Automatic UAV trajectory control systems with obstacle avoidance

Abstract

У статті розглянуто сучасні підходи побудови систем автоматичного керування траєкторією безпілотних літальних апаратів з уникненням перешкод. Обґрунтовано актуальність теми в умовах розширення сфер застосування БПЛА та зростання вимог до безпечної автономної навігації в середовищах із неповною апріорною інформацією, динамічними перешкодами та часовими обмеженнями на прийняття рішень. Узагальнено архітектурні, алгоритмічні та сенсорні особливості сучасних систем керування, які поєднують сприйняття середовища, локалізацію, картографування, глобальне й локальне планування, генерацію безпечної траєкторії та регулювання руху. Проаналізовано реактивні, геометричні, графові, вибіркові, оптимізаційні та прогнозні підходи, а також системи на основі SLAM/VIO і комп’ютерного зору. Показано, що реактивні та геометричні методи характеризуються високою швидкодією, але мають обмежену глобальну оптимальність. Графові та вибіркові алгоритми є ефективними у відомому середовищі, однак менш придатними до швидкозмінних сцен. Оптимізаційні та прогнозні методи забезпечують високий рівень адаптивності, проте вимагають значних обчислювальних ресурсів. Окрему увагу приділено системам комп’ютерного зору, зокрема YOLO-подібним детекторам, які розглянуто як ефективний модуль семантичного сприйняття у складі гібридних архітектур, але не як самодостатній засіб керування траєкторією. Встановлено, що найбільш перспективними для практичного впровадження є багаторівневі гібридні системи, які поєднують мультисенсорне сприйняття, SLAM/VIO, глобальне і локальне планування та методи прогнозного безпечного керування.