Разработка симулятора управления квадрокоптером с GPS-позиционированием


Авторы

Макаров А. С.*, Чеканин В. А.**

ФГБОУ ВО «Московский государственный технологический университет «Станкин», 127994, г. Москва, Вадковский пер., д.1

*e-mail: MakarovAlex2002@yandex.ru
**e-mail: vladchekanin@yandex.ru

Аннотация

Рынок беспилотных летательных аппаратов расширяется с каждым годом, требуя привлечения все большего количества кадров в качестве операторов беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), в том числе, операторов квадрокоптеров. Наряду с этим растет популярность квадрокоптеров у авиамоделистов и видеографов-любителей. Подготовка квалифицированных операторов БПЛА представляет собой важную задачу для обеспечения безопасности в воздушном пространстве. В статье рассматриваются подходы к тренировке операторов квадрокоптеров и приводится аргументация в пользу применения виртуальных симуляторов в подготовке. Симуляторы позволяют пользователям приобретать начальные навыки пилотирования без риска повреждения имущества или нанесения кому-либо вреда. В ходе работы выполнен анализ существующих симуляторов, включающий описание их функциональные возможностей, преимуществ и недостатков. Приведены сведения о разработанном прототипе симулятора, в котором присутствует возможность интеграции проприетарных пультов управления квадрокоптеров с GPS-позиционированием, отсутствие (или ограниченность) поддержки которых является существенным недостатком существующих симуляторов GPS-квадрокоптеров. В прототипе поддержан пульт DJI RC-N1, являющийся одним из наиболее распространенных на момент конца 2024 года. Помимо базового функционала, в разработанном прототипе присутствуют обучающие сценарии, в которых пользователь может получить навыки управления беспилотником при возникновении различных внештатных и критических ситуаций. Применение такого симулятора в процессе обучения будет способствовать повышению качества подготовки операторов, снижению аварийности и уменьшению финансовых рисков, связанных с человеческим фактором. Представленное решение может быть полезно как для любителей, так и для будущих коммерческих операторов. В последующем проект будет развиваться за счет экстенсивного расширения базы поддерживаемых пультов, создания новых тренировочных сценариев и добавления большего количества моделей квадрокоптеров, учитывающих их физические характеристики и особенности управления. 

Ключевые слова:

беспилотный летательный аппарат, квадрокоптер, обучение операторов квадрокоптеров, симулятор

