Функции - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер

Лекция

Это продолжение увлекательной статьи про беспилотный летательный аппарат.

...

/ data-auto-open loading="lazy" alt="Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер">

Степени автономности БПЛА

Производители БПЛА часто встраивают в себя определенные автономные операции, такие как:

Самовыравнивание: стабилизация ориентации по осям тангажа и крена.
Удержание высоты: дрон поддерживает высоту, используя атмосферное давление и / или данные GPS.
Зависание / удержание положения: поддержание ровного тангажа и крена, стабильного курса и высоты рыскания при сохранении положения с помощью GNSS или инертных датчиков.
Безголовый режим: управление тангажем относительно положения пилота, а не относительно осей транспортного средства.
Без забот: автоматический контроль крена и рыскания при горизонтальном движении
Взлет и посадка (с использованием различных воздушных или наземных датчиков и систем; см. Autoland )
Отказоустойчивость: автоматическая посадка или возврат домой при потере сигнала управления
Возвращение домой: Летите обратно к точке взлета (часто сначала набирая высоту, чтобы избежать возможных препятствий, таких как деревья или здания).
Следуй за мной: сохраняйте положение относительно движущегося пилота или другого объекта с помощью GNSS, распознавания изображений или радиомаяка.
GPS-навигация по путевым точкам: использование GNSS для навигации к промежуточному месту на пути следования.
Орбита вокруг объекта: похожа на «Следуй за мной», но постоянно вращайся вокруг цели.
Предварительно запрограммированные фигуры высшего пилотажа (например, перекаты и петли)

Функции

Полная автономия доступна для конкретных задач, таких как дозаправка в воздухе [87] или переключение батарей на земле; но задачи более высокого уровня требуют больших вычислительных, сенсорных и исполнительных возможностей. Один из подходов к количественной оценке автономных возможностей основан на терминологии OODA , предложенной исследовательской лабораторией ВВС США в 2002 году и использованной в таблице ниже: [88]

США Автономные уровни управления диаграммы скрывать
Уровень	Дескриптор уровня	Наблюдать	Ориент	Принять решение	Действовать
		Восприятие / ситуационная осведомленность	Анализ / Координация	Принятие решений	Возможность
10	Полностью автономный	Знающий обо всем в боевом пространстве	Координаты по мере необходимости	Способен к полной независимости	Требуется небольшое руководство для работы
9	Познание роя боевого пространства	Вывод в поле боя - намерение себя и других (союзников и врагов). Сложная / напряженная среда - бортовое отслеживание	Назначенные стратегические цели группы Предполагаемая вражеская стратегия	Распределенное тактическое групповое планирование Индивидуальное определение тактической цели Индивидуальное планирование / выполнение задач Выберите тактические цели	Групповое достижение стратегической цели без участия куратора
8	Боевое познание	Вывод о близости - намерение себя и других (союзников и врагов) Снижает зависимость от внешних данных	Назначенные стратегические цели группы Предполагаемая тактика врага ATR	Скоординированное тактическое групповое планирование Индивидуальное планирование / выполнение задач Выберите цель возможности	Групповое достижение стратегической цели при минимальном контроле (пример: пойти на охоту SCUD)
7	Знания о пространстве битв	Осведомленность о шорт-треке - история и прогнозирование боевых действий Данные в ограниченном диапазоне, временные рамки и числа Ограниченный вывод, дополненный сторонними данными	Поставленные цели тактической группы Расчетная траектория врага	Индивидуальное планирование / выполнение задач для достижения целей	Групповое достижение тактических целей с минимальной супервизией
6	В реальном времени Многопрофильное сотрудничество	Дальняя осведомленность - бортовое зондирование на большие расстояния, дополнены сторонними данными	Поставленные цели тактической группы Траектория врага обнаружена / оценена	Скоординированное планирование и выполнение траектории для достижения целей - групповая оптимизация	Групповое достижение тактических целей с минимальной супервизией Возможно: близкое разделение воздушного пространства (+/- 100 ярдов) для AAR, формирование в безопасных условиях
5	В реальном времени Координация нескольких транспортных средств	Ощущаемая осведомленность - местные датчики для обнаружения других, Сливается с внешними данными	План тактической группы назначен RT Health Diagnosis Возможность компенсации большинства отказов и условий полета; Способность прогнозировать начало сбоев (например, Prognostic Health Mgmt) Групповая диагностика и управление ресурсами	Перепланировка траектории на борту - оптимизация для текущих и прогнозных условий Избежание столкновения	Самостоятельное выполнение тактического плана, назначенного извне Разделение воздушного пространства среднего транспортного средства (сотни ярдов)
4	Адаптация к неисправности / событию Транспортное средство	Преднамеренная осведомленность - союзники передают данные	План тактической группы назначен Назначенные правила ведения боевых действий RT Health Diagnosis; Способность компенсировать большинство отказов и условий полета - изменения внутреннего цикла отражаются на характеристиках внешнего цикла	Бортовая перепланировка траектории - управляемая событиями Самостоятельное управление ресурсами Разрешение конфликтов	Самостоятельное выполнение тактического плана, назначенного извне Разделение воздушного пространства среднего транспортного средства (сотни ярдов)
3	Надежная реакция на сбои / события в реальном времени	История здоровья / статуса и модели	План тактической группы назначен RT Health Diagnosis (Каковы масштабы проблем?) Способность компенсировать большинство отказов и условий полета (например, адаптивное управление внутренним контуром)	Оцените статус по сравнению с требуемыми возможностями миссии Отмена / RTB недостаточно	Самостоятельное выполнение тактического плана, назначенного извне
2	Изменяемая миссия	Датчики здоровья / состояния	Диагностика RT Health (Есть ли у меня проблемы?) Внешняя перепланировка (по мере необходимости)	Выполнять предварительно запрограммированные или загруженные планы в ответ на миссию и состояние здоровья	Самостоятельное выполнение тактического плана, назначенного извне
1	Выполнить заранее запланированное Миссия	Предварительно загруженные данные миссии Управление полетом и навигационное зондирование	До / после полета BIT Статус отчета	Запрограммированная миссия и планы отмены	Требования к широкому эшелонированию воздушного пространства (мили)
0	Удаленно Пилотируемый Транспортное средство	Контроль полета (отношение, скорость) зондирования Носовая камера	Телеметрические данные Команды внешнего пилота	Нет данных	Управление внешним пилотом

