№ 1 (2021)

Для повышения возможностей и расширения области применения робототехниче-
ских комплексов специального и военного назначения предлагается переходить сначала от
принимаемых в настоящее время на вооружение систем дистанционного управления к полу-
автономным системам, осуществляющим контроль за действиями оператора и выполняю-
щим часть его функций. А затем – к автономным системам управления, способным функ-
ционировать в режиме “молчания”, в экранированных зонах и за пределами дальности
средств радиосвязи. Такая интеллектуализация бортовых систем управления позволит ис-
ключить принципиальные ограничения и недостатки, обусловленные каналом связи, и обеспе-
чивает реализацию группового управления. Показано, что основой повышения автономности
робототехнических комплексов через интеллектуализацию бортовых систем управления, как
при управлении движением, так и при управлении навесным оборудованием, является решение
бортовыми средствами задач формирования модели внешней среды и определения координат
объекта управления. Наличие модели внешней среды и текущих координат объекта управле-
ния позволяет автоматизировать планирование и отработку траектории движения, что и
обеспечивает автономное функционирование робототехнических комплексов. Рассмотрена
сложная проблема классификации зоны маневрирования по критериям геометрической и
опорной проходимости с учетом характеристик движителя, геометрии рельефа и опорных
свойств грунта. Описаны существующие методы и алгоритмы, а также приведены резуль-
таты экспериментальных исследований по решению следующих основных задач данной про-
блемы: – классификации зоны маневрирования по критерию геометрической проходимости
по данным бортовой системы технического зрения на основе 3D-лазерного сенсора; – распо-
знавания типов грунтов по данным комплексированной системы технического зрения, со-
стоящей из взаимно-юстированных 3D-лазерного сенсора, цветной видеокамеры и теплови-
зора, имеющих общую зону обзора; – использования аппарата нейронных сетей для повыше-
ния достоверности распознавания типов грунтов; – определения опорных характеристик
грунта по измерениям реакций движителя в процессе движения. Сформулированы перспек-
тивные направления дальнейших исследований в части комплексирования тактильной и зри-
тельной информации для повышения достоверности классификации участков зоны маневри-
рования по комплексному критерию геометрической и опорной проходимости.

В военных целях беспроводные сенсорные сети позволяют «связать автономные
системы» в комплекс, обладающий свойством самоорганизации, когда объекты «умеют»
сами находить друг друга и формировать сеть, а случае выхода из строя какого-либо из
узлов могут устанавливать новые маршруты для передачи сообщений. Достичь желаемой
эффективности подобных комплексов возможно, главным образом, путем совершенство-
вания интеллектуальной составляющей их системы управления в целом и отдельным узлом
в частности. Однако следует отметить, что подавляющее число исследований в этой
области остается на теоретическом уровне. Цель состоит: 1) в исследовании и разработ-
ке алгоритмов построения архитектуры сети с мобильными узлами и с возможными их
отказами вследствие выполнения боевой задачи; 2) в исследовании и разработке использо-
вания узла сенсорной сети для сбора, анализа, передачи данных об обстановке и принятия
решения в зоне своей ответственности; 3) предложить в условиях ограничений по энерго-
потреблению и быстродействию сравнительно простые алгоритмы для придания узлу
сети свойства интеллектуального поведения. Показано, что требуемые алгоритмы можно
разработать, если выявить классы типовых ситуаций и успешные способы действия в
реальных условиях. На этой основе появляется возможность разработки формальных мо-
делей (паттернов) для реализации в системе управления узлом. Предложена двухуровневая
структура интеллектуальной системы управления сетью. Верхний уровень, реализуемый
оператором, соответствует таким свойствам, как выживание, безопасность, выполнение
обязательств согласно миссии, накопление и корректировка базы знаний в виде эффектив-
ных паттернов поведения. Объектом управления для нее является сеть, рассматриваемая
как некоторая функциональная система.

