Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет ..., печатный экземпляр отправим ...
Опубликовать статью

Молодой учёный

Навигационно-информационное поле наземных роботизированных платформ специального назначения

Технические науки
Препринт статьи
08.12.2025
12
Поделиться
Аннотация
Сформирован перечень типовых задач, решаемых наземными роботизированными платформами специального назначения (НРП СН). Проведен анализ технологий, позволяющих роботизированному комплексу решать навигационные задачи. Классифицирована информация, получаемая от сенсорных систем НРП СН. Определены тенденции развития роботизированных платформ и сформированы перспективные задачи навигационных систем.
Библиографическое описание
Шигин, И. А. Навигационно-информационное поле наземных роботизированных платформ специального назначения / И. А. Шигин, Р. С. Хаметов, А. А. Шилин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2025. — № 50 (601). — URL: https://moluch.ru/archive/601/131222.


Эффективное решение задач в ближней тактической зоне возможно только с помощью многофункциональных комплексов (МК). Классический подход создания МК предполагает интегрирование на единой платформе необходимых систем, имеющих высокую надежность. Так, комплекс противовоздушной обороны (ПВО) объединяет на одном носителе следующие системы: радиолокационную станцию, оптико-электронную систему, полезную нагрузку. Однако практика показала, что высоконадежный и многофункциональный комплекс, включающий ряд дорогих и сложных систем, может быть выведен из строя дешевым беспилотным летательным аппаратом (БПЛА) [2].

Современные тактики проведения специальных операций определили новую тенденцию построения сложных многоуровневых систем, отличительными особенностями которых являются:

  1. Распределение функционала между несколькими информационно взаимосвязанными роботизированными платформами.
  2. Применение в конструкции МК устройств и систем общепромышленного назначения.

Альтернативный способ построения МК формирует у них новые свойства:

— гибкость — возможность построения (перестроения) МК из платформ с функционалом, требующимся для решения целевой задачи;

— легкая воспроизводимость — изготовление общепромышленных ключевых узлов и систем, а не по специальному заказу;

— дешевизна — применение массовой продукции вместо систем, сделанных по специальному заказу;

— массовость — возможность изготавливать целевые платформы в больших количествах.

Ключевым фактором эффективной работы МК с функционалом, распределенным между наземными роботизированными платформами (НРП), является способность точно определять свое месторасположение в любой тактической обстановке [3].

Таким образом, задача по формированию навигационно-информационного поля (НИП) НРП СН является актуальной.

Функциональная принадлежность НРП СН в рамках МК может быть разнообразной. Однако независимо от функционала НРП СН должны решать типовые задачи, связанные с перемещением полезной нагрузки:

  1. Перемещение между двумя заданными точками:

— по знакомой (подготовленной) местности;

— по незнакомой местности;

— по жестко заданному маршруту;

— по динамическому маршруту, построенному НРП СН исходя из тактической обстановки.

  1. Объезд препятствий:

— статические объекты;

— динамические объекты (люди, животные, техника).

  1. Парковка — точное позиционирование относительно заданного объекта.
  2. Ожидание.
  3. Зарядка аккумуляторной батареи.

Движение между двумя заданными точками подразумевает задание начальной и конечной точки маршрута. Навигация по знакомой местности предполагает предварительную подготовку карты, определение на карте реперных точек с жестко привязанными координатами, формирование на местности специальной знакографической информации или создание локального навигационного поля. Для движения НРП СН по такому участку не требуется много датчиков. В большинстве случаев достаточно комбинированной работы RGB-камеры и инерционной системы (ИНС). Для того чтобы карта окружения была достоверна, ее необходимо периодически обновлять [5].

Движение в условиях неизвестного или частично неизвестного окружения на практике встречается чаще. Такой тип движения требует уточнения карты на ходу и расширенного набора источников навигационной информации.

Движение по заранее заданному маршруту НРП СН могут выполнять в случаях тщательной предварительной подготовки и получения полного набора информации о препятствиях и тактической обстановке. Такой тип движения является наиболее предсказуемым и безопасным.

Движение по динамическому маршруту не требует заранее составленной точной карты. Карта может составляться или уточняться по ходу движения транспортного средства (ТС) от начальной к конечной точке. Примером такого типа ТС является робот-курьер, количество маршрутов которого слишком велико, чтобы их можно было задать заранее, а карта может быстро изменяться ввиду тактической обстановки [6].

На практике движение НРП СН может быть комбинированного типа в зависимости от внешних условий и исходных данных.

