В современном мире одним из наиболее значимых направлений в развитии прикладной науки и техники является создание автономных мобильных роботов, к числу которых можно отнести беспилотные летательные аппараты (БПЛА). В настоящее время они находят широкое применение в таких отраслях народного хозяйства как метеорология, картография, сельское хозяйство, экологический мониторинг, разведка полезных ископаемых и многих других.




    С целью совершенствования БПЛА многие разработчики в последние годы стали уделять особое внимание внедрению новых информационных технологий, например, автоматизации разработки полетных заданий, выполнению полетов в полностью автономном режиме, автоматизированному сбору, обработке и хранению информации. Среди различных аспектов информационного обеспечения полетов ключевую роль играет проблема автономной навигации в сложных условиях полета.

   В практическом плане воздушная навигация может рассматриваться как совокупность двух основных подзадач: во-первых, определение пространственного места летательного аппарата, величины его скорости и направления движения; во-вторых, расчет требуемых параметров для полета по программной траектории. Для определения пространственных координат воздушного судна, его скорости и направления движения предложено множество различных подходов. Существующие способы определения местоположения летательного аппарата включают использование инерциальных, спутниковых и радионавигационных систем, а также применение множества вспомогательных технических средств, измеряющих отдельные параметры полета, таких как, например, высотомеры, магнитные и гиромагнитные компасы. Однако на данный момент все основные навигационные системы имеют ряд существенных недостатков, связанных с их недостаточной точностью и помехозащищенностью, что заставляет искать новые пути решения рассматриваемой задачи.

   Одним из наиболее перспективных представляется способ, основанный на сравнении изображения земной поверхности, получаемого с борта БПЛА, координаты которого требуется определять, с изображением того же участка местности, полученным заранее и привязанным к географической системе координат. Современные видеодатчики обеспечивают формирование изображений высокого пространственного разрешения с большой частотой следования кадров. При наблюдении с борта летательного аппарата оптико-электронными средствами возможно получить разрешение на местности в доли метра, а частота поступления видеокадров может превосходить телевизионный формат (25 Гц), и составлять величину 100 Гц и более.




   Анализ видеоданных при полете БПЛА сводится к следующему. На серии полученных заранее воздушных или спутниковых фотоснимков местности человек-оператор осуществляет выбор маршрута полета путем указания некоторого количества контрольных точек. Далее в автоматическом или автоматизированном режиме выполняется прокладка маршрута между контрольными точками и выбор на нем серии опорных участков - выделяющихся по тем или иным признакам объектов местности. Во время полета БПЛА сопоставляет текущие изображения местности, формируемые бортовой видеокамерой, с хранящимися в памяти эталонными изображениями опорных участков. Результаты сопоставления в дальнейшем используются для определения положения и ориентации БПЛА относительно указанных оператором контрольных точек и формирование управляющих воздействий, обеспечивающих движение вдоль заданного маршрута.

    Среди основных особенностей рассматриваемой задачи следует выделить:

• изменчивость наблюдаемого изображения в зависимости от метеоусловий, времени суток и других факторов;
• различные виды геометрических преобразований, связывающих текущее и эталонное изображения;
• большой объём обрабатываемой информации, связанный, в частности, с необходимостью установки видеодатчиков высокого разрешения;
• ограниченность доступных вычислительных ресурсов, жесткие требования по энергопотреблению аппаратуры и ее массогабаритным показателям.

   Решение рассматриваемой задачи с учетом отмеченных особенностей, представляет собой весьма важную и актуальную научно-техническую проблему.