Рассматривается проблема организации группового движения морских робототех-
нических комплексов (МРТК), в частности автономных необитаемых подводных аппара-
тов (АНПА), в априори неизвестной среде с препятствиями. Выполнен краткий анализ
существующих проектов по тематике группового управления МРТК, и алгоритмов плани-
рования движения. Наличие многочисленных исследований по данному направлению под-
тверждает актуальность обозначенной проблемы. Приведена формальная постановка
задачи движения четырех роботов строем. Предлагаемый в работе метод планированиядвижения группы основан на комбинированном подходе, который организует многоуровне-
вое решение к организации перемещения МРТК. На верхнем уровне разработана система
глобального планирования и отработки миссии на основе метода случайных деревьев ко-
торая обеспечивает общее перемещение группы на основе априорной информации о со-
стоянии среды. Система планирования нижнего уровня корректирует глобальную траек-
торию, позволяя объектам на локальном уровне осуществлять передвижение и взаимодей-
ствие агентов в группе, в том числе обеспечивает их безаварийное перемещение в про-
странстве и выход из областей локальных минимумов. В работе приводится подробное
аналитическое описание разработанного алгоритма и блок-схема его функционирования.
Проведено численное моделирование движения группы из 4 АНПА в недетерминированной
среде с неподвижными препятствиями. Моделирование проводилось с учетом препятст-
вий различной формы и сложности. Результаты математического моделирования проде-
монстрировали решение задачи выхода группы АНПА из области локального минимума.
Приведены натурные испытания на примере группы из трёх безэкипажных катеров, в ре-
зультате которых группа подвижных объектов сформировала строй и осуществила пере-
мещение заданным строем в целевые позиции и вернулась в конечную зону. Кроме того,
разработанный в рамках данной статьи модуль локального планирования был интегриро-
ван в программное обеспечение системы планирования подводного глайдера «Тень». В конце
рассматриваются полученные результаты работы предложенного метода и его дальней-
шее развитие, в частности его применение в трехмерной постановке задачи.

Проведен анализ уязвимых систем и элементов типового робототехнического ком-
плекса. Сделан вывод о том, что наибольшую опасность представляют уязвимости каналов
управления РТК ВН от средств радиоэлектронного подавления. Приведены классификация
основных угроз для каналов управления РТК, а также результаты анализа возможных эф-
фектов от воздействия описанных выше угроз на каждый из каналов. Проведена оценка эф-
фективности канала радиоуправления при использовании станций активных маскирующих
помех (САП), а также оценка эффективности функционирования канала передачи данных
при применении САП. На основе оценки эффективности канала радиоуправления и канала
передачи данных при применении противником станций активных маскирующих помех оп-
ределена возможная зона эффективного управления, представляющая собой окружность
различного радиуса с центром в точке расположения ПУ. С учетом общих технических тре-
бований к видам вооружения и военной техники сформулированы основные оперативно-
тактические требования к системе противодействия РТК ВН в части радиоэлектронной
защиты такие как электромагнитная совместимость (ЭМС), помехозащищенность и поме-
хоустойчивость, радиотехническая маскировка радиоэлектронных средств (РЭС), защищенность РЭС от радиоэлектронного противодействия противника, защищенность РЭС от
электромагнитных и ионизирующих излучений ядерного взрыва, снижение эффективности
радиоэлектронной разведки противника, защищенность компьютерных средств ППДУ и
образцов НРТС ВН от деструктивных информационных воздействий и другие. Определены
требования к РЭС ППДУ и образцов НРТК ВН по ограничению плотности потока мощности
электромагнитного поля, создаваемого излучением гетеродина приемопередающего устрой-
ства в целях исключения распознавания аппаратурой непосредственной разведки (обнаруже-
ния) средств РЭП и СНО противника. В заключении сформулирован вывод о том, что пред-
ложенный перечень оперативно-тактических требований к системе противодействия РТК
ВН средствам радиоэлектронного поражения (подавления) противника и рекомендации по
ограничению плотности потока мощности электромагнитного поля, создаваемого излуче-
ниями радиопередающих устройств систем управления НРТК ВН должны в полной мере
учитываться при разработке и создании систем управления наземных робототехнических
комплексов военного назначения. Кроме того, при разработке робототехнических комплек-
сов военного назначения необходимо учитывать все возрастающие возможности перспек-
тивных средств радиоэлектронного поражения (подавления) противника.

