RU2846175C1 - Method and apparatus for emulating a signal of a satellite navigation receiver with neural network regularization of data fusion - Google Patents
Method and apparatus for emulating a signal of a satellite navigation receiver with neural network regularization of data fusionInfo
- Publication number
- RU2846175C1 RU2846175C1 RU2025106963A RU2025106963A RU2846175C1 RU 2846175 C1 RU2846175 C1 RU 2846175C1 RU 2025106963 A RU2025106963 A RU 2025106963A RU 2025106963 A RU2025106963 A RU 2025106963A RU 2846175 C1 RU2846175 C1 RU 2846175C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- video camera
- gnss
- data
- signal
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Заявленные способ и устройство относятся к системам навигации, а именно к системам автономной эмуляции выходного сигнала приемника глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) в системе позиционирования беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в условиях полного или периодического отсутствия сигнала ГНСС, его подмены, подавления или ошибочности.The claimed method and device relate to navigation systems, namely to systems for autonomous emulation of the output signal of a global navigation satellite system (GNSS) receiver in an unmanned aerial vehicle (UAV) positioning system under conditions of complete or periodic absence of a GNSS signal, its substitution, suppression or erroneousness.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время основным средством определения местоположения БПЛА в пространстве является глобальная спутниковая навигационная система (ГНСС), однако, в случаях полного или периодического отсутствия, подмены, подавления, ошибочности сигнала ГНСС летательный аппарат дезориентируется в пространстве и теряет управление, что приводит к утрате БПЛА или его поломке. Чипы инерциальных систем, используемых в БПЛА, являются микроэлектромеханическими устройствами с низким классом точности, что приводит к быстрому накоплению ошибки и невозможности продолжения полета без спутниковой навигации.Currently, the main means of determining the location of UAVs in space is the global satellite navigation system (GNSS), however, in cases of complete or periodic absence, substitution, suppression, erroneous GNSS signal, the aircraft becomes disoriented in space and loses control, which leads to the loss of the UAV or its breakdown. The chips of inertial systems used in UAVs are microelectromechanical devices with a low accuracy class, which leads to rapid accumulation of errors and the impossibility of continuing the flight without satellite navigation.
Известна обзорная статья [1], в которой очерчен круг задач и направлений исследований, возникающих при использовании оптического потока видеокамеры и различных датчиков для измерения и последующей оценки скоростей и ориентации аппарата.There is a well-known review article [1] that outlines the range of tasks and research directions that arise when using the optical flow of a video camera and various sensors to measure and subsequently evaluate the speed and orientation of the apparatus.
Вместе с тем, тема о совместном использовании полученных оценок и данных, поступающих с видеокамеры и другого бортового оборудования, раскрыта не полностью, тема использования нейронных сетей в статье затрагивается только в вопросах сопоставления заранее подготовленных изображений объектов с известными координатами и изображений, поступающих от видеокамеры во время полета. В статье не предоставляется описание обобщенного способа комплексирования данных от различных приборов навигации, как набора операций, для разработки устройства и достижения результата увеличения точности навигации.At the same time, the topic of joint use of the obtained estimates and data coming from the video camera and other onboard equipment is not fully disclosed, the topic of using neural networks in the article is touched upon only in matters of comparing pre-prepared images of objects with known coordinates and images coming from the video camera during the flight. The article does not provide a description of a generalized method for integrating data from various navigation devices as a set of operations for developing a device and achieving the result of increasing the accuracy of navigation.
Известно устройство Intel Tracking Camera Т265 / Т261 [2] с возможностью отслеживания наблюдаемого объекта, основанного на объединении данных с визуальных и инерциальных датчиков. Видеокамера и модуль отслеживания представляют собой решение для компьютерного зрения, которое выводит данные формата 6DoF в главную систему для обеспечения полного погружения, навигации и составления карт. Устройство Т265/Т261 использует входные данные от двух видеокамер типа «рыбий глаз» (OV9282) и блок инерциальной системы (BMI055), а также возможности ASIC-процессора Movidius МА215х для обеспечения 6DoF позиционирования основной системы.The Intel Tracking Camera T265/T261 [2] is known to have the ability to track an observed object based on the fusion of data from visual and inertial sensors. The video camera and tracking module are a computer vision solution that outputs 6DoF data to the main system to provide full immersion, navigation, and mapping. The T265/T261 uses input data from two fisheye video cameras (OV9282) and an inertial system unit (BMI055), as well as the capabilities of the Movidius MA215x ASIC processor to provide 6DoF positioning for the main system.
Недостатком устройства является невозможность его использования на борту БПЛА вследствие отсутствия привязки локальной системы координат к геодезическим координатам, отсутствия интерфейса взаимодействия с полетным контроллером БПЛА. Малая стереоскопическая база устройства не может быть применена для создания оптического потока с требуемыми характеристиками точности.The disadvantage of the device is the impossibility of its use on board the UAV due to the lack of binding of the local coordinate system to geodetic coordinates, the lack of an interface for interaction with the UAV flight controller. The small stereoscopic base of the device cannot be used to create an optical flow with the required accuracy characteristics.
Известна навигационная комбинированная оптическая система (RU 2694786 С1, 16.07.2019), состоящая из оптико-электронной системы, блока выделения и улучшения контуров, блока совмещения, формирователя комплексированного изображения, виртуальной модели местности, формирователя расширенного ракурса, корреляционно-экстремального обработчика, вычислителя навигационных поправок, бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Технический результат - повышение точности определения навигационных параметров, уменьшение времени обработки за счет применяемых алгоритмов, осуществление коррекции навигационных параметров в реальном времени, формирование синтезированного изображения местности, которое комплексируется с изображениями, получаемыми от оптико-электронной системы, и выводится на индикаторы летательного аппарата. Все вместе позволяет иметь достоверную информацию о подстилающей поверхности в различных погодных условиях.A navigation combined optical system is known (RU 2694786 C1, 16.07.2019), consisting of an optical-electronic system, a contour extraction and improvement unit, a combination unit, a complex image generator, a virtual terrain model, an extended-angle generator, a correlation-extreme processor, a navigation correction calculator, and a strapdown inertial navigation system. The technical result is an increase in the accuracy of determining navigation parameters, a reduction in processing time due to the algorithms used, the correction of navigation parameters in real time, the formation of a synthesized image of the terrain, which is combined with images received from the optical-electronic system and displayed on the aircraft indicators. All together, it allows having reliable information about the underlying surface in various weather conditions.
Недостатками метода является применение вычислительно затратного метода комплексирования синтезированного изображения местности с трансформируемыми данными от оптико-электронной системы, наличие необходимости выделения и улучшения контуров подстилающей поверхности. Система не имеет полетного контроллера и является устройством, предназначенным для информирования экипажа летательных аппаратов, и не пригодна для использования на БПЛА.The disadvantages of the method are the use of a computationally expensive method of combining a synthesized image of the terrain with transformed data from an optical-electronic system, the need to isolate and improve the contours of the underlying surface. The system does not have a flight controller and is a device designed to inform the crew of aircraft, and is not suitable for use on UAVs.
Известно радионавигационное устройство (US 6901331 В1, 31.05.2005), эмулирующее GPS. В одном варианте осуществления радионавигационное устройство, эмулирующее GPS, принимает идентификатор, связанный с обычным радионавигационным устройством. Настоящее радионавигационное устройство, имитирующее GPS, затем извлекает информацию о широте и долготе, соответствующую принятой обычной радионавигационной информации, из базы данных. Спутниковая система информации о местоположении генерирует информацию о местоположении для воздушного судна, на котором расположено настоящее радионавигационное устройство, имитирующее GPS. Настоящее радионавигационное устройство, имитирующее GPS, затем генерирует навигационную информацию для воздушного судна, используя полученную информацию о широте и долготе и информацию о местоположении воздушного судна на основе спутника. Настоящее радионавигационное устройство, имитирующее GPS, затем представляет навигационную информацию способом, который имитирует представление навигационной информации, генерируемой обычным радионавигационным устройством. Весь процесс эмуляции прозрачен для пользователя настоящего радионавигационного устройства, эмулирующего GPS.A radio navigation device (US 6901331 B1, 31.05.2005) is known that emulates GPS. In one embodiment, the radio navigation device that emulates GPS receives an identifier associated with a conventional radio navigation device. The present radio navigation device that emulates GPS then retrieves latitude and longitude information corresponding to the received conventional radio navigation information from a database. A satellite positioning information system generates position information for an aircraft on which the present radio navigation device that emulates GPS is located. The present radio navigation device that emulates GPS then generates navigation information for the aircraft using the received latitude and longitude information and satellite-based aircraft position information. The present radio navigation device that emulates GPS then presents the navigation information in a manner that simulates the presentation of navigation information generated by a conventional radio navigation device. The entire emulation process is transparent to the user of the real GPS emulating radio navigation device.
Недостатком метода является неиспользование оптической информации от видеокамеры, а также зависимость от радиопередатчика навигационных сигналов и возможные отказы радионавигационного устройства, имитирующего GPS сигнал в условиях радиоэлектронного подавления.The disadvantage of this method is the lack of use of optical information from the video camera, as well as the dependence on the radio transmitter of navigation signals and possible failures of the radio navigation device simulating the GPS signal under conditions of electronic suppression.
Известен способ определения реальных размеров SLAM-данных и измерения местоположения (JP 2019074532 А, 16.05.2019), в котором камера и блок инерциальной системы установлены в конструкции, в которой фиксировано их относительное положение, ускорение измеряется посредством видеосъемки с помощью камеры и блока инерциальной системы в движении, захваченное видео экспортируется в виде неподвижного изображения для каждого кадра, захваченное изображение анализируется SfM (Structure from motion), определяется относительное положение камеры для получения ускорения камеры путем дифференцирования второго порядка и для получения ускорения камеры, и коэффициент масштабирования рассчитывается путем синхронизации ускорения камеры и информации об ускорении, полученной от блока инерциальной системы, и путем умножения относительного положения камеры на коэффициент масштабирования.A method for determining the actual dimensions of SLAM data and measuring the location is known (JP 2019074532 A, 16.05.2019), in which a camera and an inertial system unit are installed in a structure in which their relative position is fixed, acceleration is measured by video recording using the camera and the inertial system unit in motion, the captured video is exported as a still image for each frame, the captured image is analyzed by SfM (Structure from motion), the relative position of the camera is determined to obtain the camera acceleration by second-order differentiation and to obtain the camera acceleration, and the scaling factor is calculated by synchronizing the camera acceleration and the acceleration information obtained from the inertial system unit and by multiplying the relative position of the camera by the scaling factor.