Средние уровни автономии, такие как реактивная автономия и высокие уровни, использующие когнитивную автономию, в некоторой степени уже достигнуты и являются очень активными областями исследований.

Реактивная автономия Теория перцептивного контроля

Реактивная автономия, такая как коллективный полет, предотвращение столкновений в реальном времени , отслеживание стен и центрирование коридора, зависит от электросвязи и ситуационной осведомленности, обеспечиваемой датчиками дальности: оптическим потоком , [89] лидарами (световыми радарами), радарами , сонарами .

Большинство датчиков дальности анализируют электромагнитное излучение, отраженное от окружающей среды и достигающее датчика. Камеры (для визуального потока) действуют как простые приемники. Лидары, радары и сонары (со звуковыми механическими волнами) излучают и принимают волны, измеряя время прохождения туда и обратно. Камеры БПЛА не требуют мощности излучения, что снижает общее потребление.

Радары и гидролокаторы в основном используются в военных целях.

Реактивная автономия в некоторых формах уже достигла потребительских рынков: она может стать широко доступной менее чем через десять лет. [63]

Новейшие (2013 г.) автономные уровни для существующих систем

Одновременная локализация и отображение

SLAM объединяет одометрию и внешние данные, чтобы представить мир и положение БПЛА в нем в трех измерениях. Наружная навигация на большой высоте не требует больших полей обзора по вертикали и может полагаться на координаты GPS (что делает ее простым картированием, а не SLAM). [90]

Двумя связанными областями исследований являются фотограмметрия и лидары, особенно в 3D-среде на малых высотах и в помещении.

Фотограмметрический и стереофотограмметрический SLAM для помещений был продемонстрирован на квадрокоптерах. [91]
Лидарные платформы с тяжелыми, дорогими и традиционными лазерными платформами на карданном шарнире уже зарекомендовали себя. Исследования направлены на определение стоимости производства, расширения из 2D в 3D, отношения мощности к дальности действия, веса и размеров. [92] [93] Светодиодные дальномеры коммерциализируют возможности обнаружения на малых расстояниях. Research исследует гибридизация между излучением света и вычислительной мощности: фазированной антенной решетки пространственный модулятор света , [94] [95] и частотно-модулированный-непрерывной волны (FMCW) МЭМС -tunable с вертикальным резонатором поверхностно-излучающие лазеры (ВИЛ). [96]

Рой поведение роя

Рой роботов относится к сети агентов, способных динамически изменять конфигурацию, когда элементы покидают или входят в сеть. Они обеспечивают большую гибкость, чем сотрудничество между несколькими агентами. Рой может открыть путь к слиянию данных. Некоторые био-вдохновленные полетные стаи используют поведение рулевого управления и стайку.

