«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Автономная система посадки беспилотного летательного аппарата мультироторного типа с применением технологии технического зрения

УДК: 629.7.021
DOI: -

Авторы:

¹ Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия

Ключевые слова: БПЛА, квадрокоптер, автономная посадка, техническое зрение, посадочная платформа

Аннотация:

В статье рассматривается проблема автономной посадки мультироторного беспилотного летательного аппарата (БПЛА) на статическую платформу с использованием телевизионной камеры (ТВ-камеры), установленной на аппарате. Основная цель исследования заключается в разработке методологии и алгоритмов управления для осуществления автономной посадки без сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Для распознавания посадочной площадки применен метод технического зрения. Разработан способ оценки положения и ориентации БПЛА относительно площадки с помощью ТВ-камеры. Представлены результаты компьютерного моделирования, подтверждающие эффективность предложенного подхода. Обсуждаются перспективы применения методологии в реальных условиях, включая улучшение алгоритмов за счет интеграции данных инерциальной навигационной системы. Данный подход обеспечивает надежную и точную посадку БПЛА даже в условиях отсутствия ГНСС-сигналов и потенциальных внешних возмущений, что значительно расширяет области его практического применения. Также планируется исследование возможности использования данной методологии для посадки на подвижные платформы. Методология может быть использована при проведении поисково-спасательных операций, для доставки грузов на удаленные объекты топливно-энергетического комплекса, такие как морские газо- и нефтедобывающие платформы.

Список литературы:

1. Unmanned aerial vehicles applications in future smart cities / N. Mohamed, J. Al-Jaroodi, I. Jawhar [et al.] // Technological Forecasting and Social Change. – 2020. – Vol. 153. – P. 119293. – DOI: 10.1016/j.techfore.2018.05.004
2. Effect of Spoofing on Unmanned Aerial Vehicle using Counterfeited GPS Signal / Seo Seong-Hun, Lee Byung-Hyun, Im Sung-Hyuck, Jee Gyu-In // J. of Positioning, Navigation, and Timing. – 2015. – Vol. 4, Issue 2. – P. 57–65. – DOI: 10.11003/JPNT.2015.4.2.057
3. A simple learning strategy for high-speed quadrocopter multi-flips / S. Lupashin, A. Schöllig, M. Sherback, R. D'Andrea // 2010 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Anchorage, AK, USA, May 03–07, 2010. – IEEE, 2010. – P. 1642–1648. – DOI: 10.1109/ROBOT.2010.5509452
4. Unmanned Quadcopter Control Using a Motion Capture System / L.L. Gomes, L. Leal, T.R. Oliveira [et al.] // IEEE Latin America Transactions. – 2016. – Vol. 14, Issue 8. – P. 3606–3613. – DOI: 10.1109/TLA.2016.7786340
5. Olson E. AprilTag: A robust and flexible visual fiducial system // 2011 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Shanghai, China, May 09–13, 2011. – IEEE, 2011. – P. 3400–3407. – DOI: 10.1109/ICRA.2011.5979561
6. Kumar A. Vision-less autonomous tracking and landing of a micro aerial vehicle on a slow maneuvering ground moving target using distance sensors // Multimedia Tools and Applications. – 2022. – Vol. 81, Issue 24. – P. 35261–35281. – DOI: 10.1007/s11042-021-11860-6
7. Мелюков С.А., Фомичев А.В. Разработка системы управления автономной посадкой малоразмерного беспилотного летательного аппарата на подвижную платформу // Авиация и космонавтика: тез. докл. 22-ой Междунар. конф., М., 20–24 нояб. 2023 г. – М.: Перо, 2023. – С. 156–157.
8. Аникаева А.Д., Мартюшев Д.А. Оценка потенциала применения беспилотных летательных аппаратов в нефтегазовой отрасли // Недропользование. – 2020. – Т. 20, № 4. – С. 344–355. – DOI: 10.15593/2712-8008/2020.4.4
9. Петров А.М., Попов А.Н. Разработка интеллектуальной системы поддержки принятия решений по оценке состояния объектов системы теплоснабжения // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2023. – № 6(599). – С. 15–21. – DOI: 10.33285/2782-604X-2023-6(599)-15-21
10. Гольдзон И.А., Завьялов А.П., Лопатин А.С. Апробация автоматизированной системы технического диагностирования газопроводов с использованием беспилотных летательных аппаратов // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2023. – № 3(596). – С. 38–44. – DOI: 10.33285/2782-604X-2023-3(596)-38-44
11. Гэн К., Чулин Н.А. Алгоритмы стабилизации для автоматического управления траекторным движением квадрокоптера // Наука и образование: науч. изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2015. – № 5. – С. 218–235. – DOI: 10.7463/0515.0771076
12. Лысухо Г.В., Масленников А.Л. Квадрокоптер: динамика и управление // Политехн. молодеж. журн. – 2020. – № 5(46). – С. 1. – DOI: 10.18698/2541-8009-2020-5-604
13. Dynamics modelling and linear control of quadcopter / Wang Pengcheng, Man Zhihong, Cao Zhenwei [et al.] // 2016 Int. Conf. on Advanced Mechatronic Systems (ICAMechS), Melbourne, VIC, Australia, Nov. 30 – Dec. 03, 2016. – IEEE, 2016. – P. 498–503. – DOI: 10.1109/ICAMechS.2016.7813499
14. Niemiec R., Gandhi F. A Comparison Between Quadrotor Flight Configurations // 42nd European Rotorcraft Forum, Lille, France, Sept. 5–8. – 2016.
15. Quadrotor Autonomous Landing on Moving Platform / Wang Pengyu, Wang Chaoqun, Wang Jiankun, Meng Max Qing Hu // Procedia Computer Science. – 2022. – Vol. 209. – P. 40–49. – DOI: 10.1016/j.procs.2022.10.097
16. Bradski G., Kaehler A. Learning OpenCV: Computer vision with the OpenCV library. – 1st edition. – O'Reilly Media, 2008. – 580 p.
17. Zhang Y.J. Camera calibration // 3-D Computer Vision: Principles, Algorithms and Applications. – Singapore: Springer Nature Singapore, 2023. – P. 37–65. – DOI: 10.1007/978-981-19-7580-6_2
18. Galimov M., Fedorenko R., Klimchik A. UAV Positioning Mechanisms in Landing Stations: Classification and Engineering Design Review // Sensors. – 2020. – Vol. 20, Issue 13. – P. 3648. – DOI: 10.3390/s20133648
19. ROS: an open-source Robot Operating System / M. Quigley, K. Conley, B. Gerkey [et al.] // ICRA workshop on open-source software. – 2009. – Vol. 3, Issue 3.2. – P. 5.
20. Multilevel host-compiled simulation framework for ROS-based UAV services using ArduCopter / J. Merino, R. Gomez, H. Posadas, E. Villar // 2021 XXXVI Conf. on Design of Circuits and Integrated Systems (DCIS), Vila do Conde, Portugal, Nov. 24–26, 2021. – IEEE, 2021. – P. 1–6. – DOI: 10.1109/DCIS53048.2021.9666177