Виртуальный полигон для исследования динамики четырехроторных БПЛА Александр Загарских, студент СПб НИУ ИТМО

Мотивация создания ВП Наличие реального объекта и/или объектов в должном количестве Износ оборудования Стоимость ошибки на реальном объекте может быть весьма высока Эксперимент на реальном объекте требует времени на подготовку и развертывание эксперимента, а также на приведение объектов в исходное состояние на каждой итерации 2

Особенности постановки задачи ВП QuadroX-DS Качественное воспроизведение аэродинамических эффектов взаимодействия групп БПЛА и окружения Моделирование инерциальных, барометрических и магнитометрических датчиков Синтез изображений формируемых камерами БПЛА Варьирование параметров БПЛА с целью поиска оптимальной конфигурации: – Длина плеча – Двигатели + ESC (по таблицам) – Пропеллеры и т.д. (по таблицам + опт. связь c пакетами CFD) Выбор окружения для моделирования Сопряжение с реальным объектом БПЛА Расчет в реальном масштабе времени 3

Архитектура виртуального полигона 4 Модель аэродинамического взаимодействия Модель тв. тела 6-DOF Модель тв. тела 6-DOF Система оптического захвата движения Система оптического захвата движения Модель функционирования IMU сенсоров Модель аэродинамического движителя Модель аэродинамического движителя Модель видеокамеры Модель видеокамеры Телеметрия БПЛА Телеметрия БПЛА Средства журналирования и анализа Средства журналирования и анализа Система управления - ручное - авто Система управления - ручное - авто Модель

Физическая подсистема (реальное время) Модель тв. Тела – CCD – 6-DOF Rigid body Двигатели: – По таблицам производителей – По эмпирическим формулам Решение уравнения Навье-Стокса – расчет вихрей создаваемых пропеллерами Расчет пропеллеров по эмпирическим формулам в заданном локальном потоке 5

Модель функционирования бортового оборудования Сенсоры Типы сенсоров: – Гироскоп – Акселерометр – Барометр – Магнитометр Шум Разрядность Период дискретизации Камера Помехи и шум Блики в линзах HDR Задержки видеопотока Разные фокусные расстояния и различные оптические искажения 6

Средства анализа динамики БПЛА Телеметрия «сырых» данных: – Акселерометр – Гироскоп – Барометр – Магнитометр – Сонар Телеметрия расчетных данных: – Результаты интегрирования – Управляющие сигналы (ШИМ на ЭКС) Запись данных в файл для дальнейшей обработки в пакетах математического моделирования Отображение графиков разных характеристик в режиме реального времени Motion Capture 7

Система оптического захвата движения (1) Бортовая система навигации всегда подвержена накапливающейся ошибке Необходим внешний стационарный инструмент трэкинга Оптическая система захвата движения: – Несколько ИК камер с подсветкой – Маркеры на БПЛА Применение: – Отладка бортовой СУ – Автоматизированная посадка на базе – Калибровка 8

Система оптического захвата движения (2) Vicon Bonita X8 Vicon Tracker – Высокая точность отслеживания движения твердых тел – Возможность отслеживания нескольких твердых тел и их идентификация – Vicon Tracker выступает как сервер, доступный другим программам 9

10

Система управления Ручное – Клавиатура – Джойстик Xbox 360 – 3D Mouse Space Pilot Автоматическое – Выполнение сценариев Обход опорных точек Фигуры высшего пилотажа – Групповое поведение Удержание строя Перестроение при потере БПЛА 11

Заключение Разработана архитектура ВП для изучения динамики 4-х роторных БПЛА в реальном масштабе времени Спроектирован и частично разработан программно- аппаратный комплекс ВП QuadroX-DS Реализован механизм мониторинга динамики БПЛА посредством: – Телеметрии сенсоров и результатов работы бортового оборудования – Системы оптического захвата движения 12

Вопросы? 13