Топ-5 функцій, що мають бути у професійних додатках для БпЛА

Для розробників БПЛА прикладний рівень став справжнім центром тяжіння у сфері сучасних систем дронів. Фюзеляжі, двигуни та електронні регулятори швидкості можуть визначати фізичні характеристики. Але саме програмне забезпечення — алгоритми навігації, модулі автономності, логіка виконання місій та координація корисного навантаження — визначає, чи може літальний апарат виконувати складні завдання. 

У реальних умовах усе рідко працює ідеально. Сигнали слабшають. З’являються багатопроменеві спотворення. Корисне навантаження спричиняє вібрації та зсуви в часі. Все це значно збільшує відповідальність програм для БПЛА.

Тому професійна програма для БПЛА повинна забезпечувати значно більше, ніж просто прокладання маршруту. Вона має включати такі п’ять розширених функцій: 

1. Інтегрований планувальник місій з автономною логікою виконання

У професійних операціях потрібен планувальник, який працює як автономна система станів і реагує на зміну умов середовища.

Основні вимоги включають:

• автоматичне формування маршруту на основі параметрів місії, географічних обмежень чи команд оператора;

• динамічне коригування маршруту в реальному часі на основі даних датчиків, зміни умов середовища або втручання оператора;

• поведінку з урахуванням перешкод, що використовує дані датчиків або зовнішніх джерел.

Щоб це стало можливим, сучасні системи автопілота для дронів все частіше використовують алгоритми машинного та глибинного навчання на периферії. Такі моделі дозволяють виконувати адаптивне планування траєкторій, прогнозування перешкод, обробляти дані датчиків та виявляти аномалії з мінімальною затримкою прямо на пристрої для виконання місії.

Завдяки використанню ШІ дрон може діяти автономно навіть у разі обмеженої пропускної здатності, втрати зв’язку або ненадійності GNSS.

2. Підтримка навігації без GNSS

Під час розробки своєї програми потрібно враховувати, що сигнали GPS можуть бути нестабільними. Перешкоди в роботі сигналів часто трапляються в зонах воєнних конфліктів, поблизу критичної інфраструктури та на деяких промислових об’єктах. Візуальні орієнтири теж можуть бути недоступні, наприклад, у морі, тумані, диму або в умовах слабкого освітлення.

Професійна програма для БПЛА повинна включати:

• гібридну інерційну навігаційну систему (INS) з корекцією дрейфу на базі ШІ, здатну стабілізувати положення без супутникових даних;
  
• точне зависання на основі інерційних та модельних оцінювачів стану;
  
• автономний зліт, посадку і повернення додому виключно на основі інерційних даних та інформації про стан системи.

Висновок для розробників: ваша програма для БПЛА має враховувати, що GNSS може бути відсутнім. Модуль навігації не повинен “зависати” або давати невизначену поведінку при втраті GNSS. Він має плавно переходити на внутрішні оцінювачі стану і повинен діяти передбачувано і послідовно.

3.  Інтеграція системи управління польотом, незалежна від апаратного забезпечення

Більшості розробників доводиться працювати з флотом із різних дронів, автопілотів та корисних навантажень. Тому апаратна абстракція — критично важлива для програми БПЛА. Додаток має підтримувати: 

• синтетичний GPS-вихід, сумісний з популярними стеками відкритого коду і кастомними стеками польотних контролерів, що забезпечує безперебійну заміну при погіршенні GNSS;
  
• навігаційне обладнання з компактними, легкими і енергоефективними системами, які легко інтегрувати без необхідності змінювати корпус чи систему живлення;
  
• різнорідні корисні навантаження — EO/IR, LiDAR, мультиспектральні камери, радіочастотні модулі — зі зрозумілими інтерфейсами для синхронізації та управління.
  

