sapiСистемный анализ и прикладная информатика«System analysis and applied information science»2309-49232414-0481Belarusian National Technical University10.21122/2309-4923-2023-1-16-23sapi-603Research ArticleУправление техническими объектамиManagement of technical objectsАнализ погрешностей датчика авиагоризонта на базе системы технического зренияAnalysis of errors of the artificial horizon sensor based on vision systemШейниковА. А.SheinikauA. A.

Шейников Алексей Александрович - кандидат технических наук, доцент, докторант 

Минск

Sheinikau Aliaksei - candidate of technical sciences, associate professor, doctoral student 

Minsk

af.varb.ao@gmail.comИваницкийЛ. А.IvanitskiL. A.

Иваницкий Леонид Александрович - адъюнкт 

Минск

Ivanitski Leanid - graduate student 

Minsk

leonid210785@mail.ruМалкинВ. А.MalkinV. A.

Малкин Виталий Александрович - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры авиационных радиоэлектронных систем авиационного факультета 

Минск

Malkin Vitaliy - doctor of technical sciences, professor, professor of the department of aviation radio-electronic systems of the aviation faculty 

Minsk

Военная академия Республики БеларусьБеларусьMilitary academy of the Republic of BelarusBelarus202301082023011623Copyright © Шейников А.А., Иваницкий Л.А., Малкин В.А., 20232023Шейников А.А., Иваницкий Л.А., Малкин В.А.Sheinikau A.A., Ivanitski L.A., Malkin V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sapi.bntu.by/jour/article/view/603

Рассматривается задача определения особенностей и постановки задачи математического моделВ статье рассматриваются особенности практической реализации датчика авиагоризонта на базе бортовой системы технического зрения. Предложен, разработанный на базе известных приложений, вариант алгоритма работы видеосистемы ориентации беспилотного летательного аппарата. Показаны проблемы автоматического обнаружения и определения положения линии горизонта на сменяющихся цифровых изображениях, составляющих видеопоток от бортовой цифровой камеры. Проведен анализ факторов, влияющих на точность оценки углов ориентации носителя с использованием предлагаемой системы. Приведены результаты практического исследования, характеризующие степень влияния рассматриваемых факторов на общую погрешность. Разработана дискретная стохастическая математическая модель системы ориентации беспилотного летательного аппарата на базе бортовой системы технического зрения. Показана возможность обеспечения приемлемого уровня точности видеосистемы ориентации за счет определенных технических и алгоритмических решений. Сделан вывод о целесообразности применения этой системы в автономных мультисенсорных навигационных комплексах беспилотных летательных аппаратов.

The article discusses the features of the practical implementation of the artificial horizon sensor based on the onboard vision system. Proposed, developed on the basis of well-known applications, a variant of the algorithm for the operation of an unmanned aerial vehicle orientation video system. The problems of automatic detection and determination of the position of the horizon line on changing digital images that make up the video stream from the onboard digital camera are shown. The analysis of the factors influencing the accuracy of estimation of carrier orientation angles using the proposed system is carried out. The results of a practical study are presented, characterizing the degree of influence of the considered factors on the total error. A discrete stochastic mathematical model of an unmanned aerial vehicle orientation system based on an onboard vision system has been developed. The possibility of providing an acceptable level of accuracy of the orientation video system due to certain technical and algorithmic solutions is shown. The conclusion is made about the expediency of using this system in autonomous multisensor navigation systems for unmanned aerial vehicles.

