Обеспечить стабильность полёта беспилотного аппарата в сложных или быстро меняющихся условиях — непростая задача. Её решением занимаются на кафедре 305 «Пилотажно-навигационные и информационно-измерительные комплексы» Московского авиационного института.
Участники проекта — студенты Влада Углицких, Игорь Павленко и ассистент кафедры Дмитрий Волков — работают над программно-аппаратным комплексом быстрой стабилизации беспилотника при негативном воздействии окружающей среды.
Правообладатель
Углицких Влада Алексеевна.
Описание
Имеется инерциальная система, осуществляющая при помощи спутниковой коррекции непосредственно определение плоскости, в которой дрон-беспилотник выставляется, а заодно передающая и получающая информацию о текущих условиях полета. При помощи SLAM-навигации появляется возможность достижения достаточного уровня устойчивости при управлении в сложных условиях.
Одним из популярных методов решения задачи минимизации ошибок управления является применение фильтра Калмана, однако основным недостатком такого фильтра является квадратическая зависимость сложности его реализации от количества ориентиров.
Существует современный альтернативный подход на основе технического зрения — FastSLAM. Он базируется на принципе фильтра частиц, используя сегментацию карты движения БЛА на участки, что помогает избавиться от локальных зависимостей ориентиров и значительно сократить время счисления оценки ошибки. Помехи, вызванные внешними возмущениями, сильно сказываются на стабильности управления.
Однако, даже при рассмотрении системы без влияния на нее внешних условий, внутренние возмущения не позволят так легко обеспечить необходимую стабилизацию зависания в воздушном пространстве.
В данной системе фильтр Калмана используется с целью уменьшения внутренних помех. Алгоритм ФК состоит из двух повторяющихся фаз: предсказание и корректировка.
В первой фазе рассчитывается предсказание состояния в следующий момент времени с учетом неточности измерения. Во второй новая информация с датчика корректирует предсказанное значение с учетом неточности и зашумленности этой информации.
В алгоритме стабилизации с использованием простого ФК есть главный недостаток — большое время выставки БИНС БЛА, поэтому в разработке используется алгоритм ускоренной Калмановской фильтрации или ему подобный.
Далее информация передается на блок автопилота, который очень быстро при помощи широтно-импульсной модуляции осуществляет перерегулирование самих роторов, управляющих движением летательного аппарата.
Характеристики, назначение
В России беспилотные летательные аппараты стали одним из наиболее успешно развивающихся видов современной техники, которая находит свое применение в различных отраслях экономики и в сфере национальной безопасности: в спасательных операциях МЧС РФ, для тактических военных целей, в горном деле, сельском хозяйстве, в борьбе с браконьерством, экологическом мониторинге и мониторинге инфраструктурного оборудования, расположенного в труднодоступной и малонаселенной местности.
Однако часто применение БЛА невозможно из-за неблагоприятных погодных условий или других внешних факторов (например, в зоне пожаров, техногенных катастроф и др.), характеризующихся высокой динамикой изменений силы и направления воздействия на дрон.
Для устранения данного недостатка БЛА планируется разработка программно-аппаратного комплекса быстрой стабилизации, который за технологически достаточное время способен восстанавливать управляемость дрона и обеспечивать возможность выполнения поставленных полетных задач.
Стадия готовности
НИР.
Конкурентноспособность
На сегодняшний день главным конкурентом на мировом рынке является американский дрон SQUID, однако для его запуска необходима пневматическая пушка, применение которой, с одной стороны, не всегда возможно, с другой — требует присутствия оператора. В условиях природных или техногенных катастроф и ведения боевых действий необходимость быстрого запуска БЛА (например, после экстренной посадки) становится технологически невозможной, что резко ограничивает применение данной технологии.
Традиционные подходы к обеспечению взлета и посадки, а также восстановления управляемости БЛА в полете характеризуются относительно длительной продолжительностью процесса стабилизации: при полетах на малых высотах этого времени недостаточно для обеспечения работоспособности дрона, что является ограничивающим фактором для использования БЛА в определенных условиях эксплуатации.
На российском рынке БЛА, обладающие сравнимыми с предлагаемым решением характеристиками, отсутствуют. Реализация данного проекта, в частности, соответствует политике импортозамещения.
Основным преимуществом разрабатываемого программно-аппаратного комплекса является отсутствие потребности в дополнительной инфраструктуре для стабилизации, то есть его запуск и обеспечение полета производятся полностью автономно, что в целом снижает расходы на использование БЛА в отраслях экономики и сфере национальной безопасности.
Ориентация на отечественную элементную базу позволяет оптимизировать затраты на производство БЛА в будущем, а также управлять издержками производства за счет применения массово выпускаемых компонентов.
Существующие аналоги
Дрон SQUID.
Сферы / возможности применения
- Спасательные операции МЧС России при ликвидации последствий природных и техногенных катастроф
- Профилактика природных и техногенных катастроф и опасных действий человека
- Военные тактические операции
- Горное дело: маркшейдерство, геологоразведка, мониторинг шахт
- Химическая и металлургическая промышленность: мониторинг труднодоступного технологического оборудования (трубы, трубопроводы и др.)
- Жилищно-коммунальное хозяйство: системы водоснабжения и канализации, тепло- и энергоснабжения
- Борьба с браконьерством
- Экологический мониторинг
- Мониторинг инфраструктурного оборудования в труднодоступной и безлюдной местности (средств связи, транспорта, энергетики и др.)
Возможность масштабирования, внесения изменений
Возможна модернизация под конкретный продукт при необходимости.
Форматы возможного сотрудничества
Совместный ОКР.
Необходимость инвестиций
Не требуется.
Контактные данные
uglvlada1@gmail.com
Московский авиационный институт (МАИ) — ведущий научно-образовательный центр в области авиационных, ракетно-космических и других высокотехнологичных систем. На базе университета реализуются образовательные и научные проекты в области комплексного конструирования и математического моделирования, беспилотных летательных аппаратов, двигательных и энергетических установок, электрификации инженерных систем, технологий гиперзвука, искусственного интеллекта, Big Data, интернета вещей, сервиса высокотехнологичной техники, аддитивных технологий и композиционных материалов, а также роботизации и др.