Такий рівень абстракції, реалізований в Osiris Drone OS, відокремлює логіку програми від обмежень обладнання конкретного виробника та полегшує процес інтеграції. Фактично, ви можете запускати програму на квадрокоптерах, VTOL, прив’язаних дронах чи гібридних системах без перепрограмування навігації або логіки виконання місій.

4. Синхронізація корисного навантаження та датчиків

Управління корисним навантаженням має бути тісно інтегроване з рівнями навігації та місії, якщо ви хочете реалізовувати складні сценарії експлуатації. Якісні відеозаписи розвідки, дані для картографування, хмари точок LiDAR та мультиспектральні зображення залежать від точної синхронізації часу між положенням літального апарату, швидкістю та діями корисного навантаження.

Технічно надійна програма для БПЛА повинна мати:

• Детерміновані канали тригерів для керування затворами EO/IR-камер, запуску LiDAR, мультиспектральної зйомки та інших подібних маніпуляцій.
  
• Механізми синхронізації часу, такі як PPS, PTP або апаратні синхронізаційні виводи, для узгодження подій датчиків та навігаційних станів.
  
• Інтерфейс для налаштування модулів корисного навантаження, що дозволить розробникам інтегрувати нестандартне обладнання без перепрограмування базової логіки польоту.
  

Правильна синхронізація запобігає просторовим спотворенням у картографії, відхиленням у послідовностях даних розвідки та помилкам у задачах, що вимагають просторової кореляції між траєкторією польоту та вихідними даними датчиків. Для розробників це різниця між необробленими даними телеметрії та готовими до використання даними.

6. Дальнє, високоточне управління та телеметрія

На рівні розробки питання дальності — це перш за все проблема стабільності каналів управління та телеметрії, а не конструкції дрона. Програма для БПЛА має забезпечувати стабільну оцінку стану, передбачуване виконання команд і стійкі канали передачі даних під час тривалих місій у межах або поза межами прямої видимості оператора.

Налагоджена архітектура управління/телеметрії повинна включати:

• надійні канали передачі команд з чергами повідомлень, що мають високий пріоритет для критичних команд польоту, на відміну від даних корисного навантаження з низьким пріоритетом;
  
• надійні потоки телеметрії для отримання даних про положення, стан навігації, стан системи, навантаження на ЦП, енергоспоживання та показники якості датчиків;
  
• продуману логіку аварійних сценаріїв, що інтегровані безпосередньо в програму: поведінка при втраті зв’язку, автоматизовані профілі повернення та перемиканная станів без втручання оператора.
  

Випробування в реальних умовах — наприклад, довготривалі польоти без GNSS зі стабільним рівнем сигналу та точним досягненням кінцевої точки — демонструють важливість правильно спроектованого циклу управління/телеметрії. Без цього навіть найкращі модулі автономного управління швидко виходять з ладу через відстань або перешкоди.

Підсумки 

Все зводиться до того, що ваша автономна система ефективна настільки, наскільки потужна операційна система, на якій вона працює. Планувальник місій, навігаційний модуль або контролер корисного навантаження не зможуть працювати на повну, якщо вони побудовані на фрагментованому програмному шарі, де є проблеми з синхронізацією, абстракцією обладнання або прийняттям рішень в режимі реального часу..

Саме тут Osiris Drone OS стає потужним інструментом. Це універсальна бортова програмна платформа, яка об’єднує надійний контролер польоту та операційну систему, що працює на обладнанні для місії, надаючи розробникам модульне середовище, сумісне з будь-яким обладнанням, для розробки системи автономності високого рівня. Osiris дозволяє здійснювати цільові автономні дії, забезпечує безпечне виконання місій та надає зрозумілі інтерфейси як для апаратних, так і для програмних компонентів. А завдяки підтримці інстальованих програм ви можете завантажувати модулі для конкретних місій, створювати власні сценарії поведінки або розширювати систему за допомогою власної логіки на базі штучного інтелекту.

Дізнайтеся більше про Osiris Drone OS.