© news.itmo.ru

Российские инженеры разработали инновационную систему локальной навигации для беспилотников, которая определяет местоположение устройства с точностью до 4 мм, используя светодиоды. Эта технология значительно превосходит точность спутниковых систем, таких как GPS и ГЛОНАСС, где погрешность измеряется в метрах. Благодаря такой высокой точности система может применяться для выполнения сложных задач, например, посадки на движущийся объект в условиях плохой видимости, такой как туман. Разработка особенно актуальна для использования в закрытых помещениях, где спутниковая навигация недоступна. Эксперты отмечают, что подобные альтернативные технологии необходимы, но их применение будет ограничено областями, где это экономически целесообразно.

Навигация с помощью светодиодов

Специалисты Университета ИТМО представили локальную систему навигации под названием «Восток». Эта разработка позволяет с высокой точностью определять скорость и координаты беспилотного летательного аппарата, что делает её незаменимой в условиях, где традиционные спутниковые системы не работают. Например, в плотной городской застройке, тоннелях или внутри помещений. Кроме того, система открывает новые возможности для выполнения сложных операций, таких как посадка на движущиеся объекты в условиях ограниченной видимости.

— Наш метод основан на классических принципах радионавигации и радиопеленгации и схож с разговором с двумя людьми, которые стоят в одном месте и разговаривают через мегафоны. Хотите услышать одного, встаньте напротив его мегафона, другого — встаньте напротив второго, а если нужно услышать обоих — встаньте посередине, — сказал руководитель проекта, аспирант первого курса факультета безопасности информационных технологий ИТМО Тимофей Мельников.

В «Востоке» роль мегафонов выполняют два светодиода, развернутые друг относительно друга под некоторым углом. В каждом модуле их по две пары. Они светят на фотоприемники беспилотника промодулированным на разной частоте сигналом.

— Фотоприемники принимают сигналы, а специальный модуль усиливает и обрабатывает их, рассчитывает координаты дрона и прямо на борту передает данные в бортовой компьютер. В реальном времени мы видим точное местоположение дрона, а также изменения в высоте и углах наклона бортов, — пояснил Тимофей Мельников.

В настоящее время беспилотники для навигации и построения маршрутов используют данные спутниковых систем, таких как GPS или ГЛОНАСС. Однако в сложных условиях, например, в плотной городской застройке или внутри помещений, точность таких систем может значительно снижаться, а погрешность достигать нескольких метров. Даже отклонение в 2 метра между реальным и расчетным местоположением может помешать небольшому дрону точно приземлиться на зарядную станцию или доставить посылку в нужную точку, подчеркивают разработчики.

 © news.itmo.ru

По их словам, «Восток» рассчитывает координаты с точностью до 4 мм несколько тысяч раз в секунду, превосходя кинематическое позиционирование в реальном времени (GPS RTK), и десять раз в секунду отслеживает скорость с точностью до 2 см/с, не уступая GPS.

В аналогичных системах локальной навигации конструкторы и разработчики используют разные методы — например, расклеивают по площади посадки QR-коды. Камера дрона считывает их и по ним ориентируется в пространстве. Недостаток такого подхода в том, что он требует хорошего равномерного освещения и большого количества QR-кодов разного масштаба, чтобы беспилотник увидел их с разных расстояний.

В отличие от аналогов «Восток» не нуждается в видеокамере, радаре или лидаре для ориентирования, а саму систему можно собрать из недорогих, доступных на отечественном рынке компонентов, отметили разработчики. Сейчас сигнал от комплекта из двух пар модулей покрывает комнату 8×8 м высотой до 3 м. При этом «Восток» легко масштабируется — достаточно увеличить количество модулей, их мощность и конфигурацию, добавили авторы проекта.

Где будут применять технологию

Разработку можно использовать для разных задач. Например, на Северном морском пути «Восток» поможет обеспечить автоматическую посадку беспилотного вертолета на палубу движущегося ледокола или автоматизировать маршрут беспилотных карьерных самосвалов, работающих в пыли. С помощью изобретения можно организовать доставку дроном покупок из онлайн-магазинов в окна загородных домов.

В будущем разработчики планируют испытать систему в большом спортивном зале, а также сконфигурировать систему для позиционирования дронов относительно друг друга, а не только внутри помещения. В перспективе созданное решение станет частью арены рободронов — песочницы, где разработчики будут собирать данные и отрабатывать алгоритмы управления беспилотниками.

— С помощью «Востока» мы планируем создать трехмерный автопилот, который управлял бы дроном так же профессионально, как и человек. Обычно для создания автопилота записывают несколько часов полета, затем обрабатывают данные с камер и на их основе данных тренируют ИИ-модель. Наша система позволяет собрать тот же датасет, но на основе координат, полученных самим беспилотником в полете. Так ИИ-модель станет точнее, поскольку мы собираем больше данных за секунду полета, чем другие системы, и это заметно дешевле — не нужно покупать систему захвата движения, — сказал научный консультант проекта, старший научный сотрудник факультета безопасности информационных технологий ИТМО Андрей Бойко.

Трехмерный автопилот способен значительно сократить время выполнения рутинных задач, таких как осмотр сельскохозяйственных полей, мостов, тоннелей и других сооружений. Это достигается за счет уменьшения времени, которое дрон тратит на развороты и уклонение от препятствий, что позволяет ему двигаться на более высокой скорости, отметил эксперт.

Развитие альтернативных систем навигации является крайне актуальной задачей, особенно в условиях, где использование беспилотников ограничено помещениями, тоннелями, крытыми парковками или при воздействии средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ), пояснил Кирилл Акулов, руководитель Центра компетенций НТИ «Геоданные и геоинформационные технологии» на базе МИИГАиК.

— В таких ситуациях особенно полезной может стать инерциальная навигация — метод, который не зависит от внешних сигналов и использует бортовые датчики для отслеживания движения беспилотника. В условиях, когда спутниковая навигация недоступна или её сигнал подавляется, инерциальная навигация в сочетании с внутренними устройствами становится более надежным решением для определения местоположения объекта, — подчеркнул он.

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в наш Телеграм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