Недостатками метода являются применение вычислительно затратного метода SLAM в части картографирования, отсутствие компенсации ошибок и погрешностей датчиков инерциальной системы, отсутствие привязки к геодезическим координатам. Кроме того, дифференцирование второго порядка, применяемое к зашумленным данным, какими являются данные от видеокамеры и инерциальных датчиков, приводит к ненадежным результатам расчета параметров движения [9].The disadvantages of the method are the use of the computationally expensive SLAM method in the mapping part, the lack of compensation for errors and inaccuracies of the inertial system sensors, and the lack of reference to geodetic coordinates. In addition, second-order differentiation applied to noisy data, such as data from a video camera and inertial sensors, leads to unreliable results of calculating the motion parameters [9].
Известен интегрированный навигационный метод последующей обработки для съемки и картографирования трассы нефте-газопровода (CN 102636165 А, 15.08.2012), которое обеспечивает интегрированный навигационный способ последующей обработки для съемки и картирования трассы нефте-газопровода. Способ интегрированной навигации пост-обработки, обеспечиваемый изобретением, включает следующие этапы: выполнение интегрированной навигации и комбинированной инерциальной навигации с привязкой/без учета местоположения в точке без изменения GPS посредством инерциальной навигации с привязкой, без учета местоположения и сигналов GPS в фиксированной точке; в точке модификации GPS, выполняя инерциальную навигацию с привязкой по времени к комбинированной GPS; компенсируя ошибку инерциальной навигационной системы с привязкой, ошибку угла ориентации и ошибку коэффициента масштабирования спидометра с использованием фильтра Калмана; в то же время, используя не моментальную характеристику обработки системными данными, чтобы повторно оценивать и компенсировать различные элементы ошибок системы, пока системная ошибка не станет меньше установленного порогового значения. Таким образом, точность позиционирования системы эффективно повышается, и могут быть выполнены фактические технические требования.An integrated navigation method for post-processing for surveying and mapping an oil and gas pipeline route is known (CN 102636165 A, 15.08.2012), which provides an integrated navigation method for post-processing for surveying and mapping an oil and gas pipeline route. The method of integrated navigation post-processing provided by the invention includes the following steps: performing integrated navigation and combined inertial navigation with/without taking into account the location at a point without changing the GPS by means of inertial navigation with a reference, without taking into account the location and GPS signals at a fixed point; at a GPS modification point, performing inertial navigation with a time reference to the combined GPS; compensating for the error of the inertial navigation system with a reference, the error of the orientation angle and the error of the speedometer scaling factor using the Kalman filter; at the same time, using a non-instantaneous characteristic of the system data processing to repeatedly estimate and compensate for various elements of the system errors until the system error becomes less than a set threshold value. Thus, the positioning accuracy of the system is effectively improved and the actual technical requirements can be met.
Недостатками системы является отсутствие автономности, необходимость последующей обработки для съемки и картирования. Использование фильтра Калмана требует настройки большого количества неизвестных параметров (элементов матриц ковариации шума) и измерений. Фильтр Калмана обладает численной нестабильностью вплоть до полной потери работоспособности при получении входного сигнала с выбросами, вследствие чего отсутствует возможность автоматической замены данных сигнала приемника ГНСС данными эмулированного сигнала.The disadvantages of the system are the lack of autonomy, the need for subsequent processing for shooting and mapping. The use of the Kalman filter requires setting up a large number of unknown parameters (elements of the noise covariance matrices) and measurements. The Kalman filter has numerical instability up to a complete loss of functionality when receiving an input signal with emissions, as a result of which there is no possibility of automatically replacing the GNSS receiver signal data with the emulated signal data.
Известна интеллектуальная система технического зрения беспилотного летательного аппарата для решения задач навигации, построения трехмерной карты окружающего пространства и препятствий и автономного патрулирования (RU 195749 Ш, 05.02.2020), предназначенная для автоматического управления беспилотными летательными аппаратами на основе анализа данных, полученных из разных источников и в условиях недоступности сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Интеллектуальная система обладает функциями навигационной системы, системы технического зрения, системы мониторинга окружающего пространства, системы принятия решения и системы полуавтоматического и ручного управления БИЛА. Интеллектуальная система состоит из программно-аппаратного модуля в составе бортового вычислителя на основе одноплатного компьютера с платой расширения на базе 32-разрядного контроллера, инерционного измерительного блока, позволяющего определить положение беспилотного летательного аппарата в пространстве и включающего в себя гироскоп, акселерометр, барометр, бортовой видеокамеры, RGB-D-камеры, полетного контроллера, приемника радиосигналов, вращающегося лазерного дальномера, стационарного лазерного дальномера, интерфейсов подключения устройств управления движением, интерфейсов подключения внешних датчиков.An intelligent technical vision system of an unmanned aerial vehicle is known for solving navigation problems, constructing a three-dimensional map of the surrounding space and obstacles, and autonomous patrolling (RU 195749 Ш, 05.02.2020), designed for automatic control of unmanned aerial vehicles based on the analysis of data obtained from various sources and in conditions of unavailability of signals from global navigation satellite systems. The intelligent system has the functions of a navigation system, a technical vision system, a system for monitoring the surrounding space, a decision-making system, and a semi-automatic and manual control system of the BILA. The intelligent system consists of a software and hardware module comprising an on-board computer based on a single-board computer with an expansion board based on a 32-bit controller, an inertial measuring unit that allows determining the position of the unmanned aerial vehicle in space and includes a gyroscope, accelerometer, barometer, on-board video camera, RGB-D camera, flight controller, radio signal receiver, rotating laser rangefinder, stationary laser rangefinder, interfaces for connecting motion control devices, interfaces for connecting external sensors.
Недостатком системы является применение инфракрасных датчиков глубины с ограничением по дальности вследствие чего решение применимо только в закрытых пространствах. Система опирается на трехмерные карты окружающего пространства, построение которых требует дополнительных вычислительных ресурсов, в системе отсутствует возможность автоматической замены данных сигнала приемника ГНСС данными эмулированного сигнала.The disadvantage of the system is the use of infrared depth sensors with a range limitation, as a result of which the solution is applicable only in closed spaces. The system relies on three-dimensional maps of the surrounding space, the construction of which requires additional computing resources, the system does not have the ability to automatically replace the GNSS receiver signal data with emulated signal data.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата малой дальности с использованием интеллектуальной системы геопространственной информации (RU 2722599 С1, 02.06.2020), относящееся к способу позиционирования беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в автономном режиме. Для этого непрерывно определяют текущие координаты информационно-измерительными устройствами малоточной бесплатформенной инерциальной навигационной системой БПЛА. Проводят периодическую коррекцию текущего положения по сигналам спутниковой навигации (СНС). Осуществляют проверку данных СНС на достоверность. В автоматическом режиме фиксируют области или объекты наблюдения по информации оптико-электронной системы. Формируют коррекционные поправки для текущих координат БПЛА. На этапе предпусковой подготовки рассчитывают период формирования областей коррекции данных бесплатформенной инерциальной системы. В процессе полета производят обработку, геопространственную привязку и сохраняют изображения на борту БПЛА. Обеспечивается повышение точности позиционирования БПЛА в автономном режиме.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for correcting a strapdown inertial navigation system of a short-range unmanned aerial vehicle using an intelligent geospatial information system (RU 2722599 C1, 02.06.2020), related to a method for positioning an unmanned aerial vehicle (UAV) in autonomous mode. For this purpose, the current coordinates are continuously determined by the information and measuring devices of the low-precision strapdown inertial navigation system of the UAV. The current position is periodically corrected using satellite navigation (SNS) signals. The SNS data are checked for reliability. In automatic mode, areas or objects of observation are recorded based on information from the optical-electronic system. Correction amendments are generated for the current coordinates of the UAV. At the pre-launch preparation stage, the period of formation of correction areas of the strapdown inertial system data is calculated. During the flight, processing, geospatial referencing is performed and images are saved on board the UAV. Increased accuracy of UAV positioning in autonomous mode is ensured.
Недостатком способа является его предэксплуатационная подготовка областей коррекции данных или объектов с заранее известными геопространственными характеристиками и их вычислительно затратное распознавание на борту БПЛА.The disadvantage of this method is its pre-operational preparation of data correction areas or objects with previously known geospatial characteristics and their computationally expensive recognition on board the UAV.
Общим дополнительным недостатком, приведенных в качестве аналогов, устройств и способов является отсутствие полноты описаний предлагаемых действий и способов, приводящих к созданию заявляемого устройства и получению результата.A common additional drawback of the devices and methods cited as analogues is the lack of completeness of the descriptions of the proposed actions and methods leading to the creation of the claimed device and obtaining the result.
Сущность технического решенияThe essence of the technical solution
Текущие навигационные параметры движения БПЛА генерируются устройством эмуляции сигнала приемника ГНСС, являющегося автономным устройством навигации и подключающемуся к полетному контроллеру БПЛА. Параметры движения вычисляются исходя из комплексирования и нейросетевой регуляризации данных, полученных от видеокамеры, датчиков инерциальной системы, барометра, лазерного дальномера или радиовысотомера, базы данных высот земной поверхности, установленных в устройстве. Данное техническое решение направлено на повышение автономности различных типов БПЛА в условиях пропадания сигнала ГНСС и устранение недостатков, известных из уровня техники.Current navigation parameters of the UAV movement are generated by the GNSS receiver signal emulation device, which is an autonomous navigation device and connected to the UAV flight controller. The movement parameters are calculated based on the integration and neural network regularization of data obtained from the video camera, inertial system sensors, barometer, laser rangefinder or radio altimeter, and the earth's surface altitude database installed in the device. This technical solution is aimed at increasing the autonomy of various types of UAVs in the event of GNSS signal loss and eliminating the shortcomings known from the state of the art.
