СИСТЕМА КОРЕКЦІЇ ІНЕРЦІЙНОЇ НАВІГАЦІЇ БПЛА НА ОСНОВІ ГЛИБОКОГО НАВЧАННЯ ДЛЯ ЗІСТАВЛЕННЯ ЗОБРАЖЕНЬ З КАМЕРИ ТА СУПУТНИКОВИХ ЗНІМКІВ

Анотація

Надійна навігація безпілотних літальних апаратів (БПЛА) є критичною функцією, що значною мірою покладається на сигнали GNSS. В умовах радіоелектронної боротьби (РЕБ) ці сигнали пригнічуються, що призводить до втрати апаратів через неконтрольоване накопичення похибки бортових інерційних навігаційних систем (INS). Наявні візуальні методи локалізації часто є обчислювально-витратними та неоптимальними для заміських ландшафтів.

Метою роботи є розробка та експериментальна валідація обчислювально-ефективної гібридної системи автономної геолокалізації, здатної коригувати похибку INS шляхом зіставлення зображень з бортової камери та референсних супутникових знімків, з фокусом на життєздатність на низькоресурсних бортових платформах.

Запропоновано гібридний метод, що поєднує дані INS з дискретною корекцією від модуля глибокого навчання. Проведено збір та розмітку власного набору даних польотів у заміській місцевості. Виконано порівняльний аналіз архітектур CNN (VGG11, MobileNetV2, ResNet18) та функцій втрат для задачі крос-модального зіставлення. Точність та продуктивність фінальної моделі валідовано на одноплатному комп'ютері Raspberry Pi.

Експериментально показано, що Triplet Loss, завдяки механізму відбору «негативних» прикладів, змушує модель вивчати диференційовані ознаки, що дозволяє розрізняти візуально схожі ділянки ландшафту. У порівняльному тестуванні архітектур, модель VGG11, навчена з Triplet Loss, показала найкращу точність, перевершивши MobileNetV2 та ResNet18. Під час тестування механізму корекції з симульованим початковим 10-метровим дрейфом INS, система на основі VGG11 досягла середньої похибки 5,4 метри, успішно обчислюючи вектор корекції. На реальному тестовому маршруті довжиною 200 м, де максимальна похибка некерованої INS досягла 15,2 м, запропонована система зменшила максимальне відхилення до 8,5 м. Валідація продуктивності на Raspberry Pi 4 підтвердила обчислювальну придатність: повний цикл корекції для зображення 224´224 становить 2,5 секунди, а для 448´448 — 10 секунд, що є прийнятним для періодичного (непостійного) уточнення координат.