Дослідження особливостей проектування інфокомунікаційних систем безпілотних транспортних засобів
Автор: Швець Остап Олександрович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне адміністрування телекомунікаційних мереж
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Поступове виведення на масовий ринок безпілотних транспортних засобів (БТЗ) – автомобільного транспорту високого ступеня автоматизації – здійснюється з кінця 2010-х – початку 2020-х років. На даний момент більшістю автовиробників ведуться розробки в даному напрямку, значна кількість дослідно-промислових зразків та передсерійних систем вже продемонстрована [1-3]. При цьому спостерігається фрагментація існуючих методологій проектування систем ADAS – сукупності інфокомунікаційних систем (ІС) БТЗ. За системами автономної навігації існує значний доробок як способів формування навігаційного рішення, так і калібрування окремих типів датчиків і скидання помилок, освітлених ряді робіт зарубіжних та вітчизняних науковців [4,5]. Тим не менш, синергетичні рішення щодо визначення, статичної та динамічної компенсації всіх типів помилок – розкалібрування датчиків, визначення статистичних характеристик різних типів помилок, скидання помилок різних типів датчиків не зустрічаються у практиці проектування БТЗ, і наведені лише за суміжними напрямками – маніпуляторної техніки, промислової робототехніки тощо. Відповідно питанню детального огляду методологічних основ проектування ІС БТЗ не приділено достатньої уваги, у зв’язку з чим дослідження особливостей проектування інфокомунікаційних систем БТЗ є актуальним. Об’єкт дослідження – безпілотні транспортні засоби. Предмет дослідження – інфокомунікаційні системи БТЗ. Метою роботи є формування методологічних основ синтезу та верифікації ІС БТЗ для зменшення організаційних та технічних ризиків проектування, що дозволить підвищити швидкість розробки, структурну гнучкість та обчислювальну масштабованість розроблюваних систем. Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати наступні завдання: 1) здійснити огляд основ функціонування та використання безпілотних транспортних засобів; 2) проаналізувати особливості систем управління БТЗ та вимог до їх інфокомунікаційних підсистем; 3) дослідити процес формування навігаційно-часового поля БТЗ; 4) здійснити оцінку параметрів стохастичних помилок інерційних сенсорів БТЗ. Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань використовувались методи системного аналізу, теорії інформації, теорії ймовірностей та імітаційного моделювання. Наукова новизна отриманих результатів полягає у варіанті побудови ІС обчислювального контуру БТЗ, що відрізняється від відомих реалізацій обчислювальних блоків БТЗ забезпеченням трирівневої взаємно ізольованої структури рівнів, виконаних на незалежних обчислювальних блоках різних обчислювальних архітектур з атомарними програмними модулями; розробці алгоритму оцінки показників помилок навігаційних сенсорів, який базується на використанні дисперсії Аллана і спектральної щільності потужності . Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості їх використання для покращення ряду показників функціонування БТЗ завдяки внесенні відповідних коректив на етапі їх проектування. У першому розділі розглянуто типи автомобільної техніки з функціоналом безпілотних транспортних засобів (БТЗ) , представлено порівняння можливостей та вимог БТЗ різних виробників. Проаналізовано особливості роботи існуючих методологій проектування складних систем та здійснено оцінку їх впливу на процес розробки та еволюції системи. У другому розділі представлено отримані результати формалізації режимів управління БТЗ та їх реалізації на базі трирівневого блоку управління, представленого у рамках концепції «модульний крейт». У третьому розділі представлено вимоги до точності навігаційно-часових параметрів безпілотних транспортних засобів. Розглянуто класи точності інерційних датчиків. Представлено математичний апарат моделей інерційних датчиків, які використовуються у БТЗ. У четвертому розділі здійснено оцінку впливу типів помилок інерційних сенсорів на траєкторні характеристики та визначення орієнтації БТЗ. Описані шумові складові для гіроскопів та акселерометрів . Представлено ефекти помилки зміщення нуля для інерційних навігаційних систем різного класу точності. На основі отриманих результатів показано, що вплив множинних типів помилок сенсорів приводить до значних відхилень від істинних значень положення та орієнтації безпілотних транспортних засобів. У п’ятому розділі здійснено економічну оцінку процесу створення програмного продукту, основною функцією якого буде захищена передача трафіку безпілотних транспортних засобів з дотриманням вимог щодо показників якості. Наведені розрахунки підтверджують доцільність впровадження такого програмного продукту.