Технической задачей является создание низкозатратного автономного устройства определения местоположения БПЛА, обеспечивающего работоспособность типового полетного контроллера БПЛА в условиях полного или периодического отсутствия сигнала ГНСС, его подмены или подавления с возможностью генерации выходного сигнала приемника ГНСС с координатами, максимально приближенными к реальным.The technical task is to create a low-cost autonomous device for determining the location of a UAV, ensuring the operability of a typical UAV flight controller in conditions of complete or periodic absence of a GNSS signal, its substitution or suppression with the ability to generate an output signal from a GNSS receiver with coordinates as close as possible to real ones.
Технический результат заявленного изобретения состоит в:The technical result of the claimed invention consists in:
- повышении точности определения навигационных параметров при использовании инерциальной системы, обладающей невысокой точностью и склонной к накоплению ошибки;- increasing the accuracy of determining navigation parameters when using an inertial system that has low accuracy and is prone to error accumulation;
- достижении непрерывности работы навигационной системы полетного контроллера БПЛА;- achieving continuous operation of the UAV flight controller navigation system;
- повышении целостности данных навигационной системы полетного контроллера БПЛА;- increasing the integrity of the data of the UAV flight controller navigation system;
- уменьшении вероятности возникновения аварийных ситуаций, связанных с отсутствием сигнала приемника ГНСС;- reducing the likelihood of emergency situations associated with the absence of a GNSS receiver signal;
- создании автономного от системы навигации БПЛА устройства эмуляции сигнала ГНСС;- creation of a GNSS signal emulation device that is autonomous from the UAV navigation system;
- достижении универсальности устройства эмуляции сигнала ГНСС для широкого модельного ряда полетных контроллеров БПЛА, использующих стандартные протоколы взаимодействия с приемниками ГНСС;- achieving universality of the GNSS signal emulation device for a wide range of UAV flight controllers using standard protocols for interaction with GNSS receivers;
- низкой вычислительной и массо-габаритной нагрузке устройства. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения,- low computational and weight-dimensional load of the device. The technical result obtained by implementing the invention,
достигается за счет использования всех признаков способа в котором:achieved by using all the features of the method in which:
- непрерывно получают видеопоток изображений из матричной видеокамеры;- continuously receive a video stream of images from a matrix video camera;
- автоматически управляют экспозицией и светочувствительностью видеокамеры;- automatically control the exposure and light sensitivity of the video camera;
- выполняют захват кадров с временной меткой из видеопотока изображений и постановку этих кадров в очередь;- capture frames with a time stamp from a video stream of images and place these frames in a queue;
- извлекают кадры из очереди;- extract frames from the queue;
- обнаруживают массив опорных точек в каждом кадре;- detect an array of reference points in each frame;
- сохраняют опорный и последующие кадры с массивом опорных точек и временной меткой;- save the reference and subsequent frames with an array of reference points and a timestamp;
- проводят адаптацию опорных точек, включающую в себя установку оптимальной длины соединений между соответствующими опорными точками оценку качества опорных точек, при котором рассчитывается погрешность обнаружения опорных точек, отбор стабильных соединений между соответствующими точками;- adaptation of reference points is carried out, which includes setting the optimal length of connections between the corresponding reference points, assessing the quality of reference points, which calculates the error in detecting reference points, and selecting stable connections between the corresponding points;
- формируют поток опорных точек для вычисления параметров движения, включающий в себя временные метки кадров, координаты соответствующих друг другу опорных точек на всех кадрах видеопотока в локальной системе координат изображения;- form a flow of reference points for calculating motion parameters, including frame time stamps, coordinates of corresponding reference points on all frames of the video stream in the local image coordinate system;
- вычисляют вектор скорости видеокамеры на основе потока опорных точек;- calculate the video camera velocity vector based on the flow of reference points;
- получают данные от высотомера и от датчиков инерциальной системы (ИНС), включающей в себя гироскоп, акселерометр, компас;- receive data from the altimeter and from the inertial system (INS) sensors, which include a gyroscope, accelerometer, and compass;
- вычисляют высоты над уровнем Земли при использовании барометра и базы данных высот рельефа местности над уровнем моря или лазерного дальномера;- calculate heights above ground level using a barometer and a database of terrain heights above sea level or a laser rangefinder;
- выполняют захват и сохранение всех показателей датчиков ИНС и высотомера для расчета коэффициентов регуляризации;- capture and save all readings from the INS sensors and altimeter to calculate regularization coefficients;
- предварительно вычисляют базовые коэффициенты регуляризации для оптимального решения системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) для расчета скорости, угловой скорости, ускорения и высоты над уровнем Земли, при этом используют имеющиеся параметры движения из базы данных экспериментальных полетных траекторий;- pre-calculate the basic regularization coefficients for the optimal solution of the system of linear algebraic equations (SLAE) for calculating the speed, angular velocity, acceleration and altitude above ground level, while using the available motion parameters from the database of experimental flight trajectories;
- формируют обучающий набор данных для обучения нейросетевого модуля прогноза на основе имеющейся базы параметров полетных траекторий, включающий в себя наборы значений угловой скорости, ускорения, высоты, интервала времени между кадрами, длины соединений между опорными точками, количества опорных точек для каждой траектории;- form a training data set for training the neural network forecast module based on the existing database of flight trajectory parameters, including sets of values of angular velocity, acceleration, altitude, time interval between frames, length of connections between reference points, number of reference points for each trajectory;
- проводят обучение искусственной нейронной сети Перцептрон [7] с помощью обучающего набора данных.- train the Perceptron artificial neural network [7] using a training data set.
- на вход нейронной сети подают базовые коэффициенты регуляризации, текущие сформированные параметры видеопотока, показания датчиков инерциальной системы и высотомера;- the basic regularization coefficients, the current generated parameters of the video stream, the readings of the inertial system sensors and the altimeter are fed to the input of the neural network;
- на выходе нейронной сети динамически получают весовые коэффициенты регуляризации λi, λа, λω, λh, прогнозируемые нейросетевым модулем прогноза для решения СЛАУ;- at the output of the neural network, the regularization weight coefficients λ i , λ a , λ ω , λ h are dynamically obtained, predicted by the neural network forecast module for solving the SLAE;
- вычисляют вектор скорости видеокамеры в локальной системе координат совместно используя при этом объединенную систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) с коэффициентами нейросетевой регуляризации для расчета скорости, угловой скорости, ускорения и высоты над уровнем Земли;- calculate the velocity vector of the video camera in the local coordinate system using a unified system of linear algebraic equations (SLAE) with neural network regularization coefficients to calculate the speed, angular velocity, acceleration and height above ground level;
- фильтруют и интегрируют данные вектора скорости видеокамеры в локальной системе координат и данные кватерниона ориентации, получаемого от датчиков инерциальной системы;- filter and integrate the data of the video camera velocity vector in the local coordinate system and the data of the orientation quaternion received from the inertial system sensors;
- получают вектор скорости видеокамеры и координаты местоположения в глобальной системе координат с отсчетом от координаты точки старта или последней точки достоверными координатами ГНСС;- obtain the speed vector of the video camera and the location coordinates in the global coordinate system with the count from the coordinates of the starting point or the last point using reliable GNSS coordinates;
- генерируют пакеты протокола ГНСС в режиме эмуляции выходного сигнала приемника ГНСС в стандартных спецификациях, например, uavcan, msp, NMEA;- generate GNSS protocol packets in the GNSS receiver output signal emulation mode in standard specifications, such as uavcan, msp, NMEA;
- сгенерированные пакеты с эмулированным сигналом ГНСС поступают в полетный контроллер БПЛА;- generated packets with an emulated GNSS signal are sent to the UAV flight controller;
- в режиме способа «есть сигнал ГНСС» производят захват данных от приемника сигналов ГНСС; определяют наличие и валидность сигнала приемника ГНСС по значению снижения точности (DOP) [8]; в случае наличия и валидности сигнала приемника ГНСС направляют его вычислителю устройства для установки стартовых координат маршрута или начальных координат в течение маршрута и с помощью мультиплексора и блока генерации транслируют сигнал ГНСС в полетный контроллер БПЛА;- in the "GNSS signal present" mode of the method, data is captured from the GNSS signal receiver; the presence and validity of the GNSS receiver signal is determined by the dilution of precision (DOP) value [8]; if the GNSS receiver signal is present and valid, it is sent to the device's computer to set the starting coordinates of the route or the initial coordinates during the route and, using a multiplexer and a generation unit, the GNSS signal is transmitted to the UAV flight controller;
- в режиме способа «нет сигнала ГНСС» стартовые координаты получают из полетного задания находящегося в полетном контроллере БПЛА и эмулируют сигнал ГНСС;- in the “no GNSS signal” mode, the starting coordinates are obtained from the flight task located in the UAV flight controller and emulate the GNSS signal;
- осуществляют плавную по времени коррекцию текущего местоположения при получении достоверного сигнала ГНСС без прерывания эмуляции автономного сигнала ГНСС путем постепенного сокращения разницы между полученными от приемника ГНСС достоверными координатами и координатами, сгенерированными устройством;- perform a smooth correction of the current location over time upon receiving a reliable GNSS signal without interrupting the emulation of an autonomous GNSS signal by gradually reducing the difference between the reliable coordinates received from the GNSS receiver and the coordinates generated by the device;
- обеспечивают поддержку широко распространенных интерфейсов uavcan, msp, NMEA, mavlink для взаимодействия с полетным контроллером БПЛА.- provide support for widely used interfaces uavcan, msp, NMEA, mavlink for interaction with the UAV flight controller.
