Основная цель всего исследования — «Разработка устройства «Инервизор» – комбинированного модуля технического зрения и навигации БВС с применением инерциальных сенсоров для решения задач визуального поиска объектов, 3D позиционирования и одновременного вычисления карты сложного рельефа и препятствий в условиях недоступности ГНСС».
Цель работы на втором этапе заключалась в реализации разработанных на первом этапе предложений и решений в процессе изготовления аппаратной части ПАК, интеграции ее с датчиками, исполнительными механизмами и с системным программным и программно-математическом обеспечении, разработке алгоритмов управления и навигации, тестированием разработанных алгоритмах на действующем образце ПАК, разработки РКД на ПАК, программы и методик его исследовательских испытаний.
В результате выполнения этапа получены следующие результаты:
1) Тестирование прошивок для микроконтроллеров, проведенное при изготовлении аппаратной части ПАК на базе макета вычислителя с платой расширения, позволило выявить и устранить ряд ошибок в программе калибровки полетного контроллера БВС, провести проверку функционирования и настройки режимов работы MEMS датчиков, выявить особенности работы некоторых компонент ПО, провести визуальную проверку управляемости БВС по всем каналам. Отладка работы на испытательных стендах позволила проверить интеграцию программных и аппаратных частей ПАК, включая набор датчиков, проверить правильность реализации разработанных алгоритмов и степень их достижения поставленным целям.
2) Разработан гибридный алгоритм, сочетающий свойства быстродействия, присущие классическим быстрым алгоритмам технического зрения и точности сверточных нейронных сетей для решения задачи детектирования и классификации объектов интереса на борту БВС. Предварительные проведенные эксперименты показали возможность успешного применения выбранного подхода.
3) Тестирование специального и математического программного обеспечения с применением имитационного и стендового моделирования показало корректность выбранных методов и подходов по разработке алгоритмов реконструкции (вычисления 3D карты сложного рельефа и препятствий) и навигации БВС в условиях недоступности сигналов ГССН.
4) Разработан алгоритм реконструкции, который показал приемлимые результаты при проведении экспериментов. В случае полной информации о 3D-сцене, реконструкция происходит с хорошей степенью точности. Кроме того, алгоритм в этом случае является еще и дополнительным источником информации о текущих характеристиках движения (угловая и поступательная скорость). В случае неполной информации о 3D-сцене реконструкция происходит с удовлетворительной степенью точности за счет максимально-возможного использования имеющейся информации и восполнения ее недостаточности из дополнительных источников характеристик движения.
5) Разработан алгоритм навигации, который показал достаточно хорошие результаты тестирования. В случае неизменяемой ориентации, БВС практически возвращается в исходное положение, что служит доказательством его пригодности в задачах с четко заданным маршрутом (например, облет стеллажей для распознавания находящихся на них объектах).
6) Успешно реализованы программные и аппаратные решения при разработке ПАК «Инервизор», интеграция их и стандартного оборудования БВС в единое целое, что открывает целый ряд перспективных направлений для успешного применения БВС с навигационным модулем на основе системы технического зрения в тех областях деятельности, где применение сигналов ГНСС затруднено и/или практически не возможно. Это может быть как решение специальных задач, таких как автономное патрулирование, поиск людей и объектов, охраны и защиты периметра, мониторинга технического состояния инженерных сооружений различной степени сложности; задач, связанных с облетом закрытых помещений в интересах составления подробных планов и 3D-моделей помещений, решения целого круга задач логистики и складского хранения; задач актуализации картографической информации и мониторинга окружающей среды.
7) Разработаны и экспериментально подтверждены способы управления полетным контроллером БВС по трем координатам, позволяющие осуществлять интеграцию программной и аппаратной частей ПАК путем передачи синтезированных программными методами коэффициентов управления в полетный контроллер ПАК.
8) Разработана рабочая конструкторская документация программно-аппаратного комплекса «Инервизор». РКД позволяет разработать технологию промышленного производства ПАК, производить опытные образцы ПАК, осуществлять контроль, приемку, поставку и эксплуатацию ПАК, проводить все виды испытаний, а также профилактические, ремонтные и восстановительные работы.
9) Разработаны программа и методики исследовательских испытаний ПАК «Инервизор», что дает возможность произвести проверку функционирования ПАК, правильности разработанных алгоритмов, их программной и аппаратной реализации, выявить возможные недостатки и разработать мероприятия по их устранению на третьем этапе проведения НИОКР.
10) Разработаны варианты монтажных технологических устройств для интеграции аппаратной части ПАК в корпус БВС, напечатанные на 3D-принтере, обеспечивающие надежное крепление, обладающие высокой степенью устойчивости к вибрации и не влияющие на аэродинамические характеристики БВС.
Полученные в ходе второго этапа работ результаты представляют собой необходимый задел для выполнения третьего (заключительного) этапа работ по проекту.
