sapiСистемный анализ и прикладная информатика«System analysis and applied information science»2309-49232414-0481Belarusian National Technical University10.21122/2309-4923-2024-2-30-40sapi-673Research ArticleУправление техническими объектамиManagement of technical objectsОптико-электронная корреляционно-экстремальная навигационная система малого беспилотного летательного аппаратаOptical-electronic correlation-extreme navigation system of small unmanned aerial vehicleШейниковА. А.SheinikovA. A.

Шейников Алексей Александрович, кандидат технических наук, доцент, докторант 

220057 г. Минск, пр-т Независимости, 220

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

Minsk

af.varb.ao@gmail.comМалкинВ. А.MalkinV. A.

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

220057 г. Минск, пр-т Независимости, 220

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

Minsk

СмоленскийЭ. А.SmolenskyE. A.

Смоленский Эдуард Анатольевич, начальник цикла кафедры авиационных радиоэлектронных систем авиационного факультета

220057 г. Минск, пр-т Независимости, 220

Smolensky Eduard, cycle head of the aviation radio-electronic systems department of the aviation faculty

Minsk

Smolenskiy1989@bk.ruИваницкийЛ. А.IvanitskyL. A.

Иваницкий Леонид Александрович, адъюнкт

220057 г. Минск, пр-т Независимости, 220

Ivanitsky Leonid, graduate student

Minsk

leonid210785@mail.ruВоенная академия Республики БеларусьБеларусьMilitary Academy of the Republic of BelarusBelarus202430082024023040Copyright © Шейников А.А., Малкин В.А., Смоленский Э.А., Иваницкий Л.А., 20242024Шейников А.А., Малкин В.А., Смоленский Э.А., Иваницкий Л.А.Sheinikov A.A., Malkin V.A., Smolensky E.A., Ivanitsky L.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/673

Разработана оптико-электронная корреляционно-экстремальная навигационная система беспилотного летательного аппарата. Предлагаемая навигационная система отличается применением малогабаритных и доступных по цене цифровой камеры и вычислителя, что критично для массово применяемых малых беспилотных летательных аппаратов военного назначения. Разработанное алгоритмическое обеспечение системы отличается применением алгоритмов реконструкции трехмерной цифровой модели местности по оптическим цифровым изображениям от бортовой цифровой камеры беспилотного летательного аппарата, а также применением алгоритмов корреляционной обработки текущих и эталонных цифровых моделей местности, что обеспечивает возможность точной автономной воздушной навигации по видовой информации. Обоснованы требования к параметрам полета малого беспилотного летательного аппарата с оптико-электронной корреляционно-экстремальной навигационной системой. Обосновано значение периода коррекции бортовой бесплатформенной инерциальной навигационной системы по данным предлагаемой оптико-электронной корреляционноэкстремальной навигационной системы. Представлены результаты исследований точности разработанной оптико-электронной корреляционно-экстремальной навигационной системы в зависимости от параметров съемки и качества эталонных моделей.

An optical-electronic correlation-extreme navigation system for an unmanned aerial vehicle has been developed. The proposed navigation system is characterized by the use of a small-sized and affordable digital camera and computer, which is critical for small military unmanned aerial vehicles. The developed algorithmic support for the system is distinguished by the use of algorithms for reconstructing a three-dimensional digital terrain model using optical digital images from an on-board digital camera, as well as algorithms for correlation processing of current and reference models, which ensures the possibility of accurate autonomous air navigation using view information. The requirements for the flight parameters of a small unmanned aerial vehicle with an optical-electronic correlation-extreme navigation system are substantiated. The values of the true speed of an unmanned aerial vehicle and the correction period of the on-board strapdown inertial navigation system are substantiated according to the data of the proposed optical-electronic correlation-extreme navigation system. The results of the developed optical-electronic correlation-extremal navigation system accuracy studies depending on the shooting parameters and the quality of the reference models are presented.