Осуществление изобретения может быть проиллюстрировано с помощью чертежей:The implementation of the invention can be illustrated with the help of drawings:
фиг. 1 - Схема эмуляции сигнала ГНСС;Fig. 1 - GNSS signal emulation diagram;
фиг. 2 - Смещение массива опорных точек в кадре;Fig. 2 - Shifting the array of reference points in the frame;
фиг. 3 - Матричная структура системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) для эмуляции выходных сигналов приемника ГНСС;Fig. 3 - Matrix structure of the system of linear algebraic equations (SLAE) for emulating the output signals of a GNSS receiver;
фиг. 4 - Функциональная схема БПЛА с установленным программно аппаратным модулем (ПАМ);Fig. 4 - Functional diagram of the UAV with an installed hardware and software module (HSM);
фиг. 5 - Общий вид реализованного примера бортового программно-аппаратного модуля;Fig. 5 - General view of the implemented example of an on-board software and hardware module;
фиг. 6 - Монтаж ПАК на БПЛА;Fig. 6 - Installation of the PAK on the UAV;
фиг. 7 - Максимальная абсолютная ошибка эмулируемого сигнала ГНСС, длина траектории 2000 м;Fig. 7 - Maximum absolute error of the emulated GNSS signal, path length 2000 m;
фиг. 8 - Пример траектории тестового полета. Реализация изобретенияFig. 8 - Example of a test flight trajectory. Implementation of the invention
Способ эмуляции сигнала ГНСС включает в себя предварительную установку программного обеспечения в вычислитель устройства. Программное обеспечение функционирует на базе многопоточной модели, и весь процесс обработки разбивается на отдельные взаимодействующие функциональные блоки (фиг. 1).The method of emulating a GNSS signal includes pre-installation of software in the device's computer. The software operates on the basis of a multi-threaded model, and the entire processing process is divided into separate interacting functional blocks (Fig. 1).
Описание схемы эмуляции сигнала приемника ГНСС (фиг. 1):Description of the GNSS receiver signal emulation circuit (Fig. 1):
1) Модуль автоэкспозиции1) Auto exposure module
В модуле автоэкспозиции автоматически определяется экспозиция и светочувствительность для каждого 10-го кадра (значение периодичности зависит от типа используемой видеокамеры), при этом видеокамера предварительно калибруется исходя из возможных значений яркости пикселя и верхнего предела пиксельной яркости; калибровка необходима для автоматического управления светочувствительностью видеокамеры.The auto exposure module automatically determines the exposure and light sensitivity for every 10th frame (the frequency value depends on the type of video camera used), while the video camera is pre-calibrated based on the possible pixel brightness values and the upper limit of pixel brightness; calibration is necessary for automatic control of the video camera's light sensitivity.
2) Блок формирования потока опорных точек2) Block for generating a flow of reference points
Кадр видеопотока, поступающий от видеокамеры извлекается из очереди;A video stream frame coming from a video camera is extracted from the queue;
в каждом кадре детектируются опорные точки, с помощью детектора углов Харриса [3], [4] (оператор определения углов, который обычно используется в алгоритмах компьютерного зрения для выделения углов и определения особенностей изображения);in each frame, anchor points are detected using the Harris corner detector [3], [4] (a corner detection operator that is commonly used in computer vision algorithms to extract corners and detect image features);
производится вычисление и сохранение опорного кадра с опорными точками и временной метки;the reference frame with reference points and a time stamp is calculated and saved;
обнаруживаются опорные точки на текущем кадре, соответствующие опорным точкам опорного кадра, используя неплотный оптический поток, рассчитанный по методу Лукаса - Канаде [5]. Начальные опорные точки массива P1, Р2, …Pi имеют координаты:The reference points on the current frame corresponding to the reference points of the reference frame are detected using the sparse optical flow calculated by the Lucas-Kanade method [5]. The initial reference points of the array P 1 , P 2 , …P i have coordinates:
где i=1, 2, 3, …N, i - номер точки, N - количество точек.where i=1, 2, 3, …N, i is the point number, N is the number of points.
устанавливается оптимальная длина соединений между соответствующими опорными точками L (величина смещения видеокамеры на матрице детектора видеокамеры), если L меньше величины минимальной длины соединении Lmin - это означает, что видеокамера не движется или пройденное БПЛА расстояние незначительно, или превышено максимальное время между соединениями (таймаут - время, определяемое частотой отчетов скорости в эмуляторе ГНСС - 10 Гц умноженной на 2, равное 0,05 с., за это время скорость рассчитывается 2 раза); оптимальная длина соединения L в пикселях матрицы детектора видеокамеры должна быть не слишком короткая, но и не слишком длительная во времени. Lmin зависит от разрешения видеокамеры, подбирается экспериментально и является постоянной величиной, в качестве примера установлено Lmin=10 пикселей;the optimal length of connections between the corresponding reference points L (the value of the video camera offset on the video camera detector matrix) is set; if L is less than the minimum connection length L min , this means that the video camera is not moving, or the distance traveled by the UAV is insignificant, or the maximum time between connections is exceeded (timeout is the time determined by the speed report frequency in the GNSS emulator - 10 Hz multiplied by 2, equal to 0.05 s, during which time the speed is calculated 2 times); the optimal connection length L in pixels of the video camera detector matrix should not be too short, but not too long in time. L min depends on the video camera resolution, is selected experimentally and is a constant value, as an example, L min = 10 pixels is set;
устанавливается равномерное количество найденных опорных точек по всему изображению путем разбиения изображения на равные области, в каждой из которых определяется равное количество точек, общее количество точек на изображении ограничивается возможностями вычислителя и составляет 200 точек;a uniform number of found reference points is established throughout the entire image by dividing the image into equal areas, in each of which an equal number of points is determined, the total number of points in the image is limited by the capabilities of the computer and is 200 points;
отбираются стабильные соединения между соответствующими опорными точками двух соседних кадров при условии того, что после отбора останется не менее 10 соединений, соединение признается стабильным, если его время жизни больше или равно времени прохождения 2-х последовательных кадров;stable connections are selected between the corresponding reference points of two adjacent frames, provided that after the selection at least 10 connections remain; a connection is considered stable if its lifetime is greater than or equal to the time of passage of two consecutive frames;
производится оценка качества опорных точек, при котором рассчитывается погрешность обнаружения опорных точек, учитываемая коэффициентом регуляризации λi, который обратно пропорционален среднеквадратичной невязке решения системы уравнений для массива опорных точек оптического потока (1);an assessment of the quality of the reference points is carried out, in which the error in detecting the reference points is calculated, taken into account by the regularization coefficient λ i , which is inversely proportional to the root-mean-square error of the solution of the system of equations for the array of reference points of the optical flow (1);
из данных о координатах опорных точек на кадрах составляется входной поток данных, включающий в себя временные метки кадров.From the data on the coordinates of the reference points on the frames, an input data stream is compiled, including the time stamps of the frames.
Смещение массива опорных точек в кадре показано на фиг. 3. На 1-м кадре изображены начальные точки с координатами xi, yi, на 2-м кадре - положение этих же точек в пространстве через промежуток времени Δt, на кадре K - изменение координат этих же точек через промежуток времени Δt×(K-1).The displacement of the array of reference points in the frame is shown in Fig. 3. The first frame shows the initial points with coordinates x i , y i , the second frame shows the position of these same points in space after a time interval of Δt, and frame K shows the change in the coordinates of these same points after a time interval of Δt×(K-1).
3) Блок расчета оптической части матрицы СЛАУ3) Block for calculating the optical part of the SLAU matrix
Из координат соответствующих друг другу опорных точек в локальной системе координат (LCS - local coordinate system) видеокамеры и временных меток кадров входного набора данных вычисляется вектор скорости видеокамеры в локальной системе координат по осям для этого в общем виде используется система уравнений для массива опорных точек (1), где неизвестными величинами являются νx, νy, νz, ωх, ωу, ωz.From the coordinates of the corresponding reference points in the local coordinate system (LCS) of the video camera and the time stamps of the frames of the input data set, the velocity vector of the video camera is calculated in the local coordinate system along the axes For this purpose, a system of equations for an array of reference points (1) is used in general form, where the unknown quantities are ν x , ν y , ν z , ω x , ω y , ω z .
где - скорости массивов (проекций) точек в i-том соединении соответствующих опорных точек (единицы измерения на матрице детектора видеокамеры - метры в секунду),Where - the speeds of arrays (projections) of points in the i-th connection of the corresponding reference points (units of measurement on the video camera detector matrix are meters per second),
xi, yi - координаты образа точки относительно центра кадра,x i , y i - coordinates of the point image relative to the center of the frame,
β=1/f, ƒ - фокусное расстояние от матрицы детектора видеокамеры до оптического центра (единицы измерения на матрице детектора видеокамеры, метры в секунду),β=1/f, ƒ - focal length from the video camera detector matrix to the optical center (units of measurement on the video camera detector matrix, meters per second),
Xi, Yi, Zi - координаты точки в 3D пространстве,X i , Y i , Z i - coordinates of a point in 3D space,
νx, νy, νz - скорости видеокамеры,ν x , ν y , ν z - video camera speeds,
ωх, ωу, ωz - угловые скорости,ω x , ω y , ω z - angular velocities,
в выражении в квадратных скобках обозначены матрицы координат, в круглых - векторы скорости,in the expression, the coordinate matrices are indicated in square brackets, and the velocity vectors are indicated in round brackets,
Вектор скоростей опорных точек на кадре в системе координат матрицы детектора видеокамеры в м/с представляется как:The velocity vector of the reference points on the frame in the coordinate system of the video camera detector matrix in m/s is represented as:
, ,
вычисляется величина смещения L видеокамеры в локальной системе координат при умножении вычисленного вектора и временного интервала Δt, полученном из временных меток кадров,the displacement value L of the video camera in the local coordinate system is calculated by multiplying the calculated vector and the time interval Δt obtained from the frame timestamps,
рассчитываются вектор скорости в глобальной системе координат (WCS - word coordinate system), исходя из сформированного кватерниона текущей ориентации БПЛА, и вектора скорости рассчитанных локальных координат при этом учитываются достоверные показания компаса, учитываются использование неизвестного азимута (при отсутствии азимута при движении БПЛА принимается азимут с направлением на север равный 0°), учитываются поправки на дрейф (погрешность) гироскопа;the velocity vector is calculated in the global coordinate system (WCS), based on the generated quaternion of the current orientation of the UAV, and the velocity vector of the calculated local coordinates in this case, reliable compass readings are taken into account, the use of an unknown azimuth is taken into account (in the absence of an azimuth when the UAV is moving, an azimuth with a direction to the north equal to 0° is taken), and corrections for the drift (error) of the gyroscope are taken into account;
скорости изменения значений координат точек по осям X, Y, вычисляются в метрах на матрице детектора видеокамеры из отношения длины соединений между соответствующими точками и промежутка времени между ними ΔT=tn-t(n-1) (изменение времени между предыдущим и текущим положением точки);the rates of change of the values of the coordinates of points along the X, Y axes are calculated in meters on the matrix of the video camera detector from the ratio of the length of the connections between the corresponding points and the time interval between them ΔT=t n -t (n-1) (change in time between the previous and current position of the point);
скорости по оси Z вычисляются из показаний барометра или лазерного дальномера (радиовысотомера) за единицу времени. Выбор показаний барометра или лазерного дальномера осуществляется исходя из максимального расстояния, определяемого лазерным дальномером.Z-axis velocities are calculated from barometer or laser rangefinder (radio altimeter) readings per unit of time. The barometer or laser rangefinder readings are selected based on the maximum distance determined by the laser rangefinder.
