Отправить статью по E-mail 
Алгоритмы определения пространственного положения беспилотного летательного аппарата относительно посадочной платформы с использованием компьютерного зрения
- Авторы: Гайнутдинова Т.Ю.1, Новикова С.В.1, Гайнутдинов В.Г.1, Трусфус М.В.1, Литвин В.М.1
-
Учреждения:
- Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
- Выпуск: Том 22, № 4 (2023)
- Страницы: 37-51
- Раздел: АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
- URL: https://journals.ssau.ru/vestnik/article/view/27048
- DOI: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2023-22-4-37-51
- ID: 27048
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Рассмотрены алгоритмы определения положения беспилотного летательного аппарата самолётного или вертолётного типа относительно посадочной платформы с помощью специальных оптических меток и программ компьютерного зрения. Проведена оценка возможности расчёта углового положения, высоты и расстояния до посадочной платформы в реальном времени на основе обработки изображений бортовым процессором, объединённым с цифровой оптической камерой в единый измерительный блок. Представлены результаты расчёта ориентации самолёта относительно посадочной платформы, движущейся по программной траектории. Моделирование процесса распознавания оптических меток на движущейся платформе с движущегося летательного аппарата подтвердило, что с использованием процессора с программой распознавания и идентификации оптических меток средствами компьютерного зрения и алгоритмами для расчёта положения летательного аппарата относительно посадочной платформы может гарантированно давать достоверную информацию о положении беспилотного летательного аппарата относительно посадочной платформы в реальном времени и использоваться совместно с другими навигационными средствами (или самостоятельно) для обеспечения точной посадки беспилотных летательных аппаратов.
Об авторах
Т. Ю. Гайнутдинова
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Автор, ответственный за переписку.
Email: tgainut@mail.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияС. В. Новикова
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Email: sweta72@bk.ru
доктор технических наук, профессор кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияВ. Г. Гайнутдинов
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Email: gainut@mail.ru
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияМ. В. Трусфус
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Email: mtrusfus@yandex.ru
инженер кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияВ. М. Литвин
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Email: litwin@mail.ru
инженер кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияСписок литературы
- Sanchez-Lopez J.L., Pestana J., Saripalli S., Campoy P. An approach toward visual autonomous ship board landing of a VTOL UAV // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2014. V. 74. P. 113-127. doi: 10.1007/s10846-013-9926-3
- Xu G., Zhang Y., Ji S., Cheng Y., Tian Y. Research on computer vision-based for UAV autonomous landing on a ship // Pattern Recognition Letters. 2009. V. 30, Iss. 6. P. 600-605. doi: 10.1016/j.patrec.2008.12.011
- Truong Q.H., Rakotomamonjy T., Taghizad A., Biannic J.-M. Vision-based control for helicopter ship landing with handling qualities constraints // IFAC-PapersOnLine. 2016. V. 49, Iss. 17. P. 118-123. doi: 10.1016/j.ifacol.2016.09.021
- Holmes W.K., Langelaan J.W. Autonomous ship-board landing using monocular vision // Proceedings of the AHS 72th Annual Forum (May, 17-19, 2016, West Palm Beach, Florida). V. 2.
- Meng Y., Wang W., Han H., Ban J. A visual/inertial integrated landing guidance method for UAV landing on the ship // Aerospace Science and Technology. 2019. V. 85. P. 474-480. doi: 10.1016/j.ast.2018.12.030
- Yakimenko O.A., Kaminer I.I., Lentz W.J., Ghyzel P.A. Unmanned aircraft navigation for shipboard landing using infrared vision // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2002. V. 38, Iss. 4. P. 1181-1200. doi: 10.1109/taes.2002.1145742
- Агеев А.М., Бондарев В.Г., Проценко В.В. Обоснование выбора источников излучения для системы технического зрения в задаче автоматической посадки беспилотных летательных аппаратов // Компьютерная оптика. 2022. Т. 46, № 2. С. 239-245. doi: 10.18287/2412-6179-CO-875
- Lumsden B., Wilkinson C., Padfield G. Challenges at the helicopter-ship dynamic interface // 24th European Rotorcraft Forum (September, 15-17, 1998, Marseilles, France).
- Colwell J. Maritime helicopter ship motion criteria. Challenges for operational guidance. http://resolver.tudelft.nl/uuid:01b52b50-e242-457d-854d-907b5e04faf1
- Stingl A.L. Vtol aircraft flight system. US Patent, no. 3473232, 1969. (Publ. 21.10.1969)
- MPP-02 V. I. Helicopter operations from ships other than aircraft carriers (HOSTAC). NATO, 2017.
- Girshick R., Donahue J., Darrell T., Malik J. Rich feature hierarchies for accurate object detection and semantic segmentation // Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (June, 23-28, 2014, Columbus, OH, USA). doi: 10.1109/cvpr.2014.81
- Girshick R. Fast R-CNN // Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision (December, 07-13, 2015, Santiago, Chile). doi: 10.1109/iccv.2015.169
- Ren S., He K., Girshick R., Sun J. Faster R-CNN: towards real-time object detection with region proposal networks // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2017. V. 39, Iss. 6. P. 1137-1149. doi: 10.1109/tpami.2016.2577031
- Liu W., Anguelov D., Erhan D., Szegedy C., Reed S., Fu C.-Y., Berg A.C. SSD: Single shot multibox detector // Lecture Notes in Computer Science. 2016. V. 9905. P. 21-37. doi: 10.1007/978-3-319-46448-0_2
- Redmon J., Divvala S., Girshick R., Farhadi A. You only look once: Unified, real-time object detection // Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (June, 27-30, 2016, Las Vegas, NV, USA). doi: 10.1109/cvpr.2016.91
- Redmon J., Farhadi A. YOLO9000: better, faster, stronger // Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (July, 21-26, 2017, Honolulu, HI, USA). doi: 10.1109/cvpr.2017.690
- Redmon J., Farhadi A. Yolov 3: An incremental improvement. Tech. report, arXiv: 1804.02767 [cs.CV], 2018. doi: 10.48550/arXiv.1804.02767
- Benjdira B., Khursheed T., Koubaa A., Ammar A., Ouni K. Car detection using unmanned aerial vehicles: Comparison between faster R-CNN and YOLOv3 // 1st International Conference on Unmanned Vehicle Systems-Oman (UVS) (February, 05-07, 2019, Muscat, Oman). doi: 10.1109/uvs.2019.8658300
- Zishan W., Shunliang P., Zishan S., Weiqun S. Computer vision scheme for autonomous landing of unmanned helicopter on ship deck // Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics. 2007. V. 33, Iss. 6.
- Wang X.-J., Pan S.-L., Song Z.-S., Shen W.-Q. Vision based analytic 3D measurement algorithm for the autonomous landing of unmanned helicopter on ship deck // Optical Technique. 2007. V. 33. P. 264-267.
- Sharp C.S., Shakernia O., Sastry S.S. A vision system for landing an unmanned aerial vehicle // Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2001) (May, 21-26, 2001, Seoul, Korea (South)). doi: 10.1109/robot.2001.932859
- Shiqing L., Chunhua H., Jihong Z. A Method for estimating position and orientation of an unmanned helicopter based on vanishing line information // Computer Engineering and Applications. 2004. V. 9.
- Лукьянов О.Е., Золотов Д.В., Эспиноса Барсенас О.У., Комаров В.А. Определение аэродинамических характеристик малоразмерных беспилотных летательных аппаратов в лётном эксперименте // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2023. Т. 22, № 3. С. 59-74. doi: 10.18287/2541-7533-2023-22-3-59-74
- Tapia E. A note on the computation of high-dimensional integral images // Pattern Recognition Letters. 2011. V. 32, Iss. 2. P. 197-201. doi: 10.1016/j.patrec.2010.10.007
- Jähne B., Scharr H., Körkel S. Principles of filter design // Handbook of Computer Vision and Applications. V. 2. Signal Processing and Pattern Recognition. Academic Press, 1999. P. 125-151.
- Canny J. A computational approach to edge detection // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1986. V. 8, Iss. 6. P. 679-698. doi: 10.1109/tpami.1986.4767851
- Гайнутдинова T.Ю., Гайнутдинов В.Г., Латыпов Р.Р., Мухаметзянов Ф.Ф. Способ точной посадки беспилотного летательного аппарата и устройство для реализации способа: патент РФ № 2773978; опубл. 14.06.2022; бюл. № 17.
Дополнительные файлы
