 2020,
Vol. 21 (3), pp. 166-173. Available at: https://doi.org/10.17587/mau.21.166-173.
15. Sokolov S.M., Beklemishev N.D., Boguslavskiy A.A. Organizatsiya tselenapravlennykh
peremeshcheniy podvizhnykh sredstv s ispol'zovaniem zritel'nykh orientirov [The organization
of purposeful movements of mobile means with the use of visual orientations], Izvestiya
YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2021, No. 1.
16. Mulzer W., Rote G. Minimum-weight triangulation is NP-hard, Proc. of 22nd Annual Symposium
on Computational Geometry, 2006, pp. 1-10.
17. Karkishchenko A.N., Pshikhopov V.Kh. On finding the complexity of an environment for the
operation of a mobile object on a plane, Automation and Remote Control, 2019, Vol. 80 (5),
pp. 897-912.
18. Pshikhopov V.Kh., Medvedev M.Yu., Gayduk A.R., Neydorf R.A., Belyaev V.E., Fedorenko
R.V., Kostyukov V.A., Krukhmalev V.A. Sistema pozitsionno-traektornogo upravleniya
robotizi-ovannoy vozdukhoplavatel'noy platformoy: matematicheskaya model' [The system of
positional-trajectory control of a robotic aeronautical platform: a mathematical model],
Mekhatronika, avtomatizatsiya i upravlenie [Mechatronics, Automation and Control], 2013,
No. 6, pp. 14-21.
19. Byushgens G.S., Studnev R.V. Dinamika samoleta. Prostranstvennoe dvizhenie [Dynamics of
the aircraft. Spatial movement]. Moscow: Mashinostroenie, 1983.
20. Pshikhopov V., Medvedev M. Multi-Loop Adaptive Control of Mobile Objects in Solving Trajectory
Tracking Tasks, Automation and Remote Control, 2020, Vol. 81, No. 11, pp. 2078-2093.
21. Sizov A.V. i dr. Metodika formirovaniya trebovaniy k sisteme korrektsii inertsial'noy
navigatsionnoy sistemy na osnove resheniya mnogoparametricheskoy optimizatsionnoy zadachi
[Methodology of forming requirements for the correction system of an inertial navigation
system based on the solution of a multiparametric optimization problem], Modelirovanie,
optimizatsiya i informatsionnye tekhnologii [Modeling, optimization and Information Technologies],
2018, Vol. 6, No. 4, pp. 381-392.
22. Emel'yantsev G.I., Stepanov A.P., Blazhnov B.A. O reshenii navigatsionnoy zadachi dlya
letatel'nykh apparatov s ispol'zovaniem inertsial'nogo modulya na mikromekhanicheskikh
datchikakh i nazemnykh radioorientirov [On the solution of the navigation problem for aircraft
using an inertial module on micromechanical sensors and ground-based radio orientators],
Giroskopiya i navigatsiya [Gyroscopy and Navigation], 2017, Vol. 2, pp. 3-17.
23. Daftry Sh., Dey D., Sandhawalia H., Zeng S., Bagnell J.A., Hebert M. Semi-Dense Visual
Odometry for Monocular Navigation in Cluttered Environment, Proceedings of the IEEE International
Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2015.
Опубликован
2021-04-04
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ IV. СВЯЗЬ, НАВИГАЦИЯ И НАВЕДЕНИЕ