4) Блок инерциальной системы (ИНС) с компасом и высотомером4) Inertial system unit (INS) with compass and altimeter
В блоке производится обработка данных показаний датчиков ИНС (гироскопа, акселерометра, компаса) и высотомера; вычисляется кватернион ориентации;The block processes data from the INS sensors (gyroscope, accelerometer, compass) and altimeter; the orientation quaternion is calculated;
происходит захват и сохранение всех показателей датчиков ИНС и высотомера:all readings from the INS and altimeter sensors are captured and saved:
- от гироскопа о текущей угловой скорости;- from the gyroscope about the current angular velocity;
- от акселерометра о текущем ускорении;- from the accelerometer about the current acceleration;
- от компаса об азимуте;- from the compass about azimuth;
- от высотомера (барометра и лазерного дальномера) получают данные о высоте над уровнем моря, высоте над уровнем Земли при этом при этом используется предварительно установленная на БПЛА база данных высот поверхности Земли над уровнем моря, база данных высот поверхности Земли над уровнем моря используется, если форма рельефа местности имеет резкие перепады высоты над уровнем моря, например в горной местности).- from the altimeter (barometer and laser rangefinder) data is obtained on the altitude above sea level, the altitude above the ground level, while in this case a database of the altitudes of the Earth's surface above sea level previously installed on the UAV is used, the database of the altitudes of the Earth's surface above sea level is used if the terrain has sharp changes in altitude above sea level, for example, in mountainous areas).
5) Блок расчета базовых компонент регуляризации5) Block for calculating basic regularization components
Коэффициенты регуляризации вводятся для учета информации о движении, получаемой от датчиков в СЛАУ.Regularization coefficients are introduced to take into account the information about motion obtained from sensors in the SLAE.
Рассчитывают коэффициенты уравнений (1) (скоростей опорных точек для текущего кадра видеопотока) и базовые коэффициенты регуляризации для уравнений ускорений, угловых скоростей, высот.The coefficients of equations (1) (velocities of reference points for the current frame of the video stream) and the basic regularization coefficients for the equations of accelerations, angular velocities, and heights are calculated.
На первом этапе производят перебор базовых коэффициентов в базе данных полетных траекторий, определяют значимые границы, в пределах которых вариация коэффициентов имеет смысл.At the first stage, the basic coefficients in the flight trajectory database are sorted and significant boundaries are determined within which the variation of the coefficients makes sense.
На втором этапе проводят уточнение коэффициентов методом градиентного спуска. В качестве начального приближения задают значения, находящиеся в середине между значениями значащих границ полученных на первом этапе. Критерием оптимизации являются следующие ошибки или их совокупность: средняя абсолютная ошибка определения позиции БПЛА при сравнении с позиционированием по сигналу ГНСС, средняя ошибка определения позиции БПЛА относительно пройденного пути, средняя ошибка определения скорости БПЛА с учетом направления движения, средняя ошибка определения абсолютной скорости. Оптимизация проводится одновременно по всем коэффициентам. Процесс оптимизации заканчивается при достижении локального экстремума, при котором совокупность коэффициентов дает минимальную ошибку при моделировании на базе данных полетных траекторий.At the second stage, the coefficients are refined using the gradient descent method. The initial approximation is set to values that are in the middle between the values of the significant boundaries obtained at the first stage. The optimization criterion is the following errors or their combination: the average absolute error in determining the UAV position when compared with positioning using the GNSS signal, the average error in determining the UAV position relative to the path traveled, the average error in determining the UAV speed taking into account the direction of movement, the average error in determining the absolute speed. Optimization is performed simultaneously for all coefficients. The optimization process ends when a local extremum is reached, at which the set of coefficients gives a minimum error when modeling based on flight trajectory data.
6) Нейросетевой модуль прогноза6) Neural network forecast module
Регуляризация уравнений СЛАУ осуществляют с помощью простейшей искусственной нейронной сети Перцептрон [7].Regularization of SLAE equations is carried out using the simplest artificial neural network Perceptron [7].
На основе базовых коэффициентов регуляризации нейронная сеть рассчитывает прогнозируемые коэффициенты регуляризации:Based on the basic regularization coefficients, the neural network calculates the predicted regularization coefficients:
λi (λ1, λ2, …, λn) - коэффициенты уравнений (2) (скоростей опорных точек для текущего кадра видеопотока), которые обратно пропорциональны среднеквадратичной невязке решения системы уравнений для массива опорных точек оптического потока (1),λ i (λ 1 , λ 2 , …, λ n ) are the coefficients of equations (2) (the velocities of reference points for the current frame of the video stream), which are inversely proportional to the mean square residual of the solution of the system of equations for the array of reference points of the optical flow (1),
λ а - коэффициент уравнения для данных, получаемых от акселерометра, который прямо пропорционален базовому коэффициенту и обратно пропорционален среднеквадратичной невязке решения уравнения (3),λ a is the coefficient of the equation for the data obtained from the accelerometer, which is directly proportional to the base coefficient and inversely proportional to the root-mean-square residual of the solution of equation (3),
λω- коэффициент уравнения для данных, получаемых от гироскопа, который прямо пропорционален базовому коэффициенту и обратно пропорционален среднеквадратичной невязке решения уравнения (4),λ ω is the coefficient of the equation for the data obtained from the gyroscope, which is directly proportional to the base coefficient and inversely proportional to the root-mean-square residual of the solution of equation (4),
λh - коэффициент уравнения для данных, получаемых от высотомера, который прямо пропорционален базовому коэффициенту и обратно пропорционален среднеквадратичной невязке решения уравнения (5).λ h is the coefficient of the equation for the data obtained from the altimeter, which is directly proportional to the base coefficient and inversely proportional to the root-mean-square error of the solution of equation (5).
Входными данными для обученной нейронной сети являются:The input data for the trained neural network are:
базовые значения коэффициентов регуляризации,basic values of regularization coefficients,
значения количества точек в оптическом потоке,values of the number of points in the optical flow,
значения равномерности распределения плотности опорных точек на изображении,values of uniformity of distribution of density of reference points on the image,
значения высоты полета над уровнем Земли.values of flight altitude above ground level.
Прогнозируемыми нейронной сетью значениями являются значения весовых коэффициентов регуляризации λi, λ а , λω, λh, при которых разница между прогнозируемыми значениями скоростей и соответствующими значениями скоростей, полученными из достоверного сигнала ГНСС, минимальна.The values predicted by the neural network are the values of the regularization weighting coefficients λ i , λ a , λ ω , λ h , at which the difference between the predicted velocity values and the corresponding velocity values obtained from a reliable GNSS signal is minimal.
Нейронная сеть динамически на каждом кадре оптического потока рассчитывает новые коэффициенты регуляризации. На основе коэффициентов автоматически выбирают оптимальный источник получения текущих координат БПЛА, при котором минимизируется ожидаемая ошибка. Возможен один из следующих режимов навигации:The neural network dynamically calculates new regularization coefficients on each frame of the optical flow. Based on the coefficients, the optimal source for obtaining the current UAV coordinates is automatically selected, which minimizes the expected error. One of the following navigation modes is possible:
- применяются координаты, вычисляемые с использованием показаний, видеокамеры, датчиков ИНС и высотомера в режиме «нет ГНСС»;- coordinates calculated using readings from a video camera, INS sensors and an altimeter in the “no GNSS” mode are used;
- применяются координаты, вычисляемые с использованием показаний, видеокамеры в режиме «нет ГНСС»;- coordinates calculated using the readings of a video camera in the “no GNSS” mode are used;
- применяются координаты, вычисляемые с использованием показаний датчиков ИНС, и высотомера (режим «нет ГНСС»);- coordinates calculated using the readings of the INS sensors and the altimeter are used (the “no GNSS” mode);
- применяются координаты, получаемые от приемника ГНСС (режим «ГНСС»).- coordinates received from the GNSS receiver are used (GNSS mode).
Например, извлечение данных с видеокамеры возможно только в условиях приемлемой видимости, при отсутствии видимости коэффициенты λi будут равны нулю и эмуляция сигнала приемника ГНСС может происходить только с помощью датчиков ИНС, высотомера или достоверного сигнала приемника ГНСС.For example, data extraction from a video camera is only possible under acceptable visibility conditions; in the absence of visibility, the λ i coefficients will be equal to zero and emulation of the GNSS receiver signal can only occur using INS sensors, an altimeter, or a reliable GNSS receiver signal.
Коэффициенты регуляризации учитывают совокупную систематическую погрешность акселерометра, гироскопа и высотомера, рассчитываемую при сравнении параметров полетных траекторий с использованием сигнала ГНСС и полетных траекторий с отсутствием сигнала ГНСС;The regularization coefficients take into account the combined systematic error of the accelerometer, gyroscope and altimeter, calculated by comparing the parameters of flight trajectories using a GNSS signal and flight trajectories without a GNSS signal;
Коррекция скоростей опорных точек для текущего кадра видеопотока оптической части матрицы СЛАУ происходит за счет умножения уравнений (1) на соответствующий коэффициент регуляризации λi, как показано в равенстве (2).The correction of the velocities of the reference points for the current frame of the video stream of the optical part of the SLAE matrix occurs by multiplying the equations (1) by the corresponding regularization coefficient λ i , as shown in equality (2).