В статье обосновывается актуальность решения задач поиска неразорвавшихся бо-
еприпасов, а также археолого-геологических изысканий в акваториях внутренних вод и
прибрежных зон Российской Федерации. На примерах выполнения работ по разминирова-
нию в акватории Балтийского моря и детального магнитометрического обследования ак-
ватории Фанагории показываются широкие возможности современной аппаратуры по
локализации объектов, перекрытых донными отложениями и визуально незаметных на
поверхности дна. Рассматриваются преимущества применения автономных необитаемых
подводных аппаратов для метода поиска ферромагнитных предметов, основанного на
регистрации пространственно распределенных магнитных аномалий. Показаны направле-
ния развития многоканальных магнитометрических средств поиска. Выявлены потенци-
альные возможности многоканальных магнитометрических систем по идентификации
объектов поиска. На примере существующей технологии поиска водолазным способом
показывается, что обеспечиваемый таким способом темп разведки является крайне низ-
ким даже при наиболее благоприятных условиях: наилучшей видимости, пологом склоне
дна с твердым основанием. При этом время на разведку участка акватории водолазным
способом вдоль одного берега составит около 5 часов в благоприятных условиях, а, следо-
вательно, такой способ не может применяться при обследовании больших акваторий.
С учетом достигнутого на современном этапе уровня технологий для автоматизации
подводных работ предлагается применять автономные необитаемые подводные аппара-
ты с установленной в качестве целевой нагрузки многоканальной магнитометрической
системой. Кроме автоматизации процесса выполнения задач, применение необитаемых
подводных аппаратов позволит или полностью исключить, или существенно снизить опас-
ное воздействие на человека мероприятий по поиску неразорвавшихся боеприпасов и вред-
ных факторов глубоководных работ, а так же снизить материальные и временные за-
траты за счет сокращения операций по обслуживанию водолазного оборудования. Обра-
ботка результатов съемки и создание карты магнитных аномалий позволит выявить
структуры, геомагнитные свойства которых заметно отличаются от естественного
магнитного фона. Подобная методика позволяет значительно повысить информатив-
ность и достоверность результатов обследования акваторий, обеспечивая выявление ви-
зуально незаметных объектов, обладающих собственным магнитным полем. На основе
теории электромагнитного поля и магнитостатики разработана методика расчетной
оценки параметров и эффективности функционирования многоканальной магнитометри-
ческой системы для необитаемых подводных аппаратов. Методика предназначена для
оценки параметров и возможностей по обнаружению ферромагнитных объектов и пред-
варительной оценки эффективности ведения поиска. В качестве критерия (достижениеположительного результата оценки параметров и эффективности функционирования мно-
гоканальной магнитометрической системы), в соответствии со Стандартами противо-
минной деятельности IMAS, принято условие: обнаружение объекта определенного типа на
заданной глубине. Влияние вышеперечисленных данных на решение задачи оценивалось в ре-
зультате имитационного компьютерного моделирования в программной среде системы ав-
томатизированного проектирования MathCAD с дальнейшей визуализацией результатов.

