Система управления беспилотным летательным аппаратом с комплексированием навигационной информации

Полезная модель относится к системам управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) и может быть использована при разработке систем, комплексов и устройств с высокой степенью автономности.
Из уровня техники известна система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом (Полезная модель РФ 137814, МПК G05D 1/02, опубл. 27.02.2014, бюл. № 6), содержащая датчики угловой скорости, акселерометры, магнетометр, датчик абсолютного давления, датчик дифференциального давления, подключенный к аналого-цифровому преобразователю, приемник глобальной навигационной спутниковой системы, интерфейсный модуль, вычислитель системы автоматического управления, подключенный к источнику питания вычислителя, при этом вычислитель включает блок термокомпенсации кодов датчиков угловых скоростей, акселерометров и магнетометра. В устройство также входит источник опорного напряжения, аналоговый вычислитель, модуль датчиков тока и напряжения, съемная энергонезависимая память, контролирующий вычислитель.
Недостатком устройства является большое количество элементов низкой степени интеграции, что снижает его надежность, а также отсутствие комплексирования сигналов инерционных датчиков и сигналов спутниковых систем ориентации.
Из уровня техники известна интеллектуальная система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом (Полезная модель РФ 164139, МПК G05D 1/02, B64C 13/00, B64C 19/02, G01S 19/00, опубл. 20.08.2016, бюл. № 23), в состав которой входит модуль низкоуровневого управления, содержащий контроллер модуля низкоуровневого управления на базе 32-разрядного микропроцессора, нейросетевой чип, COM-порт, интерфейсы подключения устройств управления движением, интерфейсы подключения внешних датчиков, приемник GNSS, разъем электропитания, модуль мониторинга электропитания, четыре бароальтиметра, четыре магнитометра, четыре акселерометра, четыре гироскопа, четыре термометра, и модуль высокоуровневого управления, содержащий контроллер на базе 32-разрядного микропроцессора, объединенный с графическим процессором, видеовыход, два USB-порта, Wi-Fi модуль и накопитель данных.
Недостатком устройства является ограниченное использование возможностей комплексирования навигационной информации, что снижает эффективность управления БПЛА.
Из уровня техники известна интеллектуальная система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом (Полезная модель РФ 200039, МПК G05D 1/02, опубл. 01.10.2020, бюл. № 28), содержащая гироскоп, акселерометр, магнитометр, барометр, ультразвуковой сонар, приемник спутниковых сигналов, модуль памяти, интерфейс оперативного управления, устройство мониторинга нештатных ситуаций, интерфейс устройств управления движением, выход которого соединен со входом устройств управления движением, отличающаяся тем, что в неё введены устройство комплексирования, к первому входу которого подключены выходы гироскопа, акселерометра, магнитометра, барометра, ультразвукового сонара, а ко второму входу подключен выход приемника спутниковых сигналов, устройство сравнения, ко входам которого подключены выход сканирующего лидара и первый выход модуля памяти, устройство выбора и коррекции маршрута, ко входам которого подключены второй выход модуля памяти, выходы интерфейса оперативного управления и устройства мониторинга нештатных ситуаций, причем выходы устройства комплексирования, устройства сравнения и устройства выбора и коррекции маршрута соединены со входами нейронного процессора, выход которого подключен ко входу интерфейса устройств управления движением.
Недостатком устройства является ограниченное использование видеоинформации в целях навигации, что может затруднить ориентацию БПЛА в отсутствие сигналов спутниковых систем связи.
Данное устройство принято за прототип.
В основу полезной модели поставлена задача - повышение эффективности системы управления беспилотным летательным аппаратом за счет комплексирования навигационной информации, поступающей от спутниковых навигационных систем, навигационных датчиков и приборов, а также видеокамер и других устройств технического зрения.
Задача решается за счет того, что в систему управления беспилотным летательным аппаратом с комплексированием навигационной информации, содержащую гироскоп, акселерометр, магнитометр, барометр, высотомер, выходы которых подключены к входу интерфейса датчиков и приборов, приемник спутниковых сигналов, интерфейс оперативного управления, интерфейс устройств управления движением, выход которого подключен ко входу устройств управления движением, введены видеокамеры, выходы которых подключены ко входу модуля обработки видеоданных и полетный контроллер с функцией комплексирования навигационной информации, ко входу которого подключены выходы интерфейса датчиков и приборов, приемника спутниковых сигналов, модуля обработки видеоданных и интерфейса оперативного управления, а выход соединен со входом интерфейса устройств управления движением.
В полетном контроллере программно-алгоритмическим способом реализована функция комплексирования информации, поступающей от спутниковых навигационных систем, навигационных датчиков и приборов, а также видеокамер и других устройств технического зрения. Предложенная реализация системы управления БПЛА позволяет получить достоверные данные даже при временном пропадании или существенном ослаблении сигналов от отдельных источников. Тем самым достигается повышение эффективности системы управления беспилотным летательным аппаратом за счет комплексирования навигационной информации, поступающей от спутниковых навигационных систем, навигационных датчиков и приборов, а также видеокамер и других устройств технического зрения.
На фиг. 1 представлена схема системы управления беспилотным летательным аппаратом с комплексированием навигационной информации.
Устройство состоит из гироскопа 1, акселерометра 2, магнитометра 3, барометра 4, высотомера 5, выходы которых соединены со входом интерфейса датчиков и приборов 6. Выход интерфейса датчиков и приборов 6, выход приемника спутниковых сигналов 7, выход видеокамер 8 через модуль обработки видеоданных 9, а также выход интерфейса оперативного управления 11 соединены со входами полетного контроллера с функцией комплексирования навигационной информации 10, выход которого через интерфейс устройств управления движением 12 связан со входом устройств управления движением 13.
Устройство работает следующим образом.
С навигационных датчиков и приборов, а именно гироскопа 1, акселерометра 2, магнитометра 3, барометра 4, высотомера 5 информация об угловой скорости, линейном ускорении, направлении движения и высоте полета БПЛА поступает в интерфейс датчиков и приборов 6, где приводится к виду, пригодному для ввода в полетный контроллер с функцией комплексирования навигационной информации 10. В то же время, в полетный контроллер с функцией комплексирования навигационной информации 10 поступает информация с приемника спутниковых сигналов 7, а также информация с видеокамер 8, предварительно обработанная в модуле обработки видеоданных 9.
Комплексирование информации в полетном контроллере может быть выполнено программно-алгоритмическим путем с применением фильтра Калмана и его модификаций, например, с помощью сигма-точечного фильтра Калмана. Наибольший эффект от применения полезной модели будет получен при частой смене условий эксплуатации БПЛА. При работе на открытой местности БПЛА будет ориентироваться по комплексированным сигналам спутниковых систем и сигналам инерциальной системы навигации. При наличии карты местности, могут учитываться также показания видеокамер и других систем технического зрения, например, лидаров. При работе в закрытых помещениях, например, логистических центрах или промышленных ангарах, сигналы спутниковых систем связи могут быть недоступны. В этом случае, информация датчиков инерциальной системы навигации будет комплексироваться с показаниями видеокамер и других устройств технического зрения. При этом необходимы карты закрытых помещений или специальные метки для ориентации с помощью видеоустройств. Совместное использование данных от различных источников повышает точность и достоверность навигационной информации, а также автономность и надежность системы управления БПЛА.