система технического зренияоптико-электронная корреляционно-экстремальная навигационная систематрехмерная модель местностифотограмметрияtechnical vision systemoptical-electronic correlation-extreme navigation systemthreedimensional terrain modelphotogrammetryReferencesТеодорович, Н.Н. Способы обнаружения и борьбы с малогабаритными беспилотными летательными аппаратами / Н.Н.Теодорович, С.М. Строганова, П.С. Абрамов // Интернет-журнал «Науковедение». – 2017. – Том 9, № 1.Teodorovich, N.N. Methods of detecting and combating small-sized unmanned aerial vehicles / N.N. Teodorovich, S.M. Stroganova, P.S. Abramov // Internet journal “Science Studies”. 2017. Vol. 9, No. 1.Распопов, В.Я. Микросистемы ориентации беспилотных летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 2011. – 184 с.Raspopov, V.Ya. Microsystems of orientation of unmanned aerial vehicles. – M.: Mashinostroenie, 2011. 184 p.Пролетарский, А.В. Способы коррекции навигационных систем и комплексов летательных аппаратов / А.В. Пролетарский, К.А. Неусыпин // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». – 2012. – С. 223–216.Proletarsky, A.V. Methods for correcting navigation systems and aircraft complexes / A.V. Proletarsky, K.A. Neusypin // Bulletin of MSTU named after. N.E. Bauman. Ser. “Instrument Engineering”. – 2012. – Рp. 223-216.Матвеев, В.В. Инерциальные навигационные системы / В.В. Матвеев. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. – 199 с.Matveev, V.V. Inertial navigation systems / V.V. Matveev. – Tula: Tula State University Publishing House, 2012. 199 p.Сырямкин, В.И. Корреляционно-экстремальные радионавигационные системы. Монография / В.И. Сырямкин, В.С. Шидловский. – Томск: Изд-во Том. ун-та. – 2010. – 315 с.Syryamkin, V.I. Correlation-extreme radio navigation systems. Monograph / V.I. Syryamkin, V.S. Shidlovsky. – Tomsk: Publishing house Tom. Univ., 2010. – 315 p.Костяшкин, Л.Н. Обработка изображений в авиационных системах технического зрения / Л.Н. Костяшкин, М.Б. Никифоров. – М.: Физматлит, 2016. – 240.Kostyashkin, L.N. Image processing in aviation vision systems / L.N. Kostyashkin, M.B. Nikiforov. – M.: Fizmatlit, 2016. – 240 р.Латкин, В.А. Трехмерное картографирование местности / В.А. Латкин // Вестник СГУГиТ. – 2021. – Т. 26. – № 2. – С. 133-146.Latkin, V.A. Three-dimensional mapping of terrain / V.A. Latkin // Bulletin of SGUGiT. – 2021. – Vol. 26. – No. 2. – Pp. 133-146.Тужилкин, А.Ю. Распознавание и реконструкция 3D-объектов по спутниковым изображениям на основе сравнения спектров графов / А.Ю. Тужилкин // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2. – С. 3727–3732.Tuzhilkin, A.Yu. Recognition and reconstruction of 3D objects from satellite images based on comparison of graph spectra / A.Yu. Tuzhilkin // Fundamental research. – 2015. – No. 2. – Pp. 3727-3732.Красильщиков, М.Н. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / М.Н. Красильщиков [и др.]. – М.: Физматлит, 2009. – 556 с.Krasilshchikov, M.N. Modern information technologies in the tasks of navigation and guidance of unmanned maneuverable aerial vehicles / M.N. Krasilshchikov [and others]. – M.: Fizmatlit, 2009. – 556 p.Клетте, Р. Компьютерное зрение. Теория и алгоритмы / пер. с англ. А.А. Сликин. – М.: ДМК Пресс, 2019. – 506 с.Klette, R. Computer vision. Theory and algorithms / trans. from English A.A. Slickin. – M.: DMK Press, 2019. 506 p.Козин, Е.В. Фотограмметрия / Е.В. Козин, А.Г. Карманов, Н.А. Карманова. – СПб.: Университет ИТМО, 2019. – 142 с.Kozin, E.V. Photogrammetry / E.V. Kozin, A.G. Karmanov, N.A. Karmanova. – St. Petersburg: ITMO University, 2019. 142 p.Ардентов, А.А. Алгоритмы вычисления положения и ориентации БПЛА / А.А. Ардентов [и др.] // Программные системы: теория и приложения. – 2012. – Т. 3 – № 3. – С. 23-39.Ardentov, A.A. Algorithms for calculating the position and orientation of UAVs / A.A. Ardentov [et al.] // Software systems: theory and applications. – 2012. – Vol. 3 – No. 3. – Pp. 23-39.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. 68-75.Sheynikov, A.A. Mathematical model of errors in the altimeter of an unmanned aerial vehicle based on a stereo vision system / A.A. Sheynikov, V.A. Malkin, A.A. Sanko, L.A. Ivanitsky // Aviation Bulletin. – 2022. – No. 7. – Pp. 68-75.Елесина, С.И. Совмещение изображений в корреляционно-экстремальных навигационных системах. Монография / С.И. Елесина, Л.Н. Костяшкин, А.А. Логинов, М.Б. Никифоров. – М.: Радиотехника, 2015. – 204 с.Elesina, S.I. Combination of images in correlation-extremal navigation systems. Monograph / S.I. Elesina, L.N. Kostyashkin, A.A. Loginov, M.B. Nikiforov. – M.: Radio engineering, 2015. – 204 p.Коваленко, А.М. Коррекция ошибок бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата с использованием наземных навигационных ориентиров / А.М. Коваленко, А.А. Шейников // ГУ НИИ ВС РБ «Наука и военная безопасность». – 2020. – № 2(64). – С. 16-22.Kovalenko, A.M. Error correction of a strapdown inertial navigation system of an unmanned aerial vehicle using ground-based navigation landmarks / A.M. Kovalenko, A.A. Sheynikov // State Research Institute of the Armed Forces of the Republic of Belarus “Science and Military Security”. – 2020. – No. 2(64). – Pp. 16-22.Биард, Р. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика / Р. Биард, Т. Маклэйн. – М.: Техносфера, 2015. – 312 с.Biard, R. Small unmanned aerial vehicles: theory and practice / R. Biard, T. McLane. – M.: Tekhnosphere, 2015. 312 p.Матвеев, В.В. Инженерный анализ погрешностей бесплатформенной инерциальной навигационной системы / В.В. Матвеев // Известия ТулГУ. – 2014. – № 9. – С. 251-267.Matveev, V.V. Engineering analysis of errors in a strapdown inertial navigation system / V.V. Matveev // News of Tula State University. – 2014. – No. 9. – Pp. 251-267.Костяшкин, Л.Н. Совмещение изображений в корреляционно-экстремальных навигационных системах / Л.Н. Костяшкин, М.Б. Никифоров. – М.: Радиотехника, 2015. – 208 с.Kostyashkin, L.N. Combination of images in correlation-extremal navigation systems / L.N. Kostyashkin, M.B. Nikiforov. – M.: Radio engineering, 2015. – 208 p.Коваленко, А.М. Модель инерциально-оптической навигационной системы беспилотного летательного аппарата / А.М. Коваленко, А.А. Шейников // Системный анализ и прикладная информатика. – 2020. – № 2. – С. 17-25.Kovalenko, A.M. Model of an inertial-optical navigation system for an unmanned aerial vehicle / A.M. Kovalenko, A.A. Sheynikov // System analysis and applied informatics. – 2020. – No. 2. – Pp. 17-25.Яндекс Карты: [Электронный ресурс] // Яндекс. URL: https://yandex.ru/maps/. (Дата обращения 02.04.2024).Yandex Maps: [Electronic resource] // Yandex. URL: https://yandex.ru/maps/. (Date of access: 04/02/2024).Технологии. Спутниковые снимки на Яндекс.Картах: [Электронный ресурс] // Компания Яндекс. URL: https://yandex.ru/company/technologies/satellite/. (Дата обращения 02.04.2024).Technologies. Satellite images on Yandex.Maps: [Electronic resource] // Yandex Company. URL: https://yandex.ru/company/technologies/satellite/. (Date of access: 04/02/2024).

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