Библиографический список

  1. Абрамов М.М. Новые и перспективные направления применения беспилотных летательных аппаратов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 3. С. 227-232.
  2. Ронжин А.Л., Нгуен В.В., Соленая О.Я. Анализ проблем разработки беспилотных летательных манипуляторов и физического взаимодействия БЛА с наземными объектами // Труды МАИ. 2018. № 98. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=90439
  3. Звоников В.М., Куликов С.А. Об особенностях профессионально важных качеств операторов беспилотных летательных аппаратов // Прикладная психология и педагогика. 2024. № 1. С. 36-43. DOI: 10.12737/2500-0543-2024-9-1-36-43
  4. Василькин Д.П., Любский Д.И. Подходы к разработке образовательных виртуальных симуляторов // V Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и инновации» (Саратов, 12 апреля 2021): сборник статей. - Саратов: Изд-во Цифровая наука, 2021. С. 39-43.
  5. Князев А.С. Особенности применения тренажёрных имитаторов многофункциональных индикаторов в процессе обучения личного состава // Труды МАИ. 2023. № 128. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=171412. DOI: 10.34759/trd-2023-128-23
  6. Корнилов В.А., Молодяков Д.С., Синявская Ю.А. Система управления мультикоптером // Труды МАИ. 2012. № 62. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=35543
  7. Пантелеев А.В., Летова Т.А., Помазуева Е.А. Применение методов глобальной оптимизации для параметрического синтеза обобщенного пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора в задаче управления полетом // Труды МАИ. 2015. № 79. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=55635
  8. Данилин З.А., Коваленко А.Н. Достоинства и недостатки протокола ELRS при использовании в беспилотных летательных аппаратах // Материалы ХIII Республиканской научно-практической конференции «Обеспечение пограничной безопасности и охрана государственной границы республики Беларусь: теория и практика» (Минск, 28 февраля 2024). - Минск: Институт пограничной службы Республики Беларусь», 2024. С. 33.
  9. Шевцов А.С., Ильюх М.П. Изучение птиц с помощью квадрокоптера // Русский орнитологический журнал. 2020. № 1930. С. 2456-2470.
  10. Гоголев А.А. Полунатурное моделирование беспилотных летательных аппаратов типа мультикоптер // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=77238
  11. Михайлюк М.В., Трушин А.М. Расчет коллизий параллелепипедов в задачах динамики // Труды научно-исследовательского института системных исследований Российской академии наук. 2012. Т. 2, № 2. С. 51-58.
  12. Матвеев С.Н., Галлямова Э.Х., Киселев Б.В. О статистической оценке внедрения обучающих математических тренажеров-симуляторов в обучение // Проблемы современного педагогического образования. 2021. № 71-1. С. 249-255.
  13. Шалимов А.А. Эффективное обучение персонала для достижения оптимальной стратегии управления проектами // Вестник МГТУ "Станкин". 2009. № 4 (8). С. 122-125.
  14. Михайлова М.В. Социальная ценность как основа профессионального развития личности в технологической среде // Вестник МГТУ "Станкин". 2018. № 3 (46). С. 147-150.
  15. Никулина Е.Н., Тарасова Е.В. Методика оценки эффективности модернизации испытательных подразделений предприятий по производству летательных аппаратов // Вестник МГТУ "Станкин". 2016. № 1 (36). С. 91-95.
  16. Дудоров Е.А., Сохин И.Г., Курицын А.А. Имитационно-моделирующий стенд эргономического сопровождения робототехнических систем космического назначения // Вестник МГТУ "Станкин". 2021. № 1 (56). С. 64-75.
  17. Иванова Н.А., Рябов С.А., Шварцбург Л.Э. Мультимедийные обучающие системы по обеспечению безопасности в производственной среде // Вестник МГТУ "Станкин". 2015. № 4 (35). С. 128-131.
  18. Алиев Р.С. Математическая модель оценки сложности разработки программного обеспечения // Вестник МГТУ "Станкин". 2015. № 2 (33). С. 93-97. 
  19. Позднеев Б.М., Сутягин М.В., Селиванцев О.И. Моделирование структуры и оценка качества процессов электронного обучения // Вестник МГТУ "Станкин". 2012. № 1 (19). С. 60-65.
  20. Nwaogu J.M. et al. Enhancing Drone Operator Competency within the Construction Industry: Assessing Training Needs and Roadmap for Skill Development // Buildings. 2024. V. 14, No. 4. P. 1153. DOI: 10.3390/buildings14041153
  21. Somerville A. et al. Use of Simulation for Pre-Training of Drone Pilots // Drones. 2024. V. 8, No. 11. P. 640. DOI: 10.3390/drones8110640
  22. Usama A. et al. First Person View Drone-FPV // The International Undergraduate Research Conference. The Military Technical College. 2021. V. 5, No. 5. P. 437-440. DOI: 10.21608/iugrc.2021.246400
  23. Mairaj A., Baba A.I., Javaid A.Y. Application specific drone simulators: Recent advances and challenges // Simulation Modelling Practice and Theory. 2019. V. 94, P. 100-117. DOI: 10.1016/j.simpat.2019.01.004
  24. Safir P. PID controller. Its types, working and applications // The Scientific Heritage. 2022. V. 102, P. 55-57. DOI: 10.5281/ZENODO.7409178
  25. Yoon Y.H., Yun J. Drone Flight Record Forensic System through DUML Packet Analysis // Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology. 2024. V. 34, No. 1. P. 103-114. DOI: 10.13089/jkiisc.2024.34.1.103
  26. Koubâa A. et al. Micro air vehicle link (MAVlink) in a nutshell: A survey // IEEE Access. 2019. V. 7, P. 87658-87680. DOI: 10.1109/access.2019.2924410
  27. Gao M. et al. Weather constraints on global drone flyability // Scientific reports. 2021. V. 11, No. 1. P. 12092. DOI: 10.1038/s41598-021-91325-w


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход