МЕТОД АДАПТИВНОГО СКАНИРОВАНИЯ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЛУЧОМ ЛАЗЕРНОГО ЛОКАТОРА В РЕЖИМЕ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАЛОВЫСОТНОГО ПОЛЕТА БЕСПИЛОТНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (52-54)

52 Национальная ассоциация учены х (НАУ) # 56, 20 20
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ
1.Bishop G., Bricken W., Bro oks F., Brown M.,
Burbeck C., Durlach N., Ellis S., Fuchs H., Green M.,
Lackner J., et al. Research Directions in Virtual
Environments // Computer Graphics, Vol. 26, No. 3,
1992. P. 153 —183.
2.Гебель М., Клименко С.В. Научная
визуализация в виртуальном окр ужении //
Программирование, Т. 4, 1994. С. 29 —46.
3.Афанасьев В.О., Байгозин Д.А., Батурин
Ю.М., Даниличева П.П., Долговесов Б.С.,
Еремченко Е.Н., Казанский И.П., Клименко А.С.,
Клименко С.В., Леонов А.В. и др. Системы
визуализации и виртуального окружения в задачах
исследования космоса: настоящее и будущее // В
кн.: Космонавтика XXI века. Попытка прогноза
развития до 2101. РТСофт , 2010. С. 185 —256.
4.Baturin Y.M., Danilicheva P.P., Klimenko S.V.,
Serebrov A.A. Virtual Space Experiments and Lessons
from Spa ce // Proceedings of ED -MEDIA 2007.
Vancouver BC. 2007. Vol. 1. P. 4195 —4200.
5.Даниличева П.П., Фомин С.А., Клименко
С.В., Батурин Ю.М., Серебров А.А., Щербинин
Д.Ю. Виртуальное повествование как
инновационная образов ательная технология //
Труды Первой ме ждународной конференции
«Трехмерная визуализация научной, технической и
социальной реальности. Кластерные технологии
моделирования». Ижевск. 2009. Т. 2. С. 123 —125.
6.Клименко С.В., Никитин И.Н., Никитина
Л.Д. Аванго: система разработки виртуальных
окружен ий. Москва —Протвино : Институт физико -
технической информатики , 2006. 252 с.
7.Cerf M., Harel J., Einhäuser W., Koch C.
Predicting human gaze using low -level saliency
combined with face detection // Advances in neural
information processing systems. 2008. P. 241 —248.
8.Palermo R., Rhodes G. Are you always on my
mind? A review of how face perception and attention
interact // Neuropsychologia, Vol. 45, No. 1, 2007. P.
75 —92.
9.Chien S.H.L. No more top -heavy bias: Infants
and adults prefer upright faces but not top -heavy
geometric or face -like patterns // Journal of Vision,
Vol. 11, No. 6, 2011. P. 1 —14.
10.Ярбус А.Л. Исследование закономерностей
движений глаз в процессе зрения // Доклады АН
СССР, № 4, 1954. С . 89 —92.
11.Tul lis T., Siegel M., Sun E. Are people d rawn
to faces on webpages? // CHI'09 Extended Abstracts on
Human Factors in Computing Systems. 2009. P.
4207 —4212.
12.Файн В.С. Опознавание изображений.
Основы непрерывно -групповой теории и ее
приложения. Москва: Наука , 1970. 295 с.
13.Файн В.С. Алгоритмич еское
моделирование формообразования. Москва: Наука,
1975. 141 с.
14.Parke F.I. Computer generated animation of
faces // Proceedings of the ACM annual conference —
Volume 1. 1972. P. 451 —457.

УДК 681.396.473+681.516

МЕТОД АДАПТИВНОГО СК АНИРОВАНИЯ ПОДСТИ ЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ Л УЧОМ
ЛАЗЕРНОГО ЛОКАТОРА В РЕЖИМЕ ИНФОРМАЦИОНН ОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
МАЛОВЫСОТНОГО ПОЛЕТА БЕСПИЛОТНОГО ТРАНСП ОРТНОГО СРЕДСТВА 

Лисицын В.М.
кандидат технических наук
Мужичек С.М.
доктор технических наук
Обросов К.В.
кандидат технических наук
ФГУП «ГосНИИАС », г. Москва

THE METHOD OF ADAPTI VE SCANNING OF THE U NDERLYING SURFACE LA SER LOCATOR
BEAM IN THE MODE OF INFOR MATION SUPPORT OF LO W-ALTITUDE FLIGHT OF AN
UNMANNED VEHICLE

Lis itsyn V.M.
candidate of technical sciences
Muzhichek S.M.
doct or of technical sciences
Obrosov K.V.
candidate of technical sciences
State Research Institute of Aviation Systems
DOI: 10.31618/nas.2413 -5291.2020.1.56.230
 Работа выполнена при финансовой поддержке РФ ФИ (проект № 19 -29 -06077 мк .)

Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 56, 20 20 53
Аннотация
Предложен новы й м етод адаптивного сканирования подстилающей поверхности лучом
лазерного локатора в режиме информационного обеспечения маловысотного полета беспилотного
транспортного средства
Abstract
A new method of adaptive scanning of the underlying surface is propose d laser locator beam in the mode
of information support of low -altitude flight of an unmanned vehicle
Ключевые слова : автономная навигация, беспилотное транспортное средство
Keywords : autonomous navigation , unmanned vehicle

Навигационная система для авто номного
беспилотного транспортного средства (БТС), как
правило, рассматривается на базе
комплексирования спутниковой навигации и
бесплатформенной инерциальной навигационной
системы (БИНС). Однако, в зонах экранирования
(плотна я городская застройка, туннели ,
пространство под мостами и эстакадами и т.д.)
спутниковая навигация неработоспособна, или, что
еще хуже, может неправильно определять текущее
местоположение БТС. Поэтому очевидна
актуальность постановки задачи автономной
нав игации БТС на основе физически х
характеристик окружающей среды, в том числе, в
условиях городской застройки.
Известно, что столкновения с препятствиями
при выполнении маловысотного полета (МВП) в
условиях городской застройки являются одной из
важнейших пр ичин аварийных ситуаций для
современных летательных аппаратов. При этом
очень часто необнаруженными препятствиями,
столкновение с которыми приводят к аварийным
ситуациям, являются линии электропередач и
провода, которые почти не наблюдаемы экипажем
летател ьного аппарата (ЛА) даже при х орошей
видимости. Проведенные экспериментальные и
теоретические исследования показали, что
единственным надежным средством обнаружения
любых, в том числе неметаллических препятствий
являются лазерно -локационные (ЛЛ) системы. В
связи с этим в последние годы ряд известных
зарубежных фирм (Northrop Grumman (США),
Dornier Gmbh (Германия), Marconi SPA (Италия),
GEC Avionics (Великобритания)) ведут работы по
созданию систем обнаружения препятствий и
предупреждения о столкновениях на базе лазерных
локаторов с разн ой длиной воны излучения для
оснащения перспективных (ЛА).
Лазерный локатор (ЛЛ) является
принципиально новым средством
информационного обеспечения МВП. Его
применение на ЛА существенно расширяет
функциональные возможности авиации, позволяя
решать на преде льно малых высотах полета (20 -50
м) задачи точной доставки грузов, пожаротушения,
мониторинга, монтажных работ при строительстве,
спасательных операций и т.п. Формируемая ЛЛ 3D
информация о наблюдаемой наземной сцене в
сочетании со способностью своевременн ого
обнаружения таких тонких препятствия как
провода, тросы (в том числе и неметаллические),
растяжки, мачты и т.п. позволяет автоматически
пролонгировать траекторию полета и обеспечивает
безопасность выполнения поставленных задач в
сложной фоно -целевой об становке без априорных
данных о рельефе и конфигурации назе мных
объектов. Использование в локаторе излучения на
длине волны в два раза большей, чем красная
граница спектрального диапазона глаза, позволяет
работать в сложных метеоусловиях и дымах и не
созда ет угроз для глаз людей, оказавшихся на
анализируемой сцене .
Специфической особенностью ЛЛ является
формирование узких (менее одной угловой
минуты) диаграмм направленности излучения.
Угловая скорость сканирования такой диаграммой
при достигнутых частотах с ледования
зондирующих импульсов (30 -100 кГц) ограничена,
что приводит при регулярных развертках либо к
малым полям обзора, либо к низкому темпу
обновления информации в поле обзора. Такой
недостаток имеет место во всех созданных и
разрабатываемых ЛЛ система х [1 -3]. В
разработанной методике предложен выход из
создав шегося положения путем отказа от
регулярных разверток дальностного поля с целью
экономного расходования зондирующих
импульсов, т.е. такого управления угловым
движением лазерного луча, которое испол ьзует уже
накопленную информацию о дальностном поле и
ориен тировано на решение конкретных задач
планирования измерений угол -угол -дальность в
процессе сканирования анализируемой сцены.
В настоящее время известны методики
регулярного сканирования, в которых область
формирования дальностного поля в координатах
угол -угол совпадает с полем обзора локатора и
формируется в результате сложения двух движений
в координатах угол -угол: сравнительно медленного
поворота базовой системы координат вдоль одной
из угловых ко ординат и быстрого двумерного
регулярного периодического пе ремещения луча
лазерного локатора (ЛЛ) относительно базовой
системы координат.
Научная новизна предлагаемой методики [4]
заключается в том, что задают диапазон
минимальных дальностей до подстилающ ей
поверхности, соответствующий периоду
сканирования, скоро сти полета и надежному
обнаружению всех возможных препятствий,
включая провода, тросы и т.п., используют
технически реализуемые фрагменты траектории
сканирования с управляемыми параметрами,
которые могут изменять конфигурацию
фрагментов траектории, в том ч исле их угловую
ориентацию в вертикальной плоскости, при

