АВТОНОМНА НАВІГАЦІЯ БПЛА: ТЕХНОЛОГІЇ ОРІЄНТАЦІЇ ТА ЛОКАЛІЗАЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2025-8-1-5Ключові слова:
безпілотний літальний апарат, орієнтація, навігація, локалізація, злиття датчиків, одометріяАнотація
Навігація автономних транспортних засобів, зокрема й безпілотних літальних апаратів (БПЛА) залишається однією з основних проблем у досягненні цілковитої автономності. Автономні механізми повинні самостійно аналізувати навколишнє середовище, реагувати на динамічні зміни умов навколишнього середовища, створювати оптимальні траєкторії руху та самостійно виконувати критично важливі завдання. Отже, дронам необхідно чітко розуміти свої положення та орієнтацію у просторі. Якщо за несправності наземні та морські дрони можуть припинити роботу, похибка безпілотних літальних апаратів має значні наслідки через високу робочу швидкість і висоту польоту. Це може призвести як до втрати безпілотних літальних апаратів, так і до завдання шкоди інфраструктурі, природі та цивільним будинкам, відповідно до місцевості, де працюють безпілотні літальні апарати.Питання локалізації та орієнтації потребують інформації про стан дрона, а також із навколишнього середовища, оскільки відомості про розташування транспортного засобу щодо інших об’єктів є необхідним для планування траєкторії подальшого руху. У статті проаналізовані датчики та навігаційні системи, які можуть надавати необхідні дані як про інерційні параметри, так і про навколишнє середовище. Описані рішення як для відомих, частково відомих, так і для невідомих середовищ. Особлива увага приділяється Visual SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) та Visual-Inertial Odometry, які є ключовими технологіями для створення карти й оцінювання відносного руху в невідомих середовищах. Ці підходи дозволяють безпілотним літальним апаратам орієнтуватися в динамічних середовищах без використання GPS, за поєднання візуальних даних з інерційними вимірюваннями. У роботі подано вичерпний огляд датчиків, що працюють на основі карт місцевості. Вони значно спрощують роботу безпілотних літальних апаратів у заздалегідь відомих середовищах. Датчики на основі карт місцевості можна застосовувати як усередині будівель, так і на відкритому просторі. Останній розділ статті представляє техніку синтезу датчиків, яка необхідна для всіх типів безпілотних літальних апаратів, щоб зменшити вплив дрейфу вимірювань і підвищити точність навігації. Це дозволяє порівнювати вимірювання від різних датчиків або навігаційних систем із використанням двох рівнів фільтрації. Вибір методу фільтрування даних повинен здійснюватися з урахуванням нелінійної природи автономних транспортних засобів.
Посилання
Довбиш І.О., Муравйов О.В. Залежність архітектури рою від рівня автономності БпЛА. ХVI Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Погляд у майбутнє приладобудування», м. Київ, збірник праць конференції. 2023. С. 158–161.
Муравйов О.В., Довбиш І.О., Галаган Р.М., Богдан Г.А., Момот А.С. Перспективи розвитку технологій та підвищення рівня автономності БПЛА. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія «Технічні науки». 2023. Том 34 (73). № 2. С. 199–205.
Gaigalas J., Perkauskas L., Gricius H., Kanapickas T., Krisciunas A. A Framework for Autonomous UAV Navigation Based on Monocular Depth Estimation. Drones. 2025. 9. 236. https://doi.org/10.3390/drones9040236.
Berkane S., Tayebi A., De Marco S. A Nonlinear Navigation Observer Using IMU and Generic Position Information. Automatica. 2021. Vol. 127.
Hashim H.A., Eltoukhy A.E., Vamvoudakis K.G., Abouheaf M.I. Nonlinear Deterministic Observer for Inertial Navigation Using Ultra-Wideband and IMU Sensor Fusion. 2023 IEEE/ RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Detroit, MI, USA. 2023. Pp. 3085–3090. DOI: 10.1109/IROS55552.2023.10342083.
Roberts A., Tayebi A. A new position regulation strategy for VTOL UAVs using IMU and GPS measurements. Automatica. 2013.Vol. 49. № 2. Pp. 433–440.
Negru S.A., Geragersian P., Petrunin I., Guo W. Resilient Multi-Sensor UAV Navigation with a Hybrid Federated Fusion Architecture. Sensors. 2024. 24. 981. https://doi.org/10.3390/s24030981.
Dovbysh I.O., Muraviov O.V. Complementary filter for UAV attitude estimation. Ефективність та автоматизація інженерних рішень у приладобудуванні: ХX Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих учених: збірник праць конференції, Київ, 4–5 грудня 2024 р., КПІ ім. Ігоря Сікорського, ПБФ. С. 295–298.
Wang M., Tayebi A. Observers Design for Inertial Navigation Systems: A Brief Tutorial. 59th IEEE Conference on Decision and Control (CDC), Jeju, Korea (South). 2020. Pp. 1320–1327. DOI: 10.1109/CDC42340.2020.9304269.