Будущий военный потенциал

В военном секторе американские хищники и жнецы созданы для контртеррористических операций и в зонах боевых действий, в которых противник не имеет достаточной огневой мощи, чтобы их сбить. Они не предназначены для противостояния противовоздушной обороне или воздушному бою . В сентябре 2013 года глава США Combat Air Command заявил , что в настоящее время беспилотные летательные аппараты были «бесполезны в оспариваемом среде» , если воздушное судно с экипажем не были там , чтобы защитить их. Исследовательская служба Конгресса 2012 г.(CRS) в отчете высказывались предположения, что в будущем БПЛА могут выполнять задачи, выходящие за рамки разведки, наблюдения, разведки и нанесения ударов; в отчете CRS в качестве возможных будущих начинаний перечислялись боевые действия «воздух-воздух» («более трудная задача будущего»). Комплексная дорожная карта по беспилотным системам Министерства обороны на 2013–2038 годы предусматривает более важное место для БПЛА в бою. Проблемы включают расширенные возможности, взаимодействие человека и БПЛА, управление повышенным потоком информации, повышенную автономность и разработку специальных боеприпасов для БПЛА. Проект систем систем DARPA [97] или работа General Atomics могут предвещать будущие сценарии ведения войны, последний раскрывает рой Avenger, оснащенный системой защиты области с высокоэнергетическим жидким лазером.(АД). [98]

Когнитивное радио (Cognitive Radio System, CRS)

Технология когнитивного радио может иметь применение в БПЛА. [99]

Система когнитивного радио (Cognitive Radio System, CRS) — радиосистема, способная получать сведения об особенностях собственной эксплуатации и на основе этих данных корректировать свои параметры работы

Возможности обучения

БПЛА могут использовать распределенные нейронные сети . [63]

Рынок

Военные

По состоянию на 2020 год семнадцать стран имеют на вооружении БПЛА, и более 100 стран используют БПЛА в военных целях. [100] На мировом рынке военных БПЛА доминируют компании, базирующиеся в США и Израиле. По количеству продаж в 2017 году доля США на военном рынке составила более 60%. Четыре из пяти крупнейших производителей военных БПЛА - американские, включая General Atomics , Lockheed Martin , Northrop Grumman и Boeing , за которыми следует китайская компания CASC . [101]Израильские компании в основном сосредоточены на небольших системах наблюдения БПЛА, и по количеству беспилотников Израиль экспортировал на рынок 60,7% (2014 г.) БПЛА, в то время как Соединенные Штаты экспортируют 23,9% (2014 г.); Основными импортерами военных БПЛА являются Великобритания (33,9%) и Индия (13,2%). Только в Соединенных Штатах в 2014 году эксплуатировалось более 9000 военных БЛА. [102] General Atomics является доминирующим производителем линейки продуктов Global Hawk и Predator / Mariner systems.

Гражданское

На рынке гражданских беспилотников доминируют китайские компании. Китайский производитель беспилотного DJI в одиночку был 74% доли штатский рынка в 2018 году, без другой компании приходится более чем на 5%, а с $ 11 млрд прогноза глобальных продаж в 2020 г. [103] После тщательной проверки его деятельности, США внутренних дел Департамент обосновал свой парк дронов DJI в 2020 году, а министерство юстиции запретило использование федеральных средств для покупки DJI и других БПЛА иностранного производства. [104] [105] За DJI следует китайская компания Yuneec , американская компания 3D Robotics и французская компания Parrot со значительным разрывом в доле рынка. [106]По состоянию на март 2018 года в Федеральном управлении гражданской авиации США было зарегистрировано более миллиона БПЛА (878000 любительских и 122000 коммерческих). NPD 2018 указывает на то, что потребители все чаще покупают дроны с более продвинутыми функциями с 33-процентным ростом как в рыночных сегментах с $ 500 +, так и с $ 1000 +. [107]

