Автор: Владислав Андреевич Жданов
В зависимости от типа управления беспилотные летательные аппараты подразделяют на неуправляемые (к примеру – метеорологические зонды), дистанционно-пилотируемые и автономные. Долгое время основную часть БПЛА составляли дистанционнопилотируемые аппараты. Сегодня на смену дистанционно-пилотируемым аппаратам приходят автономные аппараты, способные самостоятельно выполнять поставленную задачу при минимальном вмешательстве человека-оператора. Несмотря на то, что широко известные модели БПЛА по размерам соизмеримы с пилотируемыми летательными аппаратами, 95 % всех БПЛА составляют именно микро- и миниБПЛА, что свидетельствует о большой востребованности малоразмерных БПЛА.
Одним из основополагающих факторов, выступающих в пользу малогабаритных БПЛА, является цена их производства. Несмотря на то, что производство единичных опытных образцов мини- и микроБПЛА нельзя считать дешевым, тем не менее, расчеты стоимости серийных образцов в случае их массового производства обнадеживают. Для сравнения, стоимость одного полноразмерного аппарата составляет около 10 млн долларов США, в то время как стоимость миниБПЛА лежит в пределах 20–30 тысяч долларов, а расчетная стоимость микроБПЛА при их массовом производстве оценивается в 10 долларов за единицу [2]. Массовое производство малоразмерных БПЛА приведет не только к удешевлению единичного образца, но и к возможности их группового применения. В [2] предложено выделять несколько этапов создания и применения БПЛА. Создание и разработка отдельных БПЛА представляется лишь первым этапом. На втором этапе создаются комплексы из нескольких независимых БПЛА. Третий этап подразумевает создание комплексов, взаимодействующих друг с другом БПЛА, а четвертый этап – создание комплексов из БПЛА, способных встраиваться в любые сложные функционирующие системы, такие как сетецентрические системы управления, что позволяет говорить о «БПЛА-технологиях».
Одной из серьезных проблем, стоящих на пути использовании малоразмерных БПЛА, являются сложности в обеспечении радиосвязи с операторским пультом управления. Дело в том, что малые размеры накладывают существенные ограничения на запас бортового энергоресурса, большая часть которого предназначена для обеспечения движения, и лишь небольшая часть энергоресурса может использоваться приемопередающей аппаратурой. Таким образом, мощность радиопередатчиков сильно ограничена. Небольшие размеры БПЛА также ограничивают размеры антенн. Одним из решений этой проблемы является использование нацеленных наземных антенн для сопровождения аппарата по линии визирования [4], очевидно, что такой подход существенно ограничивает область применения малоразмерных БПЛА. Использование групп БПЛА делает вопрос обеспечения связи еще более актуальным. При централизованных стратегиях управления каждому БПЛА требуется канал связи с пропускной способностью в несколько Мбит/с для передачи изображений и другой информации об окружающей среде. Частичным решением проблемы может послужить использование централизованных иерархических стратегий управления, при которых связь с центральным устройством управления есть лишь у некоторых БПЛА, каждый из которых передает команды аппаратам своей подгруппы, причем дистанции между аппаратами подгруппы относительно невелики, а, следовательно, и энергозатраты на такую передачу не столь существенны. Тем не менее, необходимость постоянной связи БПЛА верхнего уровня иерархии с центральным устройством управления остается проблемой. В качестве решения проблемы информационного обмена в группах БПЛА предлагается использовать методы роевого интеллекта. Роевой интеллект – это дисциплина, которая изучает природные и искусственные системы, состоящие из большого количества отдельных объектов (особей, агентов, и т.п.), которые осуществляют децентрализованное управление на основе принципов самоорганизации. В частности, эта дисциплина сосредоточена на коллективном поведении в результате локальных взаимодействий отдельных объектов между собой и с окружающей средой [5]. Роевой интеллект описывает коллективное поведение децентрализованной самоорганизующейся системы, природного или искусственного происхождения. В группе БПЛА, взаимодействующей на основе роевого интеллекта, каждый аппарат осуществляет взаимодействие лишь с некоторыми, ближайшими к нему в данный момент, аппаратами. При этом дальность связи и энергозатраты на информационную передачу относительно невелики. БПЛА принимают решение о текущем поведении, опираясь на самостоятельно собранные данные об окружающей среде, а также на те данные, которые передают соседние аппараты. Энергозатратная связь с центральным устройством управления осуществляется лишь изредка, и, возможно, не всеми аппаратами группы, лишь для того, чтобы получить информацию о задачах, стоящих перед группой, и для того чтобы передать отчетную информацию о состоянии группы и ходе выполнения поставленной ранее задачи. Методы роевого взаимодействия находят применение в задачах управления большими группами наземных мобильных микророботов (например, проекты Swarm-bots и Swarmonoid), что может служить подтверждением тому, что применение этих методов для групп БПЛА может оказаться столь же эффективным. Ведь БПЛА можно рассматривать как «воздушные роботы с шестью степенями свободы» [4]. Это позволяет предположить что, методы, апробированные на группах микророботов, после небольшой адаптации смогут найти приложение в задачах управления БПЛА.