Учет погрешности оценки ускорения, вычисляемой при помощи данных от акселерометра происходит за счет умножения уравнения (3) на коэффициент регуляризации λа.The error in estimating acceleration calculated using data from the accelerometer is taken into account by multiplying equation (3) by the regularization coefficient λ a .
В левой части равенства (3) находится оценка вектора приращения скорости в локальных координатах за время Δt (от предпоследнего кадра до текущего), полученная на основе данных инерциальных датчиков. Оценка приращения скорости в локальных координатах, полученная из решения СЛАУ, находится в правой части равенства.The left-hand side of equality (3) contains an estimate of the velocity increment vector in local coordinates over time Δt (from the penultimate frame to the current one), obtained on the basis of inertial sensor data. The estimate of the velocity increment in local coordinates, obtained from the solution of the SLAE, is on the right-hand side of the equality.
где νx, νy, νz - скорости движения видеокамеры в локальной системе координат по осям X, Y, Z,where ν x , ν y , ν z are the speeds of movement of the video camera in the local coordinate system along the axes X, Y, Z,
ν'x, ν'y, ν'z - скорости движения видеокамеры в локальной системе координат по осям X, Y, Z определенные на предыдущем обработанном кадре,ν' x , ν' y , ν' z - the speeds of movement of the video camera in the local coordinate system along the X, Y, Z axes determined on the previous processed frame,
а х, a z, a z - ускорения по осям X, Y, Z в локальной системе координат, a x , a z , a z - accelerations along the X, Y, Z axes in the local coordinate system,
ωх, ωу, ωz - угловые скорости по осям X, Y, Z в локальной системе координат,ω x , ω y , ω z - angular velocities along the X, Y, Z axes in the local coordinate system,
Rwcs2lcs - матрица 3×3 перехода из глобальной системы координат в локальную систему координат.R wcs2lcs is a 3×3 matrix of transition from the global coordinate system to the local coordinate system.
Учет погрешности оценки угловых скоростей, получаемых от гироскопа происходит за счет умножения уравнения (4) на коэффициент регуляризации 2.м.The error in estimating the angular velocities obtained from the gyroscope is taken into account by multiplying equation (4) by the regularization coefficient 2. m .
Значения угловых скоростей ωх, ωу, ωz в горизонтальной плоскости корректируются коэффициентом регуляризации λω гироскопа. Вектор угловых скоростей по осям X, Y, Z полученный из гироскопа должен быть равен вектору угловых скоростей в локальной системе координат из решения СЛАУ (4).The values of angular velocities ω x , ω y , ω z in the horizontal plane are corrected by the regularization coefficient λ ω of the gyroscope. The vector of angular velocities along the axes X, Y, Z obtained from the gyroscope must be equal to the vector of angular velocities in the local coordinate system from the solution of SLAE (4).
где ω'x, ω'y, ω'z - угловые скорости по осям X, Y, Z в локальной системе координат полученные из гироскопа.where ω' x , ω' y , ω' z are the angular velocities along the X, Y, Z axes in the local coordinate system obtained from the gyroscope.
Учет погрешности по высоте, получаемой от высотомера (барометра или лазерного дальномера) происходит за счет умножения уравнения (5) на коэффициент регуляризации.The error in altitude obtained from the altimeter (barometer or laser rangefinder) is taken into account by multiplying equation (5) by the regularization coefficient.
где - скорость изменения высоты, полученная с барометра или лазерного дальномера,Where - the rate of change of altitude obtained from a barometer or laser rangefinder,
Rlcs2wcs - матрица 3×3 перехода из локальной системы координат в глобальную систему координат.R lcs2wcs is a 3×3 matrix of transition from the local coordinate system to the global coordinate system.
Обучающий набор для нейронной сети формируют на основе имеющейся базы параметров экспериментальных полетных траекторий при различных условиях полета. Обучающий набор включает в себя значения: угловой скорости, ускорения, высоты, интервала времени между кадрами, длины соединений между опорными точками, количества опорных точек. Процесс создания обучающего набора осуществляют путем моделирования полетов с варьированием коэффициентов регуляризации в заданных диапазонах (диапазон варьирования подбирается экспериментально), при этом для каждого участка траектории методом наименьших квадратов выбирают оптимальные значения коэффициентов регуляризации.The training set for the neural network is formed on the basis of the existing database of experimental flight trajectory parameters under various flight conditions. The training set includes the values of: angular velocity, acceleration, altitude, time interval between frames, length of connections between reference points, number of reference points. The process of creating a training set is carried out by simulating flights with variation of regularization coefficients in specified ranges (the variation range is selected experimentally), while for each section of the trajectory, the optimal values of regularization coefficients are selected using the least squares method.
7) Блок решения СЛАУ7) SLAE solution block
Матричная структура СЛАУ для вычисления вектора скорости движения БПЛА (фиг. 3) представляет собой набор взаимоувязанных линейных неоднородных алгебраических уравнений относительно коэффициентов векторов линейной и угловой скоростей, ускорения БПЛА и высоты над уровнем Земли. Уравнения набора перемножают на коэффициенты регуляризации. Результатом перемножения является переопределенная СЛАУ, приближенное решение которой итеративным методом наименьших квадратов [6] позволяет оценить вектор скорости БПЛА на момент получения текущего кадра. Перемножение производится построчно. На фиг. 3 область, обозначенная сноской 1, представляет собой набор уравнений для расчета оптической части матрицы СЛАУ, который определяет скорости изменения координат опорных точек на кадре видеопотока, область 2 представляет собой уравнения расчета ускорения, область 3 представляет собой уравнения расчета угловой скорости, область 4 представляет собой уравнение расчета изменения высоты, пустые клетки обозначают нулевые элементы подматриц.The matrix structure of the SLAE for calculating the UAV motion velocity vector (Fig. 3) is a set of interconnected linear inhomogeneous algebraic equations with respect to the coefficients of the linear and angular velocity vectors, UAV acceleration, and altitude above ground level. The equations of the set are multiplied by the regularization coefficients. The result of the multiplication is an overdetermined SLAE, the approximate solution of which using the iterative least squares method [6] allows us to estimate the UAV velocity vector at the time of receiving the current frame. The multiplication is performed row by row. In Fig. 3, the area designated by footnote 1 is a set of equations for calculating the optical part of the SLAE matrix, which determines the rates of change of the coordinates of reference points on the video stream frame, area 2 is the equations for calculating acceleration, area 3 is the equations for calculating angular velocity, area 4 is the equation for calculating the change in altitude, and empty cells denote zero elements of the submatrices.
8) Блок фильтрации и интегрирования глобальной скорости8) Global speed filtering and integration block
Сглаживают выбросы, получаемых из блока решения СЛАУ значений вектора скорости и получаемых из ИНС кватернионов ориентации методом доверительных интервалов с надежностью 95%. На выходе блока получают вектор скорости и координаты видеокамеры в глобальной системе координат.Smooth out the outliers obtained from the SLAE solution block for the velocity vector values and orientation quaternions obtained from the ANN using the confidence interval method with a reliability of 95%. The output of the block is the velocity vector and the coordinates of the video camera in the global coordinate system.
В стартовой точке полетной траектории OWCS выбирают из сигнала приемника ГНСС или вводят известные координаты стартовой точки полетной траектории из полетного контроллера. Координаты видеокамеры в глобальной системе координат рассчитывают исходя из последней достоверной позиции БПЛА, полученного из приемника ГНСС и рассчитанного изменения координат за промежуток времени при этом учитываются показания компаса;At the starting point of the flight path O WCS is selected from the GNSS receiver signal or the known coordinates of the starting point of the flight path are entered from the flight controller. The coordinates of the video camera in the global coordinate system calculated based on the last reliable position of the UAV obtained from the GNSS receiver and the calculated change in coordinates over a period of time in this case, compass readings are taken into account;
Производят оценку координат видеокамеры в глобальной системе координат рассчитанных по данным видеокамеры с учетом данных высотомера.They estimate the coordinates of the video camera in the global coordinate system calculated based on video camera data, taking into account altimeter data.
Вектор скорости движения видеокамеры в глобальной системе координат рассчитывается как произведение транспонированной матрицы и вектора скорости The velocity vector of the video camera in the global coordinate system is calculated as the product of the transposed matrix and velocity vectors
Преобразование данных из глобальной системы координат в локальную систему координат и обратное преобразование осуществляют с помощью матриц перехода 3×3:The transformation of data from the global coordinate system to the local coordinate system and the inverse transformation is carried out using 3×3 transition matrices:
Rwcs2lcs - матрица перехода из глобальной системы координат в локальную систему координат,R wcs2lcs - matrix of transition from the global coordinate system to the local coordinate system,
где Rwcs2lcs×Swcs=Slcs,where R wcs2lcs ×S wcs =S lcs ,
SWCS, SLCS - любой 3D-вектор, столбец скорости или ускорения в глобальной и локальной системах координат, соответственно.S WCS , S LCS - any 3D vector, velocity or acceleration column in the global and local coordinate systems, respectively.
Rlcs2wcs - обратная матрица перехода из локальной системы координат в глобальную систему координат представляется аналогично Rwcs2lcs.R lcs2wcs - the inverse matrix of the transition from the local coordinate system to the global coordinate system is represented similarly to R wcs2lcs .
Матрица поворота вычисляется по общеизвестной формуле при заданном кватернионе.The rotation matrix is calculated using a well-known formula for a given quaternion.
