БАГАТОПРОМЕНЕВА ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННА СИСТЕМА ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КООРДИНАТ ДРОНА

Автор(и)

  • Дмитро Володимирович Аверін Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-4432-3958
  • Володимир Миколайович Боровицький Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0001-6816-0391

DOI:

https://doi.org/10.24025/2306-4412.1.2023.267070

Ключові слова:

оптичний датчик, вимірювання координат, навігація, позиціонування на основі бачення, злиття даних, багатопроменева техніка, кодовані промені

Анотація

В статті представлено багатопроменеву оптико-електронну систему для вимірювання координат дрона в тривимірному просторі. Всі існуючі системи умовно можна поділити на два класи: системи, які використовують камери, і системи, які не використовують камери. В нашій роботі показано новий метод системи, яка не використовує камеру. Одна частина цієї системи встановлюється навколо посадкової площадки або площадки, над якою необхідно здійснити позиціонування. Він утворює набір низькоенергетичних оптичних променів певної форми. Кожний промінь передає цифровий код, який характеризує його розташування відносно площадки. Друга частина цієї системи – це невеликий набір мініатюрних фотодетекторів, які закріплюються під дроном. Запропонована методика на основі порівняння коду променя дозволяє розрахувати координати дрона відносно площадки. Ця система гарантує точність у кілька десятків сантиметрів, що необхідно для точного зльоту чи посадки дрона без використання дорогої цифрової камери чи людини-оператора. В статті запропоновано розрахунок кількості однакових променів випромінювальної частини, які необхідні для досягнення встановленої точності. Розрахунок проводився в двох напрямках: горизонтальному та вертикальному. Це дає змогу корегувати положення дрона у тривимірному просторі як для зльоту/посадки, так і для підтримки одного положення на висоті. Представлений працюючий прототип системи, яка складається з випромінювального блока на землі та приймального блока на дроні. Випромінювальний блок формує у просторі кодовані промені, які надходять до приймального блока. Приймальний блок оброблює отриману інформацію і надсилає сигнали до блока управління дроном для корегування його положення відносно посадкової зони. Показано результати досліджень при застосуванні різних діафрагм для світлодіодів та фотоприймальних пристроїв. Вибрано найкращий варіант конструкції блоків та отримано оцінку похибок вимірювання координат дронів.

Біографії авторів

Дмитро Володимирович Аверін, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

аспірант

Володимир Миколайович Боровицький, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

д.т.н., професор

Посилання

T. Yang et al., "A ground-based near infrared camera arbeam system for UAV auto-landing in GPS-denied environment", Sensors, vol. 16, no. 9, p. 1393, 2016.

T. Ren, "The UAV take-off and landing system used for small areas of mobile vehicles", Proc. SPIE, vol. 10710, 2018.

Foxtech, "High-precision landing system for drones. Product description", 2020. [Online]. Available: https://www.foxtechfpv.com/high-precision-landing-system-for-drones.html.

Flytbase, "Precision landing system with widest compatibility. Product description", 2020. [Online]. Available: https://flytbase.com/precision-landing/.

IRLock, "MarkOne precision landing tutorial", 2020. [Online]. Available: https://irlock.com/collections/ir-markers/products/ir-lock-sensor-precision-landing-kit.

R. Paulson, "Infrared landing system for a mini remotely-piloted vehicle", Proc. SPIE, vol. 0124, 1977.

M. Skoczylas, "Autonomic drone landing system based on LEDs pattern and visual markers recognition", Proc. SPIE, vol. 10808, 2018.

Y. Xu, "Deep learning for UAV autonomous landing based on self-built image dataset", Proc. SPIE, vol. 11041, p. 20119.

B. Miller, A. Miller and S. K. Popov, "UAV landing based on the optical flow video navigation", Sensors, vol. 19, no. 6, p. 1351, 2019.

D. Starodubov, "Ship-relative instant multispectral position system", Proc. SPIE, vol. 10633, 2018.

V. Farr, "Optical guidance system and apparatus", USA Patent US4856896A, 1989.

D. M. Bertin, and L. D. Maria, "Optical device for indicating the glide angle for aircraft", USA Patent US7535380B2, 2009.

K. Fujiwara, "Control apparatus for running moving object", USA Patent US4554498A, 1982.

G. K. Netzler, and P. R. Lofgren, "Apparatus and method for optical guidance system for automatic guided vehicle", USA Patent US4626995A, 1986.

M. S. Feldmann, "System and methods of detecting an intruding object in a relative navigation system", USA Patent US9435635B1, 2015.

D. N. Fisk, "Fresnel lens optical alignment system", USA Patent US2015/0153486 A1, 2015.

D. Averin, V. Borovytsky, and V. Mykytenko, "Drone positioning systems that uses digital cameras", Bulletin of Kyiv Polytechnic Institute. Series Instrument Making, July 2022.

D. Averin, V. Borovytsky, and S. Tuzhanskyi, "Local positioning system for drones without usage of digital cameras", Optoelectronic Information-Power Technologies, vol. 42, no. 2, pp. 5-11, Oct. 2022.

V. Borovytsky, and D. Averin, "Optical sensor for drone coordinate measurements", Proc. SPIE, vol. 11352, 2020.

V. Borovytsky, and D. Averin, "Optical-electronic positioning system", Ukr. Patent 141943, 2020.

Microchip Technology, "8-bit Atmel with 8KBytes in-system programmable flash ATmega8 ATmega8L", 2013. [Online]. Available: https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-2486-8-bit-AVR-microcontroller-ATmega8_L_summary.pdf.

Vishay Semiconductors, "TSAL6100 high power infrared emitting diode, 940 nm", 2019. [Online]. Available: https://www.vishay.com/docs/81009/tsal6100.pdf.

Vishay Semiconductors, "TSOP32156 IR receiver modules for remote control systems", 2019. [Online]. Available: http://www.vishay.com/docs/82490/tsop321.pdf.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-02-21

Як цитувати

Аверін, Д. В., & Боровицький, В. М. (2023). БАГАТОПРОМЕНЕВА ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННА СИСТЕМА ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КООРДИНАТ ДРОНА. Вісник Черкаського державного технологічного університету, (1), 5–12. https://doi.org/10.24025/2306-4412.1.2023.267070

Номер

Розділ

Автоматизація та приладобудування

URN