Объезд препятствий рассматривается как отдельная задача, потому что объекты могут быть динамичными и вести себя непредсказуемо. Решение такой задачи должно происходить в реальном времени. Задача объезда препятствий может возникнуть у любого типа НРП СН. Минимальным набором устройств для решения этой задачи является RGB-камера и дальномер.

Парковка также является задачей, в которой время принятия решения сильно ограничено, при этом важна точность определения положения и ориентации ТС относительно объектов окружающей среды.

Ожидание и зарядка — две наиболее простые задачи, которые требуют понимания, что транспортное средство никуда не двигается. Такая задача может быть решена с помощью одной из систем: RGB-камера, ультразвуковые датчики, ИНС или ГНСС-модуль.

Исходя из перечня типовых задач, решаемых НРП СН, задачи навигации целесообразно классифицировать по зонам:

— дальняя навигация — навигация НРП СН относительно целевой точки назначения;

— средняя навигация — навигация НРП СН относительно препятствий, возникающих на маршруте;

— ближняя навигация — обеспечение движения НРП СН с учетом внешних воздействующих факторов (ветер, уклоны, особенности подстилающей поверхности).

Классификация зон навигации с требуемыми параметрами для осуществления движения и частота обновления этих параметров представлены в таблице 1.

Таблица 1

Классификация зон навигации

Зона навигации

Задача

Частота обновления информации, Гц

Географические координаты

Локальные координаты

Расстояние

Скорость

Угловая скорость

Ориентация

Дальняя

Движение из начальной точки в конечную

Однократно

+

+

+

Средняя

Уточнение препятствий на удаленном расстоянии

1

+

+

+

+

+

Уточнение рельефа местности на удаленном расстоянии

Ближняя

Объезд препятствий (маневрирование)

100

+

+

+

+

Парковка

Особенности задач, решаемых в каждой навигационной зоне НРП СН, формируют требования к информации. Требования к информации для каждой навигационной зоны представлены в таблице 2.

Таблица 2

Требования к информации для каждой навигационной зоны

Вид задачи

Требования

Точность

Быстродействие

Достоверность

Полнота

Актуальность

Дальняя

+

+

+

Средняя

+

+

+

Ближняя

+

+

+

+

+

Формирование навигационно-информационного поля (НИП) НРП СН возможно на основе данных, полученных с ряда сенсорных систем: ГНСС-приемников, ИНС, лидаров, камер, Wi-Fi-роутеров (локальной системы координат), GSM-датчиков, ArUco-маркеров, ультразвуковых датчиков расстояния, датчиков вращения колес, радиомаяков и RFID-меток [4]. Параметры, измеренные системами, представлены в таблице 3.

Каждая из этих систем имеет свои преимущества и ограничения использования, вызванные накоплением ошибки, зависимостью от внешних климатических и механических факторов, ограничением зон покрытия и скоростью передачи сигнала, зависимостью от освещения. Преимущества и ограничения систем формирования НИП представлены в таблице 4. Наличие ограничений приводит к тому, что ни одна из систем по отдельности не позволяет управлять НРП СН в автономном режиме. Таким образом, для стабильного решения навигационной задачи необходимо дублирование навигационной информации и комплексное применение нескольких систем [1].

Таблица 3

Параметры, получаемые от навигационно-информационных систем НРП СН

Система

Координаты

Относительное местоположение

Расстояние

Скорость

Угловая скорость

Ориентация

Изображение

Принцип работы

ГНСС

+

+

Радиоволновой

GSM

+

Радиоволновой

Wi-Fi

+

Радиоволновой

Радиомаяки и RFID-метки

+

Радиоволновой

Лидары

+

Оптический

Камеры

+

+

+

+

Оптический

ArUco-маркеры

+

+

+

+

Оптический

Датчики вращения колес

+

+

Оптический или магнитный

ИНС

+

+

+

Микроэлектромеханический

Ультразвуковые датчики

+

Акустический

Таблица 4

Преимущества и ограничения навигационно-информационных систем НРП СН

Характеристика

ГНСС

ИНС

Камеры в задаче картографирования

Камеры в движении по полосе

Wi-Fi

Ультразвуковые датчики расстояния в задаче картографирования

Лидары

GSM

ArUco-маркеры

Радиомаяки и RFID-метки

Датчики вращения колес

Высокая точность позиционирования

±

+

+

+

+

+

±

+

+

Работа в помещении

±

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Всепогодность

+

+

+

+

+

Зависимость от освещения

+

+

+

Автономность работы

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Зависимость от предварительной подготовки инфраструктуры

+

+

+

+

+

+

+

Накопление ошибки со временем функционирования

+

+

+

+

+

+

+

Учитывая, что одни и те же физические параметры измеряются различными сенсорами НРП СН, целесообразно сформировать карту НИП НРП СН, которая отражает достаточный набор навигационной информации для решения различных задач. Карта НИП для типовых задач представлена в таблице 5.

Таблица 5

Карта НИП для типовых задач НРП СН

Задача / датчик

Вариант

ГНСС

GSM

Wi-Fi

ИНС

Лидары

Камеры

Ультразвуковые датчики расстояния

ArUco-маркеры

Радиомаяки и RFID-метки

Датчики вращения колес

Движение по заранее известному (заранее заданному) маршруту

1

+

+

+

2

+

+

+

+

3

+

+

+

Движение между двумя заданными точками (начальной и конечной)

1

+

+

+

2

+

+

+

Движение по заранее известной карте, где окружение статическое и не меняется или слабо меняется с течением времени

1

+

+

+

Движение в неизвестном или частично известном окружении

1

+

+

2

+

+

+

Объезд препятствий

1

+

+

Парковка

1

+

+

Ожидание и зарядка

1

+

2

+

3

+

Проведенный анализ показывает, что тенденция развития НРП СН заключается в росте их количества и разнообразия выполняемого функционала. Очевидно, что развитие НРП СН будет происходить по следующим направлениям:

  1. Миниатюризация платформ и дробление функционала систем, ранее располагавшихся на одной платформе.
  2. Удешевление и массовость НРП СН вплоть до управляемых (движущихся) минных полей, которые будут позволять конфигурировать (переконфигурировать) поле в зависимости от тактической обстановки и задач.

Таким образом, в ближайшей перспективе возникнет многократный рост участников движения в виде НРП СН, а следовательно, возникает необходимость организации управлением движения с учетом многофакторности, решаемых задач перемещения, смены позиций, потерь, изменений ландшафта и т. д.

Повышение количества НРП СН и многообразие функциональных задач резко повышает значимость формирования НИП в различных системах координат (относительной и абсолютной) с учетом ценовых ограничений.

Вывод:

В новых условиях потребуется системный анализ задач всего поля свойств перспективных НРП СН и способов решения навигационных задач на базе традиционных методов и путем выработки новых комбинированных подходов.

Литература:

  1. Гладышевский В. Л., Горгола Е. В., Лысенко В. В., Митякова Е. Е. Экономическое моделирование и эмпирический подход к решению проблемы оптимизации соотношения ресурсного обеспечения обороны страны и экономического роста // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. — 2017. — Т. 13, вып. 1. — С. 59–76. — Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/ekonomicheskoe-modelirovanie-i-empiricheskiy-podhod-k-resheniyu-problemy-optimizatsii-sootnosheniya-resursnogo-obespecheniya-oborony (дата обращения: 23.08.2025).
  2. Справочник по терминологии в оборонной сфере // Министерство обороны Российской Федерации: официальный сайт. — URL: https://dictionary.mil.ru/folder/123101/item/127817/ (дата обращения: 09.10.2025).
  3. Эксперт по дронам оценил состояние индустрии БПЛА Евросоюза [Электронный ресурс] // Известия, 28.05.2025. — Режим доступа: https://iz.ru/1894509/2025–05–28/ekspert-po-dronam-otcenil-sostoianie-industrii-bpla-evrosoiuza (дата обращения: 23.08.2025).
  4. Ansys.com. «How MBSE is Used in Aerospace Engineering». 16.03.2021. URL: https://www.ansys.com/blog/mbse-aerospace-engineering
  5. GlobeNewswire. «Military Simulation And Virtual Training Global Market Report 2025». 31.07.2025. URL: https://www.globenewswire.com/news-release/2025/07/31/3125105/28124/en/Military-Simulation-And-Virtual-Training-Global-Market-Report-2025-Modernization-VR-Adoption-Cyber-Warfare-Training-Scenario-Based-Learning-and-AI-Integration-Fueling-Growth-Foreca.html
  6. UAV flight training and simulation market research report information by application (civil & commercial, defense & military, and homeland security), by UAV type (HALE UAV and MALE UAV), and by region (North America, Europe, Asia-Pacific, and rest of the world) — market forecast till 2030 [Электронный ресурс]. — Market Research Future, 2019. — Режим доступа: https://www.marketresearchfuture.com/reports/uav-flight-training-and-simulation-market-1239 (дата обращения: 23.08.2025).
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Молодой учёный №50 (601) декабрь 2025 г.
📄 Препринт
Файл будет доступен после публикации номера

Молодой учёный