Рассматривается амплитудный метод определения координат источников излуче-
ния в пассивной радиолокации. Синтезирован алгоритм вычисления координат источников
излучения в пассивном режиме радиолокационных станций, основанный на приёме законо-
мерно затухающих в пространстве электромагнитных колебаний антеннами в коллинеар-
ном расположении. Необходимые для определения координат цели математические соот-
ношения получены путем решения соответствующих треугольников, образованных базами
антенн и целью. Это позволило определить местоположение источника излучения (цели)
точкой пересечения гипербол с фокусами в местах расположения приёмных антенн. При-
ведены аналитические выражения для определения координат целей в декартовых и поляр-
ных системах координатах. Анализ погрешности предлагаемого алгоритма осуществлён сучётом методики косвенных измерений. Исследуется случай равномерного распределения
помех по пространству, аддитивно связанных с сигналом и некоррелированных с ним. По-
лучена формула для среднеквадратичного отклонения дальности до цели. Приведены ре-
зультаты расчетов оценок абсолютных погрешностей определения местоположения ис-
точника излучения, зависящие от его расположения на плоскости и показывающие, что
абсолютная погрешность определения местоположения источника излучения минимальна
вблизи начала координат и возрастает при удалении от нее. Синтезированный и исследо-
ванный алгоритм ввиду простоты аппаратной реализации может применяться в пассив-
ных локационных системах как самостоятельно, так и в дополнении к широко распро-
страненному на практике разностно-дальномерному методу, основанному на измерении
взаимных временных задержек принятых сигналов.

Предложена архитектура цифровой платформы для реализации распределенных сис-
тем управления и навигации подводных робототехнических комплексов (ПРК), выполняющих
технологические операции в условиях неопределенности окружающей среды. Предлагаемая
цифровая платформа предназначена для автоматизации следующих видов деятельности:
мониторинг состояния объектов подводной инфраструктуры (линии связи, трубопроводы,
добычное оборудование и т.д.), картографические и геодезические работы, определение па-
раметров и границ физических полей, зон распространения химических соединений (зон за-
грязнений) и биоресурсов, охрана объектов подводной и надводной инфраструктуры (подвод-
ные фермы марикультур, границы водных заповедников и т.п.), сопровождение движущихся
объектов, поиск объектов заданного типа (биологических, техногенных и др.), выполнение
подводных технологических операций (сварка, резка, очистка и т.п.). Для этой платформы
разработана система команд, обеспечивающая гибкое задание миссий ПРК различного типа
и назначения. Выделены пять типов сообщений цифровой платформы: команды управления
порядком выполнения миссии, команды управления загрузкой миссии, информационные сооб-
щения, команды миссии и группового управления. Предложена концепция создания распреде-
ленных систем управления ПРК, обеспечивающая совместимость существующих бортовых
систем ПРК с предлагаемым решением на основе компактных гидроакустических систем
глобальной гидроакустической навигации, разработанных в ПАО «Дальприбор» (г. Владиво-
сток). Указанные системы управления состоят из двух основных частей. Первая часть пред-
ставляет собой исходную бортовую информационно-управляющую систему ПРК, обеспечи-
вающую его движение в заданную точку пространства с заданной скоростью, получение
данных от бортовых датчиков, а также управление работой бортового оборудования. Вто-
рая часть – система управления верхнего уровня, обеспечивает возможность взаимодействия ПРК через акустический канал связи с глобальной гидроакустической навигационной сис-
темой и автоматизированным рабочим местом оператора. Исследования передачи данных в
симуляторе (CoppeliaSim) между оператором и ПРК в рамках предложенной цифровой
платформы показали, что обеспечивается надежная загрузка миссий и получение информа-
ции о состоянии ПРК при различных скоростях и в различных условиях работы акустическо-
го канала связи.

Одной из задач, возлагаемых на автономного необитаемого подводного аппарата
(АНПА), является борьба с минной опасностью, которая включает: 1) поиск и уничтоже-
ние мин в заминированном районе; 2) обеспечение собственной безопасности при проходе
через заминированный район либо при работе в этом районе; 3) обеспечение проводки су-
дов (включая подводные лодки) через заминированный район. АНПА можно рассматривать
в качестве дальнейшего развития средств борьбы с минной опасностью, поскольку они
имеют ряд преимуществ перед противоминными кораблями: 1) исключают гибель людейпри взрыве мины; 2) обладают более низким уровнем физических полей, на которые реаги-
руют взрыватели морских мин; 3) способны маневрировать на оптимальной глубине для
поиска и классификации мин. Ввиду этого создание специализированных АНПА для борьбы
с минной опасностью весьма актуально. Поиск мин при помощи АНПА может осуществ-
ляться либо в интересах их уничтожения (разминирования района) либо в целях проводки
судов (включая подводные лодки) через заминированный район. В настоящей статье рас-
сматривается вторая задача. Приведено описание алгоритма маневрированияАНПА при
обеспечении прохода судна через заминированный район. Задача решается путём обнаруже-
ния мин разных типов с использованием гидроакустических и магнитометрических средств
поиска и классификации подводных объектов и их обхода на безопасном расстоянии. Для
сокращения времени решения задачи классификация обнаруженных подводных объектов
осуществляется на классы "миноподобный объект" и "прочие объекты". Использование клас-
са "миноподобный объект", который включает как собственно мины, так и объекты, не
отличимые от мин на дистанциях их обнаружения средствами поиска мин, позволяет не
сближаться с обнаруженными подводными объектами на дистанцию их уверенной класси-
фикации с использованием высокочастотной гидроакустической и телевизионной аппарату-
ры и тем самым повысить безопасность АНПА и сократить время прохода через заминиро-
ванный район. Алгоритм учитывает тот факт, что минимальная дистанция безопасного
сближения типового судна с миной существенно превышает дистанции обнаружения мин
разных типов, что не позволяет АНПА найти безопасный для судна проход через заминиро-
ванный район путём его однократного пересечения и требует сложного маневрирования
АНПА. Алгоритм предназначен для реализации в системе управления АНПА.

Большинство методов прогнозирования поведения динамических систем основаны на
использовании информации о параметрах их математических моделей. Однако проблемы
нестационарности, нелинейности и неидентифицируемости моделей реальных сложных
систем приводят к тому что, традиционные параметрические методы применимы на
практике только тогда, когда достоверно известны параметры и структура моделей
систем, а неопределенности при постановке задачи существенно ограничены. В статьеописывается оригинальный непараметрический метод прогнозирования траектории поле-
та летательного аппарата в условиях полного отсутствия априорной информации о па-
раметрах его математической модели динамики полета. Предлагаемый метод, в отличие
от аналогичных широко известных, не использует логические или статистические вычис-
ления и не требует своего предварительного обучения или длительной настройки. Он по-
строен только на основе ретроспективного анализа нескольких последовательных значе-
ний пространственных координат летательного аппарата и его сигналов управления, по-
этому не подвержен влиянию модельных ошибок и может быть использован для прогнози-
рования траектории полета летательного аппарата в условиях полной параметрической
неопределенности даже в случае неидентифицируемости модели его динамики полета.
Приведены результаты численного моделирования решения задачи прогнозирования тра-
ектории полета беспилотного летательного аппарата наиболее распространенного типа
квадрокоптера в условиях полной неопределенности параметров его математической мо-
дели. Полученные результаты подтверждают работоспособность разработанного мето-
да и показывают высокие характеристики точности решения задачи и скорости настрой-
ки алгоритма. Описанный подход может быть использован для прогнозирования траекто-
рии движения любого другого транспортного средства (автомобиля, водного судна и т.д.)
при условии линеаризуемости его модели на наблюдаемом интервале времени и наличия
информации о его сигналах управления. Практическая реализация описываемого непара-
метрического метода совместно с традиционными параметрическими позволит повысить
точность прогнозирования траектории полета и решить задачу высокоточной посадки
беспилотного летательного аппарата на активно маневрирующее судно, в том числе, при
возникновении различных критических ситуаций.

Авиационный мониторинг пожаров с помощью беспилотных летательных аппаратов
(БЛА), в частности, лесных, в процессе которого производится поиск различных объектов
интереса: людей, автомобилей и пр., является одним из наиболее эффективных мероприя-
тий по снижению уровня возможных потерь. В представленной работе рассматриваются
подходы к формированию алгоритмов обработки и улучшения изображений, получаемых в
процессе выполнения мониторинга пожарной обстановки, основанные на использовании
нейросетей, а также алгоритмов фильтрации изображений, с целью поиска различныхобъектов интереса. Мониторинг пожаров с помощью беспилотного летательного аппа-
рата представляет собой двухкритериальную задачу: существует необходимость макси-
мально обезопасить аппарат от теплового воздействия пожара, а также максимально
улучшить наблюдаемость, что может быть достигнуто за счёт снижения высоты полё-
та. В настоящей работе представлены разработанные авторами эмпирические модели
безопасности полета беспилотного летательного аппарата и наблюдаемости объектов
интереса в процессе мониторинга пожарной обстановки. Предлагаемые модели позволяют
учитывать особенности условий мониторинга, такие как приоритетность обнаружения
объекта интереса к безопасности самого разведывательного аппарата, влажность возду-
ха, рельеф и вид местности, время суток и прочее. Рассмотрен пример применения модели
контрастности на примере поиска и обнаружения метки «буква». На основе проведенного
эксперимента по распознаванию метки в дыму, осуществлен анализ предлагаемых моделей,
приведены количественные результаты. В работе описаны критерии оптимальности вы-
бора высоты полёты аппарата над наблюдаемой сценой, которые формируются на основе
базы экспертных оценок, а также предложенных моделей наблюдаемости и безопасности
полёта БЛА. В зависимости от целевой задачи поиска возможна вариативность критерия
оптимальности выбора высоты полёта БЛА над наблюдаемой сценой.

Проведен анализ подходов к построению робототехнических систем. Показано, что ро-
бототехнические системы можно рассматривать как распределенную систему взаимодейст-
вия отдельных компонентов робототехнической системы и взаимодействия робототехниче-
ских систем в рамках единого комплекса. В первом случае робототехническая система являет-
ся совокупностью отдельных модулей в рамках одного робота. Так, например, отдельные мо-
торы, сервоприводы для управления полезной нагрузкой беспилотного летательного аппарата
(БЛА) можно рассматривать как отдельные модули всего БЛА в рамках распределенной робо-
тотехнической системы. Во втором случае робототехнической системой может считаться
совокупность взаимодействующих робототехнических систем. Так, например, отдельно взя-
тый БЛА является робототехнической системой в составе общей распределенной робототех-
нической системы, определяющей групповое взаимодействие. Необходим подход позволяющий
единый способ описания такой иерархии робототехнических систем. В области робототехни-
ки существует множество подходов построения таких систем, каждый из которых определя-
ет средства связи и передачи данных. Данная статья описывает существующие подходы, их
достоинства и недостатки, а также предлагает иной подход для создания распределенных
робототехнических систем. Связь отдельных узлов информационной сети, в существующих
подходах, обеспечивается путем передачи данных с последующей их обработкой. В статье
описывается подход, основанный на инкапсуляции исполнимого кода в передаваемые сетевые
пакеты. Взаимодействие объектов осуществляется посредством передачи управляющей ин-
формации, интерпретируемой распределенной виртуальной машиной. Расширение парадигмы
объектно-ориентированного программирования (ООП) понятием комплементарного объекта,
позволяет создавать распределенную систему, абстрагируясь от особенностей сетевого про-
граммирования. Объектно-ориентированный подход, основанный на использовании комплемен-
тарных объектов, позволяет разрабатывать распределенную систему как единую программу,
концентрируясь на реализации логики. В таком случае мы переходим от концепции распреде-
ленной системы как реализации отдельных модулей к концепции единой распределенной про-
граммы без «синтаксического разрыва». В статье предлагается подход, позволяющий пред-
ставлять распределенную робототехническую систему в парадигме (ООП), как совокупность
взаимодействующих через коммуникационную среду объектов, обеспечивающий передачу дан-
ных через аргументы удаленных вызываемых методов.

