Цикл работ «Использование методов обработки изображений для решения задач навигации и управления автоматическими беспилотными летательными аппаратами различных классов».

Данный цикл работ соответствует следующим направлениям деятельности Института:

· Фундаментальные и прикладные научные исследования в области механики, систем управления и информатики

· Фундаментальные и прикладные научные исследования планет и малых тел Солнечной системы

Перечень работ и их аннотации:

1. “Модель ошибок измерения вектора параметров движения ЛА системой технического зрения”. Гришин В. А. VII Международная конференция "Идентификация систем и задачи управления" SICPRO'08. Доклад прошел рецензирование и принят оргкомитетом. (http://www.sicpro.org/sicpro08/code/e08__a.htm, доклад номер 13027).

В управлении движением летательных аппаратов различных классов все большее распространение получают системы технического зрения. Такие системы обладают рядом несомненных преимуществ перед классическими радиотехническими системами. Одним из таких преимуществ является возможность реализации автоматической посадки на неподготовленную площадку. Одним из препятствий на пути использования таких систем является весьма сложный характер зависимости ошибок измерения параметров движения и их корреляционных связей от характера траектории движения летательного аппарата, его скорости, характера изображения визируемой поверхности, пространственного положения и количества используемых опорных точек и других факторов.

Модели ошибок измерений используются для комплексирования результатов измерения датчиков различной физической природы. Разработке такой модели, предназначенной для реализации в реальном времени на борту летательного аппарата посвящен доклад.

2. “Селекция аномальных ошибок установления соответствия в монокулярном режиме” Гришин В. А. 13-я Всероссийская конференция “Математические методы распознавания образов”. 30 сентября – 5 октября 2007. Санкт-Петербург. C. 299-302.

В системах технического зрения, используемых для управления беспилотными летательными аппаратами, находят применение монокулярные датчики оптического потока. Величина ошибок и устойчивость процесса измерения существенно зависят от эффективности селекции аномальных ошибок установления соответствия изображения одной и той же точки поверхности на разных кадрах. Устойчивость к аномальным ошибкам измерения достигается комплексом мер, охватывающим весь цикл обработки информации.

В докладе предложен метод селекции аномальных ошибок на ранних стадиях обработки информации, что позволяет существенно сократить вычислительные затраты на определение параметров движения и селекцию аномальных ошибок на последующих стадиях обработки.

3. “On-board Real-Time Image Processing to Support Landing on Phobos”. B. Zhukov, G. Avanesov, V. Grishin, E. Krasnopevtseva. 7th International Symposium Reducing the Costs of Spacecraft Ground Systems and Operations (RCSGSO) 11 - 15 June 2007 Moscow, Russia.

Телевизионная система навигации и наблюдения (ТСНН) предназначена для получения изображений Фобоса и Марса для решения научных задач, а также задач навигации. Кроме того, ТСНН предназначена для поддержки процесса автономной посадки на поверхность Фобоса. В процессе посадки ТСНН осуществляет выбор площадки, наиболее пригодной для посадки, а также резервирование бортовых средств в части измерения высоты и скорости перемещения относительно поверхности Фобоса. В докладе рассмотрены сценарий посадки, аппаратный состав ТСНН а также методы измерений.

4. “Алгоритмы установления соответствия при обработке изображений для решения

задач управления посадкой летательных аппаратов” Гришин В. А., Книжный И. М., Хрекин К. Е. Четвёртая всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2006.

Одним из наиболее критичных вопросов при разработке бортовых систем технического зрения, предназначенных для управления движением летательных аппаратов, являются алгоритмы установления соответствия изображений точек поверхности на различных кадрах. Для решения задачи установления соответствия “area-based” методами авторами предлагается использовать подходы, базирующиеся на селекции блоков изображения высокого контраста и динамическим изменением шага поиска экстремума и порога селекции для текущего значения вектора смещения. Кроме того, предложен спектральный метод установления соответствия, который является промежуточным между “area-based” и “feature-based” методами установления соответствия. Метод использует принцип вложения носителей различных пространственных частот для уменьшения чувствительности к проективным искажениям и сокращения вычислительных затрат.

5. “Системы технического зрения в решении задач навигации и терминального управления” Гришин В. А. Космическое приборостроение. Россия. Таруса. 7-9 июня 2006 г. Институт космических исследований. Российская академия наук. 2006. С. 96-113.

В докладе, носящем обзорный характер, кратко представлены результаты предыдущих работ автора в области использования бортовых систем технического зрения применительно к задачам навигации и терминального управления. Системы технического зрения реализуют алгоритмы навигации по естественным и искусственным геофизическим полям и позволяют обеспечить значительное повышение точности решения навигационных задач. Решение таких задач автор увязывает с реализацией задачи трехмерной реконструкции наблюдаемой поверхности в реальном времени. Это позволяет применять большой арсенал средств, накопленный разработчиками в процессе развития широкого спектра профилеметрических навигационных систем и получить высокую устойчивость и надежность определения координат. К задачам терминального управления относятся задачи наведения, стыковки, посадки. Использование систем технического зрения в этих задачах позволяет существенно повысить точность измерений и расширить вектор измеряемых параметров.

6. “Телевизионная Система Навигации и Наблюдения (ТСНН): Алгоритмы информационного обеспечения процесса посадки на Фобос”. Гришин В.А., Жуков Б.С. Внутренний отчет. Москва. ИКИ. 2007. 49 с.

В отчете представлены материалы, относящиеся к описанию задач, решаемых телевизионной системой навигации и наведения на этапе посадки на Фобос. Представлены алгоритмы, используемые в ТСНН, приведены расчетные формулы, определяющие параметры этих алгоритмов. Представлены циклограммы работы камер. Представленные материалы учитывают сложившуюся архитектуру системы и в частности аппаратную реализацию интерфейсов обмена информацией.

7. “Предварительный анализ системы технического зрения, осуществляющей информационную поддержку процесса управления посадкой на поверхность Фобоса”. Гришин В. А. Внутренний отчет. Москва. ИКИ. 2006. 27 с.

В отчете представлены результаты предварительного анализа системы технического зрения, предназначенной для информационной поддержки процесса управления посадкой. Основной упор сделан на анализ влияния исходных баллистических данных процесса посадки на параметры и возможности системы технического зрения.