Рынок гражданских БПЛА относительно новый по сравнению с военным. Компании появляются как в развитых, так и в развивающихся странах одновременно. Многие стартапы на ранней стадии получили поддержку и финансирование от инвесторов, как в Соединенных Штатах, и от государственных учреждений, как в случае с Индией. [108] Некоторые университеты предлагают исследовательские и учебные программы или степени. [109] Частные организации также предоставляют онлайн-программы и программы личного обучения как для отдыха, так и для коммерческого использования БПЛА. [110]

Потребительские дроны также широко используются военными организациями по всему миру из-за рентабельности потребительских товаров. В 2018 году израильские военные начали использовать БПЛА серий DJI Mavic и Matrice для легких разведывательных миссий, поскольку гражданские дроны проще в использовании и имеют более высокую надежность. Беспилотные летательные аппараты DJI также являются наиболее широко используемой коммерческой беспилотной воздушной системой, которую использовала армия США. [111] [112] Дроны наблюдения DJI также используются китайской полицией в Синьцзяне с 2017 года.

К 2021 году мировой рынок БПЛА достигнет 21,47 млрд долларов США, при этом рынок Индии достигнет отметки в 885,7 млн долларов США [115].

Освещенные дроны начинают использоваться в ночных дисплеях в художественных и рекламных целях.

Транспорт

AIA сообщает большие грузовые и пассажирские беспилотники должны быть сертифицированы и введены в течение следующих 20 лет. Ожидается, что с 2018 года появятся большие дроны с сенсорами; ближнемагистральные и маловысотные грузовые суда за пределами городов с 2025 г .; дальнемагистральные грузовые рейсы к середине 2030-х годов, а затем пассажирские рейсы к 2040 году. Расходы на исследования и разработки должны вырасти с нескольких сотен миллионов долларов в 2018 году до 4 миллиардов долларов к 2028 году и 30 миллиардов долларов к 2036 году [116].

Сельское хозяйство

Поскольку глобальный спрос на производство продуктов питания растет экспоненциально, ресурсы истощаются, сельскохозяйственные угодья сокращаются, а сельскохозяйственная рабочая сила становится все более дефицитной, существует острая потребность в более удобных и интеллектуальных сельскохозяйственных решениях, чем традиционные методы, и промышленность сельскохозяйственных дронов и робототехники становится все более актуальной. ожидается прогресс. [117] Сельскохозяйственные дроны использовались в таких областях, как Африка, для создания устойчивого сельского хозяйства. [118]

Правоохранительные органы

Использование БПЛА в правоохранительных органах

Полиция может использовать дроны для таких приложений, как поисково-спасательные операции и мониторинг дорожного движения . [119]

Соображения по поводу развития

Имитация животных - этология

Орнитоптеры с машущими крыльями , имитирующие птиц или насекомых, являются областью исследований в области микробЛА . Присущая им скрытность рекомендует их для шпионских миссий.

Nano Hummingbird коммерчески доступен, в то время как микробПЛА весом менее 1 грамма, вдохновленные мухами, хотя и с использованием троса, могут «приземляться» на вертикальные поверхности. [120]

Другие проекты включают беспилотных «жуков» и других насекомых. [121]

Исследования изучают миниатюрные датчики оптического потока, называемые глазками , имитирующие сложные глаза насекомых, образованные из нескольких граней, которые могут передавать данные на нейроморфные чипы, способные обрабатывать оптический поток, а также различия в интенсивности света.

Выносливость

UEL UAV-741 Двигатель Ванкеля для работы БПЛА

продолжение следует...

Продолжение:

См.также

Дрон доставки
Дрон в коробке
Международный конкурс воздушной робототехники
Список фильмов с участием дронов
Микро-воздушный транспорт
Микромеханическое летающее насекомое
Миниатюрный БПЛА
ParcAberporth
Когнитивное радио
Радиоуправляемый самол ет
Satellite Sentinel Project
Тактическая система управления
Наземная станция управления БПЛА
Беспилотный подводный аппарат
Бретт Величович
Прилов человека
Проблема вагонетки Филиппа Фут проблема вагонетки , проблема теежки , филипп фут , trolley problem ,
беспилотные авто , uber , автопилот ,

Исследование, описанное в статье про беспилотный летательный аппарат, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое беспилотный летательный аппарат, бла, бпла, беспилотник, дрон, квадрокоптер и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Робототехника