ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА КІБЕРФІЗИЧНА СИСТЕМА ДЛЯ НАВІГАЦІЇ БПЛА В УМОВАХ ДІЇ ЗАСОБІВ РЕБ ПРОТИВНИКА

Анотація

У сучасних умовах ведення бойових дій, зокрема в ході російсько-української війни, роль безпілотних літальних апаратів (БПЛА) стала визначальною. Однак масоване застосування засобів радіоелектронної боротьби (РЕБ) противником часто робить неможливим використання стандартних супутникових систем навігації (GNSS) через придушення або підміну сигналу. Це зумовлює гостру потребу в розробці автономних кіберфізичних систем, які здатні забезпечувати точне позиціонування БПЛА в умовах повної відсутності зовнішніх радіосигналів. Дослідження спрямоване на пошук та імплементацію ефективного програмно-апаратного рішення для відносного позиціонування БПЛА. Основна увага приділяється створенню системи, що поєднує дані з інерціальних датчиків та камер оптичного потоку для забезпечення надійного повернення апарату до точки зльоту або утримання позиції без використання GPS. У роботі запропоновано концептуальну модель системи, що базується на комплексуванні даних з акселерометра, гіроскопа, магнітометра, барометра, лідара та камери оптичного потоку. Для фільтрації та об’єднання цих даних використано розширений фільтр Калмана (EKF). Проведено порівняльний аналіз трьох алгоритмів обчислення оптичного потоку: розрідженого (Lucas-Kanade), щільного (Farneback) та сучасного нейромережевого підходу RAFT (Recurrent All-Pairs Field Transforms). Для підвищення точності розроблено трирівневу систему фільтрації та експоненційного згладжування векторів руху. Тестування алгоритмів у різних сценаріях (політ на висоті 25 м та рух на низькій висоті) показало, що розріджений алгоритм, попри високу швидкість, є найменш стабільним і схильним до хаотичних похибок. Щільний алгоритм продемонстрував низьку ефективність за певних параметрів обчислень. Найкращі результати за критеріями стабільності та точності відтворення маршруту показав алгоритм RAFT, особливо його зменшена модель, яка працює в 1,3 раза швидше за повнорозмірну версію. Встановлено, що інтелектуальна кіберфізична система на основі алгоритму RAFT та мультисенсорного об’єднання даних є найбільш перспективною для навігації в умовах дії РЕБ.