Алгоритм управления беспилотными летательными аппаратами в процессе визуального сопровождения объектов с изменяемой траекторией движения

Рассмотрены принципы управления авиационной системой технического зрения, размещённой на беспилотном летательном аппарате на двухстепенной гиростабилизированной платформе с возможностью полного разворота вокруг двух перпендикулярных осей по курсу и тангажу. Устойчивость сопровождения объектов наблюдения на расстоянии до 10000 м обеспечивается применением мультиспектральной оптико-электронной системы, включающей дальномерный, тепловизионный и два визуальных канала.

Выполнен анализ объекта наблюдения и методика его сопровождения. Предложен алгоритм интеграции спутниковой радионавигационной системы и бесплатформенной инерциальной навигационной системы на основе интегрального фильтра Калмана, предусматривающей две стадии вычислений: экстраполяцию (предсказание) и коррекцию. В модуль навигации встроено специализированное программное обеспечение для многозадачной операционной системы реального времени FreeRTOS, обеспечивающее получение навигационного решения: широты, долготы и высоты беспилотного летательного аппарата в системе координат WGS-84, а также углов крена тангажа и курса; северной, восточной и вертикальной составляющих скоростей в навигационной системе координат; продольной, вертикальной и поперечной составляющих свободных ускорений и угловых скоростей в связанной системе координат на основе данных от приёмо-измерительного модуля спутниковой радионавигационной системы и данных от 6-осевого МЭМС-датчика STIM 300.

1. Obrabotka izobrazheniy v aviatsionnykh sistemakh tekhnicheskogo zreniya [Image processing in aeronautical vision systems]. Ed. Kostyashkina L.N., Nikiforova M.B. М.: FIZMATLIT Publ., 2016, 234 p.

2. Damantsev Ye. Neraskrytyye vozmozhnosti proyekta "Sych". Unikal'nyy udarno-razvedyvatel'nyy kompleks na baze Su-34. "Voyennoye obozreniye". Analitika. [Undiscovered Possibilities of the "Sych" Project. A unique strike and reconnaissance complex based on the Su-34. "Military Review". Analytics]. 31.01.2020 (in Russian).

3. Advisory Circular AC №:20-167A. U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. 12.06.2016, 104 p.

4. David H. Titterton, John L. Weston. Strapdown Inertial Navigation Technology, 2004, 2nd ed., Radar, sonar, navigations & avionics, 594 p.

5. 5.Paul G. Savage. Strapdown Associates, 2000, vol. 1, 2nd edition, 1556 p.

6. Volkov V.G. Vertolotnyye optiko-elektronnyye sistemy nablyudeniya i razvedki [Helicopter optoelectronic surveillanceandreconnaissancesystems]. Journal"Special Technique", 2001, no. 3 (in Russian). Available at: http:// www.bnti.ru/showart.asp?aid=510&lvl=09.01.&p=1 (accessed 22.02.2021).

7. Makarchenko O.F., Makarchenko F.I., Nilov A.V., Rumyantsev G.N., Sukhov S.V. Sposob uvelicheniya diapazona uglov povorota izdeliya otnositel'no girostabilizirovannoy platformy, ustanovlennoy na izdelii v kardannovom podvese [A method of increasing the range of angles of rotation of the product relative to the gyrotilized platform installed on the product in a gimbal]. Patent RF, no. 2552857, 2015.

8. Burets G.A., Gorokhov M.M., Denisov R.N., Nuzhin A.V., Pleshanov Y.V., Puysha A.E. Optikoelektronnyy sledyashchiy koordinator [Optoelectronic tracking coordinator]. Patent RF, no. 2476826, 2013.

9. Amelin K.S. A method of orienting an ultralight UAVs with a rare update of its position data [Metod oriyentirovaniya sverkhlogkogo BPLA pri redkom obnovlenii dannykh o yego mestopolozhenii]. Saint Petersburg State University, 2014, pp. 3–14 (in Russian). Available at: https://www.math.spbu.ru/user/gran/ soi10_2/Am10_2.pdf (accessed: 22.02.2021).

10. Sozdaniye sistemy tekhnicheskogo zreniya aviatsionnoy, shifr "Sych" [Creation of an aviation technical vision system, code "Sych"]. JSC "Peleng". State rubricator of scientific and technical information SRSTI:59.14.29. from 21.08.2017. Register of scientific research, experimental design and experimental technological work registered in 2017 / ed. A.G. Shumilina. Minsk: State Institution "BelISA" Publ., 2018, 109 p.

11. Lukatsevich K. Tochno na tsel'. Pritsel'nyye kompleksy OAO «Peleng» sootvetstvuyut samym vysokim trebovaniyam. Oboronno-promyshlennyy kompleks Rossii [Right on target. The sighting systems of JSC "Peleng" meet the highest requirements. Defense industrial complex of Russia]. Special information and analytical project. № 2(23), July 2020, 70 p.

12. Bagmut I.A. Nastroyka fil'tra Kalmana v zadache korrektsii inertsial'nykh izmereniy v integrirovannoy navigatsionnoy sisteme [Adjusting the Kalman filter in the problem of correcting inertial measurements in an integrated navigation system]. Bulletin of the National Technical University "KhPI": collection of scientific papers. Thematic issue: Dynamics and strength of machines. Kharkov: NTU "KhPI" Publ., 2011, no. 63, pp. 13‒21 (in Russian).

13. Mkrtchyan V.I. Nastroyka fil'tra Kalmana dlya otsenivaniya oshibki BINS po kursu [Adjusting the Kalman filter for estimating the SINS error at the rate]. Modern science: actual problems of theory and practice. Series: Natural and Technical Sciences,2018, no. 6, pp. 24‒28 (in Russian).

14. N. Al Bitar, Gavrilov A.I. Sravnitel'nyy analiz algoritmov kompleksirovaniya v slabosvyazannoy inertsial'no-sputnikovoy sisteme na osnove obrabotki real'nykh dannykh [Comparative analysis of integration algorithms in a loosely coupled inertial-satellite system based on real data processing]. Gyroscopy and navigation, 2019, vol. 27, no. 3(106), pp. 31‒52 (in Russian). DOI: 10.17285/0869-7035.0001

15. Benkafo A.S., Lobaty A.A. Osobennosti primeneniya fil'trov Kalmana-B'yusi v kompleksakh oriyentatsii i navigatsii [Features of Kalman-Bucy filters application in orientation and navigation complexes]. Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics (BSUIR) reports, 2013, no. 5(75), pp. 67‒71 (in Russian).