Розробка системи симуляції для БПЛА

Abstract

У XXI столітті технології безпілотних літальних апаратів (БПЛА) набули значного поширення та стали невід’ємною частиною сучасних інженерних і наукових рішень. БПЛА використовуються в найрізноманітніших сферах: у моніторингу навколишнього середовища, агропромисловості, геодезії, логістиці, пошуково-рятувальних операціях, а також у військовій та оборонній галузях. Завдяки своїй мобільності, економічності та здатності працювати в складнодоступних умовах, ці апарати відкривають нові можливості для збору та обробки даних, автоматизації процесів та реалізації автономних систем. Зі зростанням складності БПЛА, зокрема з впровадженням алгоритмів автономного керування, штучного інтелекту та сенсорної інтеграції, зростає і потреба в надійних та гнучких інструментах для проєктування, тестування і вдосконалення таких систем. Реальні випробування є дорогими, ризикованими і обмеженими з погляду варіативності сценаріїв. Саме тому системи симуляції набувають особливого значення. Вони дозволяють відтворювати різноманітні умови польоту, моделювати поведінку апарата в реальному часі, тестувати алгоритми керування без ризику пошкодження обладнання або завдання шкоди оточенню. Система симуляції для БПЛА — це програмний або програмно-апаратний комплекс, що імітує фізичну модель польоту, поведінку сенсорів, взаємодію з навколишнім середовищем, а також дає змогу перевіряти програмне забезпечення БПЛА у безпечному віртуальному середовищі. Такі системи не лише зменшують витрати на розробку, але й підвищують надійність кінцевого продукту, дозволяючи виявити помилки на ранніх етапах. Актуальність теми дослідження зумовлена потребою в універсальних, масштабованих та реалістичних симуляторах, які б могли ефективно підтримувати процеси розробки, тестування та валідації систем управління БПЛА. Особливо це стосується академічного та дослідницького середовища, де вартість реального обладнання є критичним фактором. Метою цієї дипломної роботи є розробка системи симуляції для БПЛА, яка забезпечує можливість моделювання динаміки польоту, сенсорного середовища та сценаріїв взаємодії з зовнішніми об’єктами. Основна увага приділяється розробці гнучкої архітектури симулятора, яка дозволить легко інтегрувати нові модулі, алгоритми керування та інтерфейси взаємодії. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні завдання: Аналіз існуючих систем симуляції для БПЛА та визначення їхніх переваг і недоліків. Вибір програмних засобів та інструментів, що найкраще відповідають поставленим вимогам. Реалізація моделі динаміки руху БПЛА. Інтеграція модулів сенсорного моделювання. Розробка інтерфейсу користувача для керування симуляцією. Проведення тестування системи на основі прикладних сценаріїв. Об’єкт дослідження - процеси проєктування, тестування та валідації програмного забезпечення та алгоритмів керування для безпілотних літальних апаратів. Предмет дослідження - методи та засоби симуляції динаміки польоту БПЛА, моделювання сенсорного середовища і розробка програмної архітектури симулятора. Практична значущість роботи. Результати роботи можуть бути використані для створення ефективних інструментів навчання операторів БПЛА, розробки та тестування нових алгоритмів керування без потреби у використанні дорогого фізичного обладнання. Запропонована система симуляції також може застосовуватись у дослідницьких цілях, в освітніх установах та у стартапах, що працюють у сфері автономних літальних апаратів.