Кейс – Робототехника и сенсорика
ᴀɴᴅʀᴇ | ᴅᴀᴛᴀ sᴄɪᴇɴᴄᴇКоммерческая авиакомпания эксплуатирует парк легких беспилотных и опционально-пилотируемых воздушных судов, которые доставляют грузы в удаленные и труднодоступные районы: таежные поселки, геологоразведочные лагеря, арктические метеостанции, высокогорные базы.
Маршруты проходят над обширными безориентирными пространствами: тайгой, тундрой, степями, горными плато, где наземная инфраструктура отсутствует. Основной навигационный источник - глобальная навигационная система - на этих территориях регулярно отказывает по целому ряду причин:
- в высоких широтах геометрия спутниковых группировок неблагоприятна, точность падает до десятков метров;
- в горных ущельях и над глубокими долинами видимое небо сокращено до небольшого окна;
- вблизи объектов с мощным радиооборудованием, например промышленных зон, возможен непреднамеренный или намеренный спуфинг/джамминг ГНСС-сигнала;
- в условиях сильной облачности и геомагнитных бурь прием сигнала ГНСС ухудшается.
При этом воздушное судно должно знать свои координаты, скорость, направление движения и иметь возможность скорректировать курс для успешного выполнения задачи.
За 48 часов командам необходимо разработать алгоритм, который в реальном времени или постфактум, для анализа полета, по данным простого радиовысотомера и цифровой карты рельефа определяет:
- текущий вектор скорости воздушного судна: куда летит воздушное судно и с какой скоростью;
- точную географическую привязку к карте: координаты x, y, чтобы была возможность скорректировать курс полета.
Вводные данные
Цифровая модель рельефа
Цифровую модель рельефа можно получить из открытых источников:
- Copernicus GLO-30 Digital Elevation Model;
- SRTM (Shuttle Radar Topography Mission);
- ALOS (AW3D30).
Данные радиовысотомера необходимо сгенерировать самостоятельно и подать на вход алгоритма в формате NMEA-0183 v3.
Пример сообщения:
$GPGGA,123519.111,,,,,,,,545.4,M,46.9,M,,*47
Где 545.4 - высота, M - единица измерения в метрах.
Частота сообщений: 1-10 Гц.
Высота по барометру: 1500 метров. Это абсолютная высота полета над уровнем моря.
Что нужно разработать
За 48 часов необходимо разработать программное обеспечение, которое на основе карты и данных радиовысотомера:
1. Преобразует данные радиовысотомера в профиль абсолютных высот рельефа вдоль трассы полета.
2. Реализует алгоритм корреляции:
- строит эталонные профили для всех возможных направлений из произвольной стартовой точки в центре карты;
- азимут перебирается от 0 до 360 градусов с шагом 1 градус;
- находит угол и смещение, при котором коэффициент корреляции максимальный.
3. Вычисляет вектор движения:
- скорость в метрах в секунду;
- путевой угол, азимут;
- путевую скорость.
4. Визуализирует результат:
- рисует тепловую карту коэффициентов корреляции по всем направлениям;
- накладывает найденную траекторию на карту высот.
Дополнительно можно реализовать:
фильтр Калмана для сглаживания шумов;
самооценку точности;
адаптацию к плоскому рельефу;
оптимизацию времени расчета для маломощного бортового вычислителя;
другие улучшения, которые помогут решению быть точнее, устойчивее и удобнее.
Проверка решения
Команды обязательно должны реализовать работающий алгоритм, который решает задачу определения местоположения.
Бизнес-сценарии применения
В качестве бизнес-решения командам предлагается описать сценарии применения разработанной технологии.
Сценарии необходимо описывать исключительно в гражданской сфере. В сценарии нужно включить описание воздушных судов, на которых будет реализована технология, включая используемые аппаратные и программные решения, конструктивные особенности и другие важные детали.