9) Блок генерации пакетов протокола ГНСС9) GNSS protocol packet generation block
На вход блока поступают данные, содержащие значения вектора скорости и координат в глобальной системе координат, данные поступают из блока фильтрации и интегрирования глобальной скорости или из приемника ГНСС через блок валидации и парсинга протокола ГНСС при условии достоверности сигнала ГНСС. Блок обеспечивает постепенное сокращение разницы между полученными от приемника ГНСС достоверными координатами и координатами, сгенерированными устройством, при этом коррекция координат происходит бесшовно и без прерывания процесса эмуляции сигнала ГНСС на устройстве. Блок обеспечивает структурирование и генерацию сообщений в формате общеизвестных протоколов взаимодействия uavcan, msp, NMEA.The block receives data containing the values of the velocity vector and coordinates in the global coordinate system, the data comes from the global velocity filtering and integration block or from the GNSS receiver via the GNSS protocol validation and parsing block, provided that the GNSS signal is reliable. The block ensures a gradual reduction in the difference between the reliable coordinates received from the GNSS receiver and the coordinates generated by the device, while the coordinate correction occurs seamlessly and without interrupting the GNSS signal emulation process on the device. The block ensures structuring and generation of messages in the format of well-known interaction protocols uavcan, msp, NMEA.
10) Блок валидации и парсинга протокола ГНСС10) GNSS protocol validation and parsing block
Блок определяет наличие или отсутствие выходного сигнала ГНСС по значению снижения точности (DOP) [8], получаемому из сигнала ГНСС.The unit determines the presence or absence of a GNSS output signal based on the dilution of precision (DOP) [8] value obtained from the GNSS signal.
В блоке удаляются сообщения с отсутствием координат, с превышением установленных порогов значений погрешности скорости, отклонения времени, диапазона высоты, географических широты и долготы или сообщения с другими ошибками. Пороги значений погрешности устанавливаются в процессе эксплуатации. При достоверности сигнала ГНСС блок с помощью мультиплексора переключает устройство в состояние использования выходного сигнала приемника ГНСС. При отсутствии или недостоверности сигнала ГНСС действует режим эмуляции.The block deletes messages with missing coordinates, with exceeding the set thresholds of speed error values, time deviation, altitude range, geographic latitude and longitude, or messages with other errors. The thresholds of error values are set during operation. If the GNSS signal is reliable, the block switches the device to the state of using the GNSS receiver output signal using the multiplexer. If the GNSS signal is absent or unreliable, the emulation mode is in effect.
11) Блок сопряжения с полетным контроллером11) Flight controller interface unit
Блок обеспечивает поддержку стандартных интерфейсов взаимодействия широкого ряда полетных контроллеров БПЛА: uavcan, msp, NMEA, mavlink.The block provides support for standard interfaces for interaction with a wide range of UAV flight controllers: uavcan, msp, NMEA, mavlink.
Как показано на фиг. 5 навигационная система БПЛА включает приемник ГНСС 20, полетный контроллер 18, приемник радиосигналов управления аппаратом 19 и программно-аппаратный модуль автономной эмуляции сигнала ГНСС 9, выполненный с:As shown in Fig. 5, the UAV navigation system includes a GNSS receiver 20, a flight controller 18, a receiver of radio signals for controlling the device 19, and a software and hardware module for autonomous emulation of a GNSS signal 9, made with:
- видеокамерой 17, соединенной с вычислителем модуля 10, детектирующим опорные точки в кадре видеоизображения, выбираемого периодически из сформированной очереди, и определяющим опорные точки на текущем кадре, соответствующие опорным точкам кадра, выбранного из сформированной очереди, и величину смещения опорных точек в сравниваемых кадрах;- a video camera 17 connected to the calculator of module 10, detecting reference points in a frame of a video image, periodically selected from a formed queue, and determining reference points on the current frame corresponding to the reference points of the frame selected from the formed queue, and the amount of displacement of the reference points in the compared frames;
- датчиками: гироскопом 13, барометром 16, компасом 15 и акселерометром 14 соединенными через микроконтроллер 22 с вычислителем модуля 10.- sensors: gyroscope 13, barometer 16, compass 15 and accelerometer 14 connected via microcontroller 22 to module calculator 10.
Таким образом, в вычислитель 10 поступают от гироскопа 13 данные о текущей угловой скорости, от барометра 16 или лазерного дальномера 21 данные о высоте, от компаса 15 данные об азимуте, и от акселерометра 14 данные для корректировки значения скорости и смещения беспилотного летательного аппарата в глобальной системе координат. Датчики и микроконтроллер 22 смонтированы на плате расширения 11. Кроме того, вычислитель 10 использует находящиеся в его памяти карту рельефа местности, содержащую данные о высотах над уровнем моря поверхности участков местности, над которыми находится БПЛА.Thus, the computer 10 receives data on the current angular velocity from the gyroscope 13, data on the altitude from the barometer 16 or the laser rangefinder 21, data on the azimuth from the compass 15, and data for correcting the value of the speed and displacement of the unmanned aerial vehicle in the global coordinate system from the accelerometer 14. The sensors and the microcontroller 22 are mounted on the expansion board 11. In addition, the computer 10 uses the terrain map in its memory, containing data on the altitudes above sea level of the surface of the terrain sections over which the UAV is located.
Приемник ГНСС 20 соединен с программно-аппаратным модулем автономной эмуляции 9, который выбирает данные для передачи в полетный контроллер 18 между данными приемника ГНСС 20 и данными модуля автономной эмуляции 9, полетный контроллер 18 передает в программно-аппаратный модуль 9 значения координаты точки начала маршрута или данные параметров движения БПЛА, получаемые инерциальной системой полетного контроллера.The GNSS receiver 20 is connected to the hardware and software module of the autonomous emulation 9, which selects data for transmission to the flight controller 18 between the data of the GNSS receiver 20 and the data of the autonomous emulation module 9, the flight controller 18 transmits to the hardware and software module 9 the values of the coordinates of the route start point or the data of the UAV movement parameters received by the inertial system of the flight controller.
Взаимосвязь всех элементов заявленного устройства с учетом самого БПЛА и его штатного оборудования изображена на фиг. 4, пример физического исполнения устройства эмуляции сигналов ГНСС показаны на фиг. 5, где обозначены:The relationship of all elements of the claimed device, taking into account the UAV itself and its standard equipment, is shown in Fig. 4, an example of the physical implementation of the GNSS signal emulation device is shown in Fig. 5, where the following are designated:
5 - БПЛА;5 - UAV;
6 - аккумуляторная батарея (АКБ);6 - storage battery (AKB);
7 - четыре маршевых электродвигателя;7 - four cruise electric motors;
8 - четыре драйвера двигателей (контроллеры скорости для управления частотой вращения каждого электродвигателя);8 - four motor drivers (speed controllers for controlling the rotation frequency of each electric motor);
9 - программно-аппаратный модуль (ПАМ);9 - hardware and software module (HSM);
10 - вычислитель (одноплатный компьютер Raspberry PI 4);10 - computer (single-board computer Raspberry PI 4);
11 - плата расширения;11 - expansion board;
12 - инерциальная система (ИНС);12 - inertial system (INS);
13 - гироскоп;13 - gyroscope;
14 - акселерометр;14 - accelerometer;
15 - компас;15 - compass;
16 - барометр;16 - barometer;
17 - видеокамера;17 - video camera;
18 - полетный контроллер БПЛА;18 - UAV flight controller;
19 - приемник радиосигналов управления аппаратом;19 - receiver of radio signals for controlling the device;
20 - приемник радиосигналов ГНСС;20 - GNSS radio signal receiver;
21 - лазерный дальномер;21 - laser rangefinder;
22 - микроконтроллер.22 - microcontroller.
В качестве примера реализации изготовлен действующий программно-аппаратный модуль, монтируемый на БПЛА (фиг. 6) в разрыв линии выходного сигнала приемника ГНСС с подключением к полетному контроллеру БПЛА и с подключением бортового питания (фиг. 5).As an example of implementation, a working software and hardware module was manufactured, mounted on a UAV (Fig. 6) in the gap of the output signal line of the GNSS receiver with a connection to the UAV flight controller and with a connection to the on-board power supply (Fig. 5).
Решение поставленных целей достигается за счет следующей конструкции: Программно-аппаратный модуль смонтирован на борту БПЛА и состоит из вычислителя на основе одноплатного компьютера Raspberry PI 4 Model В, 2 ГБ ОЗУ и платы расширения, имеющую 32-разрядный микроконтроллер STM32f405RG для реализации возможности обработки сигналов в реальном масштабе времени. Модуль принимает сигналы от датчиков и обрабатывает их при помощи вычислителя, а также принимает и передает эти сигналы на полетный контроллер БПЛА. Код программного обеспечения, инсталлированного на одноплатный компьютер, разработан на языке программирования С++. Инерциальная система в виде чипа микроэлектромеханической системы LSM6DSO (производитель STMicroelectronics), позволяет определить положение БПЛА в пространстве, аппаратно расположена на плате расширения и включает в себя:The solution of the set goals is achieved due to the following design: The hardware and software module is mounted on board the UAV and consists of a calculator based on a single-board computer Raspberry PI 4 Model B, 2 GB RAM and an expansion board with a 32-bit microcontroller STM32f405RG for the implementation of the possibility of processing signals in real time. The module receives signals from sensors and processes them using the calculator, and also receives and transmits these signals to the UAV flight controller. The code of the software installed on the single-board computer is developed in the C++ programming language. The inertial system in the form of a chip of the microelectromechanical system LSM6DSO (manufacturer STMicroelectronics), allows to determine the position of the UAV in space, is hardware located on the expansion board and includes:
- гироскоп, определяющий угловую скорость вокруг собственных осей X, Y, Z;- a gyroscope that determines the angular velocity around its own axes X, Y, Z;
- акселерометр, определяющий величину ускорения по осям X, Y, Z;- an accelerometer that determines the magnitude of acceleration along the X, Y, Z axes;
- компас, определяющий углы между собственными осями X, Y, Z и силовыми линиями магнитного поля Земли;- a compass that determines the angles between its own axes X, Y, Z and the lines of force of the Earth's magnetic field;
в модуле установлены следующие приборы:The following devices are installed in the module:
- матричная видеокамера с разрешением 1280×800 пикселей - предназначена для получения видеопотока и передачи его в вычислитель устройства;- matrix video camera with a resolution of 1280×800 pixels - designed to receive a video stream and transmit it to the device’s computer;
- барометр, определяющий атмосферное давление, высоту над уровнем моря.- a barometer that determines atmospheric pressure and altitude above sea level.
- стационарный лазерный дальномер, предназначенный для определения высоты над земной поверхностью и передачи этой информации в вычислитель.- a stationary laser rangefinder designed to determine the height above the earth's surface and transmit this information to the computer.
Обмен сигналами между вычислителем, платой расширения вычислителя и датчиками осуществляется при помощи стандартной последовательной шины CAN.The exchange of signals between the computer, the computer expansion board and the sensors is carried out using a standard serial CAN bus.
Тестирование эмуляции сигнала ГНСС производилась на действующем образце устройства при сравнении координат полетных траекторий БПЛА полученных от приемника ГНСС и координат генерируемых с помощью способа эмуляции на высотах задаваемой круговой траектории от 0 м. до 200 м., длине траектории до 2000 м., при этом, максимальная абсолютная ошибка в метрах составляет не более 5% от длины траектории полета. В качестве примера приведен характерный тестовый результат измерения ошибки отклонения траектории полета от координат ГНСС (фиг. 7), где пунктирной прямой линией показан максимум ошибки, сплошной прямой линией показана усредненная накапливающаяся ошибка.The GNSS signal emulation testing was performed on a working sample of the device by comparing the coordinates of the UAV flight paths received from the GNSS receiver and the coordinates generated using the emulation method at altitudes of the specified circular path from 0 m to 200 m, the path length up to 2000 m, while the maximum absolute error in meters is no more than 5% of the flight path length. As an example, a typical test result of measuring the error of the flight path deviation from the GNSS coordinates is given (Fig. 7), where the dotted straight line shows the maximum error, the solid straight line shows the average cumulative error.
Пример траектории тестового полета относительно координат X и Y в метрах приведен на фиг. 8, где сплошной линией обозначена траектория с реальными ГНСС координатами и пунктирной линией обозначена траектория с эмулированными координатами. Использование инерциальной системы устройства без видеокамеры и при отсутствующем сигнале ГНСС приводит к ошибке, превышающей длину траектории полета.An example of a test flight trajectory relative to the X and Y coordinates in meters is shown in Fig. 8, where the solid line denotes the trajectory with real GNSS coordinates and the dotted line denotes the trajectory with emulated coordinates. Using the device's inertial system without a video camera and with no GNSS signal results in an error exceeding the length of the flight trajectory.
Вес интегрируемой платы расширения БПЛА с программно-аппаратным модулем на основе одноплатного компьютера включая видеокамеру, датчики инерциальной системы, корпус составляет не более 170 г и размерами 240×70×40 мм.The weight of the integrated UAV expansion board with a hardware and software module based on a single-board computer, including a video camera, inertial system sensors, and a body is no more than 170 g and has dimensions of 240×70×40 mm.
В другом варианте осуществления изобретения непрерывно определяют текущие параметры движения по данным матричной видеокамеры инфракрасного диапазона;In another embodiment of the invention, current movement parameters are continuously determined based on data from an infrared matrix video camera;
В другом варианте осуществления изобретения получают информацию об ориентации, угловых скоростях и ускорениях от датчиков инерциальной системы полетного контроллера БПЛА.In another embodiment of the invention, information about orientation, angular velocities and accelerations is obtained from sensors of the inertial system of the UAV flight controller.
Список использованных источниковList of references
1. Степанян К.В. и др. Оптический поток в задачах навигации и управления беспилотными автономными средствами // Информационные процессы. - 2023. - Т. 23. -№. 4. - С. 526-544.1. Stepanyan K.V. et al. Optical flow in problems of navigation and control of unmanned autonomous vehicles // Information processes. - 2023. - Vol. 23. - No. 4. - P. 526-544.
2. Tracking Camera Т265 / Т261 Datasheet URL: https://www.intelrealsense.com/wp-content/uploads/2019/09/Intel_RealSense_Tracking_Camera_Datasheet_Rev004_release.pdf (дата обращения: 02.02.2025).2. Tracking Camera T265 / T261 Datasheet URL: https://www.intelrealsense.com/wp-content/uploads/2019/09/Intel_RealSense_Tracking_Camera_Datasheet_Rev004_release.pdf (accessed: 02.02.2025).
3. Chris Harris and Mike Stephens (1988). "A Combined Corner and Edge Detector". Alvey Vision Conference. 15.3. Chris Harris and Mike Stephens (1988). "A Combined Corner and Edge Detector". Alvey Vision Conference. 15.
4. Harris corner detector URL: https://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/features2d/trackingmotion/harris_detector/harris_detector.html дата обращения: 02.02.2025).4. Harris corner detector URL: https://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/features2d/trackingmotion/harris_detector/harris_detector.html accessed: 02.02.2025).
5. В.D. Lucas and Т. Kanade (1981), An iterative image registration technique with an application to stereo vision. Proceedings of Imaging Understanding Workshop, pages 121-130.5. V.D. Lucas and T. Kanade (1981), An iterative image registration technique with an application to stereo vision. Proceedings of Imaging Understanding Workshop, pages 121-130.
6. Nguyen H.D., McLachlan G.J. Iteratively-Reweighted Least-Squares Fitting of Support Vector Machines: A Majorization-Minimization Algorithm Approach // arXiv preprint arXiv: 1705.04651. - 2017.6. Nguyen H.D., McLachlan G.J. Iteratively-Reweighted Least-Squares Fitting of Support Vector Machines: A Majorization-Minimization Algorithm Approach // arXiv preprint arXiv: 1705.04651. - 2017.
7. Rosenblatt F. The Perceptron: A probabilistic model for information storage and organization in the brain // Psychological Review. 1958. Vol. 65. P. 386-408.7. Rosenblatt F. The Perceptron: A probabilistic model for information storage and organization in the brain // Psychological Review. 1958. Vol. 65. P. 386-408.
8. Антонович К.M. 8.2.3. Коэффициенты потери точности // Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. - Москва, 2006. - Т. 2. - С. 12.8. Antonovich K.M. 8.2.3. Accuracy loss coefficients // Use of satellite radio navigation systems in geodesy. - Moscow, 2006. - V. 2. - P. 12.
9. Жмудь В.А. и др. Исследование причин шумов при многократном дифференцировании сигнала цифровым способом // Автоматика и программная инженерия. 2017. №. 2 (20). - С. 80-89.9. Zhmud V.A. et al. Study of the causes of noise during multiple differentiation of a signal by a digital method // Automation and software engineering. 2017. No. 2 (20). - P. 80-89.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2846175C1 true RU2846175C1 (en) | 2025-09-01 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6606559B1 (en) * | 1996-06-17 | 2003-08-12 | Trimble Navigation Limited | Radio navigation emulating GPS system |
| US6901331B1 (en) * | 2000-11-01 | 2005-05-31 | Trimble Navigation Limited | Radio navigation emulating GPS system |
| RU2694786C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Navigation combined optical system |
| RU195749U1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "МИРП-Интеллектуальные Системы" | Intelligent vision system for an unmanned aerial vehicle for solving navigation problems, building a three-dimensional map of the surrounding space and obstacles, and autonomous patrolling |
| RU2722599C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-06-02 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for correcting strapdown inertial navigation system of unmanned aerial vehicle of short range using intelligent system of geospatial information |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6606559B1 (en) * | 1996-06-17 | 2003-08-12 | Trimble Navigation Limited | Radio navigation emulating GPS system |
| US6901331B1 (en) * | 2000-11-01 | 2005-05-31 | Trimble Navigation Limited | Radio navigation emulating GPS system |
| RU2694786C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Navigation combined optical system |
| RU195749U1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "МИРП-Интеллектуальные Системы" | Intelligent vision system for an unmanned aerial vehicle for solving navigation problems, building a three-dimensional map of the surrounding space and obstacles, and autonomous patrolling |
| RU2722599C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-06-02 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for correcting strapdown inertial navigation system of unmanned aerial vehicle of short range using intelligent system of geospatial information |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111077549B (en) | Position data correction method, apparatus and computer readable storage medium | |
| KR102463176B1 (en) | Device and method to estimate position | |
| US7805244B2 (en) | Attitude correction apparatus and method for inertial navigation system using camera-type solar sensor | |
| CN113945206A (en) | Positioning method and device based on multi-sensor fusion | |
| CN104729506B (en) | A kind of unmanned plane Camera calibration method of visual information auxiliary | |
| KR20200044420A (en) | Method and device to estimate position | |
| US20080195316A1 (en) | System and method for motion estimation using vision sensors | |
| CN110100151A (en) | The system and method for global positioning system speed is used in vision inertia ranging | |
| US20170074678A1 (en) | Positioning and orientation data analysis system and method thereof | |
| CN115435779B (en) | A method for intelligent body pose estimation based on GNSS/IMU/optical flow information fusion | |
| CN114812554B (en) | Multi-source fusion robot indoor absolute positioning method based on filtering | |
| CN112146655A (en) | Elastic model design method for BeiDou/SINS tight integrated navigation system | |
| KR101764222B1 (en) | System and method for high precise positioning | |
| RU2584368C1 (en) | Method of determining control values of parameters of spatial-angular orientation of aircraft on routes and pre-aerodrome zones in flight tests of pilot-navigation equipment and system therefor | |
| KR101183866B1 (en) | Apparatus and method for real-time position and attitude determination based on integration of gps, ins and image at | |
| CN110736457A (en) | An integrated navigation method based on Beidou, GPS and SINS | |
| CN114184194A (en) | A method for autonomous navigation and positioning of unmanned aerial vehicles in denial environments | |
| Andert et al. | Optical-aided aircraft navigation using decoupled visual SLAM with range sensor augmentation | |
| US11709052B2 (en) | Camera triggering and multi-camera photogrammetry | |
| WO2022179047A1 (en) | State information estimation method and apparatus | |
| RU2846175C1 (en) | Method and apparatus for emulating a signal of a satellite navigation receiver with neural network regularization of data fusion | |
| CN118776590A (en) | Sensor parameter calibration and state estimation device and method based on error state Kalman filter | |
| El-Sheimy | An expert knowledge GPS/INS system for mobile mapping and GIS applications | |
| EP4386320A1 (en) | Terrain referenced navigation system | |
| RU2830723C1 (en) | Method of determining trajectory of object in surrounding space for constructing 3d map |