датчик авиагоризонтасистема технического зренияпогрешность измерения углов ориентациидискретная стохастическая математическая модельartificial horizon sensorvision systemorientation angle measurement errordiscrete stochastic mathematical modelReferencesБелоглазов, И.Н. Основы навигации по геофизическим полям / И.Н. Белоглазов. – М.: Наука, 1985. – 328 с.Beloglazov, I.N. Fundamentals of navigation in geophysical fields / I.N. Beloglazov. – M.: Nauka, 1985. – 328 p.Шейников, А.А. Оценка пилотажно-навигационных параметров полета БЛА с учетом результатов обработки последовательности изображений / А.А. Шейников, А.М. Коваленко // ГУ НИИ ВС РБ «Наука и военная безопасность». ‒ 2021. – № 2(68). – С. 98-107.Sheinikov, A.A. Evaluation of flight and navigation parameters of the UAV flight, taking into account the results of image sequence processing / A.A. Sheinikov, A.M. Kovalenko // State Research Institute of the Armed Forces of the Republic of Belarus «Science and military security» . ‒ 2021. ‒ No. 2 (68). – P. 98-107.Клетте, Р. Компьютерное зрение. Теория и алгоритмы / Р. Клетте. пер. с англ. А.А. Слинкин. – М.: ДМК Пресс, 2019. – 506 с.Klette, R. Computer vision. Theory and algorithms / R. Klette. per. from English. A.A. Slinkin. – M.: DMK Press, 2019. – 506 p.Распопов, В.Я. Микросистемная авионика. – Тула: Гриф и К, 2010. – 248 с.Raspopov, V.Ya. Microsystem avionics. ‒ Tula: Grif and K, 2010. ‒ 248 p.Canciani, A.J. Absolute positioning using the Earth’s magnetic anomaly field: diss. … PhD: AFIT-ENG-DS-16-S-074 / Aaron J. Canciani. – Ohio, 2016. – 264 p.Canciani, A.J. Absolute positioning using the Earth’s magnetic anomaly field: diss. … PhD: AFIT-ENG-DS-16-S-074 / Aaron J. Canciani. ‒ Ohio, 2016. ‒ 264 p.Воробьев, Л.М. Астрономическая навигация летательных аппаратов / Л.М. Воробьев. – М.: Машиностроение, 1968. – 281 с.Vorobyov, L.M. Astronomical navigation of aircraft / L.M. Vorobyov. ‒ M.: Mashinostroenie, 1968. ‒ 281 p.Костяшкин, Л.Н. Обработка изображений в авиационных системах технического зрения / Л.Н. Костяшкин, М.Б. Никифоров. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016. – 240 с.Kostyashkin, L.N. Image processing in aircraft vision systems / L.N. Kostyashkin, M.B. Nikiforov. – M.: FIZMATLIT, 2016. – 240 p.Распопов, В.Я. Микросистемы ориентации беспилотных летательных аппаратов / В.Я. Распопов. – М.: Машиностроение, 2011. – 184 с.Raspopov, V.Ya. Microsystems for orientation of unmanned aerial vehicles / V.Ya. Raspopov. ‒ M.: Mashinostroenie, 2011. ‒ 184 p.Красильщиков, М.Н. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / М.Н. Красильщиков, Г.Г. Серебряков. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 556 с.Krasilshchikov, M.N. Modern information technologies in the tasks of navigation and guidance of unmanned maneuverable aircraft / M.N. Krasilshchikov, G.G. Serebryakov. ‒ M.: FIZMATLIT, 2009. ‒ 556 p.Матвеев, В.В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В.В. Матвеев, В.Я. Распопов. – СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. – 280 с.Matveev, V.V. Fundamentals of construction of strapdown inertial navigation systems / V.V. Matveev, V.Ya. Raspopov. ‒ St. Petersburg: State Scientific Center of the Russian Federation OJSC «Concern» Central Research Institute «Elektropribor», 2009. ‒ 280 p.Удалов, Н.В. Методы и алгоритмы обработки цифровых изображений в комплексных системах наблюдения летательных аппаратов / Н.В. Удалов. – М.: Изд-во МАИ, 2014. – 144 с.Udalov, N.V. Methods and algorithms for processing digital images in complex systems for observing aircraft / N.V. Udalov. – M.: Publishing House of MAI, 2014. – 144 p.Гонсалес, Р.С. Цифровая обработка изображений / Р.С. Гонсалес, Вудс Р.Е. пер. с англ. П.А. Чочиа. – М.: Техносфера, 2012. – 1104 с.Gonzalez, R.S. Digital image processing / R.S. Gonzalez, Woods R.E. per. from English. P.A. Chochia. ‒ M.: Technosfera, 2012. ‒ 1104 p.Фисенко, В.Т. Компьютерная обработка и распознавание изображений / В.Т. Фисенко, Т.Ю. Фисенко. – Спб.: СпбГУ ИТМО, 2008. – 192 с.Fisenko, V.T. Computer processing and image recognition / V.T. Fisenko, T.Yu. Fisenko. ‒ St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2008. ‒ 192 p.Старовойтов, В.В. Цифровые изображения: от получения до обработки / В.В. Старовойтов, Ю.И. Голуб. – Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2014. – 202 с.Starovoitov, V.V. Digital images: from acquisition to processing / V.V. Starovoitov, Yu.I. Golub. ‒ Minsk: OIPI NAS of Belarus, 2014. ‒ 202 p.Вентцель, Е.С. Теория вероятносткей / Е.С. Вентцель. – М.: Высшая школа, 2006. – 575 с.Wentzel, E.S. Probability theory / E.S. Wentzel. ‒ M.: Higher school, 2006. ‒ 575 p.Богаткин, О.Г. Авиационная метеорология / О.Г. Богаткин. – СПб.: Изд-во РГГМУ, 2005. – 328 с.Bogatkin, O.G. Aviation meteorology / O.G. Bogatkin. ‒ St. Petersburg: Publishing House of the Russian State Humanitarian University, 2005. ‒ 328 p.Шейников, А.А. Математическая модель ошибок высотомера беспилотного летательного аппарата на базе стереосистемы технического зрения / А.А. Шейников, В.А. Малкин, А.А. Санько, Л.А. Иваницкий // Авиационный вестник. ‒ 2022. – № 7. – С. 69-75.Sheinikov, A.A. Mathematical model of errors in the altimeter of an unmanned aerial vehicle based on a stereo vision system / A.A. Sheinikov, V.A. Malkin, A.A. Sanko, L.A. Ivanitsky // Aviation Bulletin. ‒ 2022. ‒ No. 7. – Pр. 69-75.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.