Решение целевых и навигационных задач на борту малоразмерного беспилотного летательного аппарата на основе обработки изображения подстилающей поверхности

• Автор: Степанова, Наталия Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Постановка задачи.

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАДАЧ, РЕШАЕМЫХ МАЛОРАЗМЕРНЫМ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ

1.1. Особенности автоматического полета МБЛА.

1.2. Решение целевых задач.

1.3. Требования к точности работы ЦСАУ.

1.4. Система автоматического управления МБЛА.

2. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ И НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧ

2.1. Решение целевых задач.

2.1.1. Сжатие изображений

2.1.2. Поиск объектов

2.2. Решение навигационных задач.
3. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСНОГО АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
3.1. Критериальные функции в корреляционных алгоритмах.
3.2. Дискретное косинусное преобразование
3.3. Структура комплексного алгоритма системы наблюдения.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
4.1. Оценка точности определения положения и ориентации МБЛА системой наблюдения.
4.2. Моделирование системы наблюдения
4.3. Реализация работы алгоритма в реальном времени.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ


Если географические координаты найденных наземных ориентиров заранее известны, то использование видеокамеры позволяет организовать автономный полет МБЛА по маршруту. Однако данных по использованию обзорносравнительных методов для оценки ориентации МБЛА в литературе не имеется. В то же время известно, что в рамках теории фотограмметрии и теории компьютерного зрения , возможно решение задачи внешнего ориентирования камеры, позволяющее определять углы ориентации МБЛА относительно подстилающей поверхности. Таким образом, если на борту МБЛА установлена система наблюдения, направленная перпендикулярно вниз или под углом например, град на подстилающую поверхность, то с помощью заложенного заранее в бортовой процессор алгоритма обработки и анализа изображений подстилающей поверхности можно получить дополнительную информацию о положении и ориентации МБЛА в пространстве. Дополнительная информация может быть использована для повышения точности работы ЦСАУ. В частности, получаемая информация может использоваться как автономно, так и комплексироваться с аналогичной информацией, получаемой традиционно при обработке данных от акселерометров и ДУСов. Необходимо отметить, что подобная навигационная система, основанная на обработке изображений подстилающей поверхности, будет работоспособной только при наличии достаточно информативного навигационного поля и при условии обеспечения требуемых точностей измерений СН в соответствии с решаемыми задачами разд. Сложность применения обзорносравнительных методов навигации для оценки положения, углов ориентации МБЛА и решения целевых задач связана с необходимостью реализации на борту трудоемких процессов обработки видеоинформации. ЦСАУ. Одним из вариантов решения данной задачи является формирование комплексного алгоритма обработки изображений КАОИ, обеспечивающего согласованную работу отдельных частных алгоритмов для одновременного решения целевых и навигационных задач. Использование подобного КАОИ может в значительной степени сократить объемы требуемых вычислений. Суть КАОИ заключается в том, чтобы выделить наиболее трудоемкие, с точки зрения вычислительных ресурсов, частные алгоритмы обработки изображений подстилающей поверхности и выбрать из существующих алгоритмов те, структура которых не будет меняться в зависимости от решаемой на борту задачи. Практическая важность рассмотренных выше вопросов и недостаточная проработка перечисленных задач определили выбор темы диссертации и направление исследований. Целью представленной диссертационной работы является повышение точности и надежности системы навигации малоразмерного беспилотного летательного аппарата за счет использования комплексного алгоритма обработки изображений КАОИ, обеспечивающего одновременное решение целевых поиск наземных объектов, сжатие иили передача видеоинформации и навигационных задач измерение координат и углов ориентации МБЛА за счет обработки и анализа изображений подстилающей поверхности видеопоследовательностей, принимаемых бортовой системой наблюдения на борту МБЛА, без увеличения массогабаритных показателей НС. МБЛА. Провести анализ известных алгоритмов решения целевых и навигационных задач, основанных на обработке и анализе изображений подстилающей поверхности, с целью выделения тех алгоритмов, структура которых не зависит от решаемой задачи. Сформировать КАОИ с учетом выбранных частных алгоритмов обработки и анализа подстилающей поверхности. КАОИ в зависимости от шумового воздействия внешней среды. Провести исследования КАОИ с точки зрения оценки положения и ориентации МБЛА в пространстве в зависимости от ошибки совмещения эталонного и текущего изображений. Разработать алгоритм оценки углов ориентации МБЛА в пространстве, основанный на обработке и анализе изображений подстилающей поверхности. МБЛА на основе обзорносравнительных методов, не зависимо от аэродинамических характеристик конкретного носителя и ошибок управления. В первой главе диссертации рассматриваются особенности полета МБЛА и основные целевые задачи, решаемые на борту МБЛА с использованием системы наблюдения.