54 Национальная ассоциация учены х (НАУ) # 56, 20 20
многократной реализации фрагментов за время
полупериода обновления информации о
дальностном поле, т.е. за время медленного
поворота базовой системы координат в сторону
левой или правой границы поля о бзора, в процессе
сканирования определяют требуемые параметры
каждого следующего фрагмента траектории по
результатам обработки имеющихся измерений
углов и дальностей так, чтобы угловая ориентация
этого фрагмента в вертикальной плоскости
соответствовала поп аданию прогнозируемых
минимальных дальностей в заданный диапазон
максимальных дальностей надежного обнаружения
всех возможных препятствий, в процессе
сканирования формируют сигналы управления
испол нительными устройствами так, чтобы
реализуемые в текущий мо мент времени
фрагменты траектории имели параметры с
минимально возможными отклонениями от
требуемых параметров, обеспечивая тем самым в
процессе сканирования отрицательную обратную
связь в системе автоматического управления
угловым положением по вертикали нижних
участков, соответствующих минимальным
дальностям на траектории сканирования,
удерживая эти нижние участки траектории на таких
углах наклона зондирующего луча, которые
соответствуют заданному диапазону
максимальных дальностей.
Предлагаемая методика п озволяет
автоматически формировать траекторию
сканирования в координатах угол -угол,
концентрируя при этом направления измерений
дальностей в области положений возможных
препятствий над земной повер хностью в заданном
диапазоне дальностей при любом рельефе
местности. Задание такого диапазона дальностей
может быть проведено заранее. Его верхняя
граница определяется тактико -техническими
требованиями на ЛЛ в части его основной
характеристики - максимальн ой дальности
надежного обнаружения тонких протяженных
препя тствий типа проводов ЛЭП, тросов, растяжек
и т.п. в ограниченно -сложных метеоусловиях.
Нижняя граница диапазона дальностей
рассчитывается как разность между верхней
границей и произведением скорост и полета ЛА на
период обновления информации в пределах поля
обзора.
Выполненное авторами математическое
моделирование процессов информационного
обеспечения МВП показало, что использование
предложенной методики адаптивного
сканирования позволят пролонгирова ть
безопасные траектории полета ЛА в азимутальном
секторе, который в два -четыре раза больше, чем
сектор пролонгации безопасных траекторий полета
в случае применения регулярного сканирования
земной поверхности лучом ЛЛ при одинаковых
средних плотностях точе к зондирования в
информативных областях полей обзора.

Лите ратура
1. «Obstacle avoidance system for helicopter
and other aircraft», Патент USA №5465142 от 7
ноября 1995 г.
2. Schulz K.R., Scherbarth S., Fabry U. Hellas:
obstacle warning system for helicopt ers // Proc.
SPIE. 2002. V.4723. P. 1 -8.
3. Gunther Winkle, Hellas Protect helos
Defence Helicopter, December 1998 - January
1999, pp. 23 -25.
4. Мужичек С. М., Обросов К. В., Ким В. Я.,
Лисицын В. М ., Дронский С. А. Способ
адаптивного сканирования подстила ющей
поверхности лучом лазерного локатора в режиме
информационного обеспечения маловысотного
полета. Патент РФ на изобретение № 2 706 912 ,
2020.