Без GPS: беспилотникам в России готовят новую навигацию
Рынок беспилотников ускоряет темпы развития в России. Одновременно государство пытается локализовать отрасль. Это касается в том числе навигационных систем, которые и позволяют дрону садиться в нужном месте в нужное время. В ИТМО создали систему локальной навигации для беспилотного транспорта, заменяющую GPS.
Система, разработанная ИТМО, называется «Восток», она помогает беспилотникам определять местоположение там, где отсутствует или неустойчиво работает GPS. Ученые считают, что такой вид навигации пригодится для дронов — ассистентов беспилотного транспорта, посадки беспилотного вертолета на палубу ледокола на Северном морском пути и доставки покупок из онлайн-магазинов прямо на подоконник дома: координаты вычисляются с точностью до 4 мм, а скорость — с точностью до 2 см/сек.
Без GPS
Обычно при навигации и построении маршрута беспилотники ориентируются на данные спутниковой системы навигации (GPS). Однако она ошибается рядом со стенами в плотной городской застройке и недоступна в закрытых помещениях вроде комнат и тоннелей. Даже два метра разницы между реальным и расчетным местоположением помешают небольшому дрону точно приземлиться на базу подзарядки или положить посылку в нужное место.
Поэтому в РФ разрабатываются системы локальной навигации, где конструкторы и разработчики используют разные методы, например расклеивают по площади посадки QR-коды. Камера дрона считывает их и по ним ориентируется в пространстве. Однако, отмечают эксперты, недостаток такого подхода в том, что он требует хорошего равномерного освещения и большого количества QR-кодов разного масштаба, чтобы беспилотник видел их с разных расстояний.
Еще один метод — использование радиомаяков и ультразвука. С помощью приемников дрон улавливает источники волн и определяет свое местоположение. Но радиоволны отражаются от стен, а ультразвук заглушается шумом лопастей, что мешает рассчитывать координаты.
«Восток», как утверждают в ИТМО, не нуждается в видеокамере, радаре или лидаре для ориентирования. Параметры позволяют беспилотнику садиться и взлетать с движущегося транспорта даже в густом тумане.
«Наш метод основан на классических принципах радионавигации и радиопеленгации и схож с разговором между двумя людьми, которые стоят в одном месте и разговаривают через мегафоны, — пояснил руководитель проекта, аспирант первого курса факультета безопасности информационных технологий ИТМО Тимофей Мельников. — Хотите услышать одного — встаньте напротив его мегафона, другого — встаньте напротив второго, а если нужно услышать обоих — встаньте посередине».
В «Востоке» роль мегафонов выполняют два светодиода, развернутые друг относительно друга под определенным углом. В каждом модуле по две пары светодиодов. Они светят на фотоприемники беспилотника промодулированным на разной частоте сигналом. Фотоприемники принимают сигнал, а специальный модуль усиливает и обрабатывает сигналы, рассчитывает координаты дрона и прямо на борту передает данные в бортовой компьютер. «В реальном времени мы видим точное местоположение дрона, а также изменения в высоте и углах наклона бортов», — уточнил Тимофей Мельников.
Конкуренция есть
Год назад о подобной разработке заявляли ученые НИУ «МЭИ». Они также разработали программно-аппаратный комплекс (ПАК) для радионавигации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Комплекс является источником точных координат для реализации систем автопилотирования. Он состоит из радиопередатчиков, размещенных по периметру рабочей зоны, и радиометок, которые устанавливаются на беспилотники. Радиометка с помощью специального интерфейса позволяет дронам получать данные о своем местоположении в режиме реального времени.
Ректор НИУ «МЭИ» Николай Рогалев говорил, что ПАК может выступать альтернативой ГЛОНАСС и GPS при проведении испытаний в ангаре перед полевыми испытаниями на полигоне. Кроме того, систему можно использовать не только для БПЛА, но и для промышленных, складских роботов, в «пространствах, где отсутствуют сигналы спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС, GPS».
Не так давно в рамках реализации мероприятий дорожной карты «Новое индустриальное ПО» (НИПО) создан новый индустриальный центр компетенций «Беспилотные авиационные системы». Там также идет разработка программно-аппаратной системы автономной навигации беспилотных воздушных средств, причем с применением искусственного интеллекта.
ИИ, считают эксперты, пригодится и для территорий с плохим покрытием сотовой связи или в условиях спуфинга (глушения сигнала спутниковых сетей). В этом проекте также запланировано использование сенсорных технологий.
Большие перспективы
По данным ассоциации «Аэронекст», в России в области беспилотной авиации работает около 160 компаний. Это без учета «частников», а также небольших региональных предприятий, использующих БАС в локальных работах, связанных с мониторингом.
В качестве основного направления применения БАС сегодня называют дистанционный мониторинг: 54% БАС предусмотрены для данных работ. Второй по приоритету сферой применения считают аэрологистику: 19% БАС предусмотрены для перевозки грузов. Третье место по количеству БАС являются внешние работы: строительно-монтажные работы, локальная защита объектов, санитарная обработка и др. — 10%. Для выполнения работ в остальных сферах предусмотрено 19% систем.
По данным «Ростелекома», в 2023–2024 годах на долю дистанционного мониторинга пришлось 42% от общего количества проектов с применением беспилотных систем, на обеспечение безопасности объектов — 38%, еще 10% — на логистические задачи.
«Ростелеком» прогнозирует, что российский рынок БПЛА, применяемых для задач коммерческого сектора экономики, будет расти более чем на 60% в год, к 2028 году его объем превысит 81 млрд рублей. На сегодняшний день общий объем рынка беспилотных аппаратов в коммерческом секторе, по оценкам экспертов «Ростелекома», составляет около 10 млрд рублей.
На развитие беспилотной авиации в России выделено федеральное финансирование в размере 696 млрд рублей до 2030 года. Денежные средства будут направляться, например, на субсидии для создания российской сети научно-производственных центров. До 2027 года в регионах будет создано 48 таких центров.
