Ученые ЛЭТИ разработали альтернативу спутниковой системе навигации для беспилотников

Новая система оптической навигации может быть применена на «умных» складах, а также в труднопроходимых для человека помещениях.

Сегодня наиболее распространенным способом навигации беспилотных воздушных судов (БВС) является спутниковая навигация – GPS (Global Positioning System) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). Однако такая навигация не обеспечивает должный уровень точности определения положения в местах, где сигнал от спутника достигает воздушного судна ослабленным или же не достигает его вовсе. Например, подобные сложности могут возникать при работе БВС в помещении – если беспилотник используется в системе «умный» склад или исследует труднопроходимые помещения. Следовательно, перед учеными стоит задача разработки альтернативных методов навигации.

Перспективным направлением в данной области является оптическая навигация, которая основана на использовании технического зрения. В таком случае БВС ориентируется в пространстве на основе информации, полученной от окружающих его объектов. Основным преимуществом оптической навигации является то, что она позволяет дрону оценить свое местоположение независимо от того, как хорошо передается сигнал со спутников.

«Мы разработали систему оптической навигации, с помощью которой беспилотник может ориентироваться на местности. Для построения карты ей необходимы лишь объекты, находящиеся на территории работы беспилотника. Дополнительную информацию беспилотник может получить, считывая на местности специальные метки. При этом сами метки могут быть различными – например, QR-коды или метки AprilTag». – аспирант кафедры вычислительной техники (ВТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», младший научный сотрудник Лаборатории МИС Руслан Ильнурович Гатауллин

Определение местоположения БВС с помощью оптической системы навигации производится в несколько этапов. В первую очередь проходит обнаружение и анализ поверхности, которую «видит» дрон, и сопоставление внутренней карты с реперными точками, которые определены на местности в том числе с помощью меток. После этого при помощи алгоритмов машинного зрения беспилотник определяет свое местоположение и проводит дополнительную оценку полученных данных от инерциальной навигационной системы (ИНС), с помощью которой можно получать информацию о положении дрона в пространстве. При создании и тестировании системы оптической навигации в качестве ИНС учеными были использованы гироскопические модули.

«Программное обеспечение для навигации дронов разрабатывается, как правило, либо в универсальном виде, то есть их можно применять для самых разных типов БВС, либо, наоборот, оно готовится под конкретную задачу и конкретный тип БВС. При первом подходе для внедрения дополнительных функций может потребоваться много усилий, а при втором – исключается возможность применить такие системы навигации для нескольких типов беспилотников. В своем проекте мы с командой постарались найти золотую середину – нашу систему возможно подстроить под любые возможные запросы заказчика». – аспирант кафедры вычислительной техники (ВТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», младший научный сотрудник Лаборатории МИС Руслан Ильнурович Гатауллин

Система оптической навигации была реализована в лаборатории по разработке систем для группового применения беспилотников и уже была протестирована на разработанном учеными СПбГЭТУ «ЛЭТИ» малом дроне «САГИР-1», а также на квадрокоптерах «Пионер Макс», которые ученым предоставила компания «Геоскан». В результате проведенных экспериментов стало понятно, что адаптировать алгоритмы новой навигационной системы под дрон другого типа – задача относительно простая. Коллектив лаборатории участвует в исследованиях в рамках программы «Приоритет 2030».

Руслан Ильнурович Гатауллин участвовал с данным проектом в Проектно-образовательном интенсиве «Архипелаг 2023», в результате которого разработка вошла в число 65 лучших проектов из 600 представленных. Программа интенсива включала самые масштабные в стране соревнования дронов, обсуждение проектов создания научно-производственных центров в регионах, типового ситуационного центра мониторинга полетов беспилотников, гуманитарного манифеста и работы с молодежью в сфере беспилотной авиации.

Фото: Дрон в лаборатории МИС​ СПбГЭТУ "ЛЭТИ"