Рассматривается проактивное управление групповым поведением робототехнических
средств на основе поведенческих моделей, где интеллект формируется как результат пове-
дения множества физических сущностей. Исследуемый комплекс представляет собой мно-
жество распределенных агентов, функционирующих в реальном масштабе времени в среде с
возмущающими воздействиями. Для рассматриваемого сетевого объекта используется мо-
дель взаимодействия Дж. Бойда, описывающая цикл работы системы управления этого объ-
екта. Исходными данными для решения поставленной задачи управления являются горизонт
планирования, сценарий действия группы, множество агентов с сопоставленным им набором
элементарных действий, множество предметно ориентированных ограничений на использо-
вание сценария и показатель качества решения задачи управления. Требуется осуществить
распределение агентов в пространстве и во времени на множестве действий сценария с уче-
том всех возможных ограничений. Разработанная технология позволяет опережать воз-
можные сценарии реализации возмущающих воздействий. Используется методология ком-
плексного предсказательного моделирования процессов проактивного управления и координа-
ции поведения самоорганизующейся группы роботов, где в качестве базовых моделей исполь-
зуются новые логико-динамические модели. Одним из основных достоинств разработанных
комбинированных моделей, методов, алгоритмов и программ является обеспечение на кон-
цептуальном, модельно-алгоритмическом, информационном и программном уровнях детали-
зации корректного согласования аналитико-имитационных моделей управления структурной
динамикой сложных динамических объектов с их логико-алгебраическими и логико-
лингвистическими аналогами (моделями), построенными на основе интеллектуальных ин-
формационных технологий. Также разработан специализированный язык описания и исследо-
вания как задач моделирования, планирования, проактивного мониторинга и управления ука-
занными объектами, так и задач диалогового взаимодействия, планирования вычислений,
обработки данных и знаний. Основное отличие и достоинство предложенного подхода со-
стоит в том, что задачи моделирования, планирования и управления конфигурацией и рекон-
фигурацией робототехнических средств решаются не изолировано, а интегрировано в рам-
ках общей проблемы проактивного управления структурной динамикой.

Рассматривается проблема маршрутизации режущего инструмента машин листо-
вой резки с ЧПУ для случая, когда точки врезки расположены на границах деталей, ограни-
ченных отрезками прямых и дугами окружностей, при этом используется техника непрерывной резки (CCP), т.е. каждый контур вырезается целиком, но не используется предва-
рительная дискретизация, то есть резка может начинаться с любой точки контура. Об-
щая задача поиска оптимального маршрута в этом случае сводится к минимизации длины
холостого хода. Показано, что она эквивалентна поиску кратчайшей ломаной с вершинами,
расположенными на контурах. Предложен новый эвристический алгоритм построения
такой ломаной для заранее заданного порядка обхода контуров. Показано, что получаю-
щееся решение представляет собой локальный минимум. Описаны некоторые достаточ-
ные условия, того, что решение является также глобальным минимумом, которые легко
проверяются численно, а некоторые даже визуально. Описана методика автоматического
учёта ограничений предшествования для практически важного случая наличия вложенных
контуров, возникающих как за счёт отверстий в деталях, так и за счёт расположения
мелких деталей в отверстиях крупных. При этом происходит также уменьшение размер-
ности задачи, что положительно сказывается на времени оптимизации, особенно дис-
кретной. Предложен эвристический алгоритм выбора порядка обхода контуров на основе
метода переменных окрестностей (VNS). Описаны альтернативные подходы применения
других методов дискретной оптимизации совместно с предложенным алгоритмом по-
строения кратчайшей ломаной для решения полной задачи непрерывной резки и возникаю-
щие при этом сложности как теоретического, так и практического характера. Описано
обобщение задачи непрерывной резки до более широкого класс задач сегментной резки и
обобщённой сегментной резки, что позволяет продвинуться в решении общей задачи пре-
рывистой резки. Описана схема применения предложенного алгоритма для решения задач
сегментной и обобщённой сегментной резки. Приведены некоторые результаты численных
экспериментов в сравнении с точным решением задачи для дискретной модели GTSP.

Работа посвящена проблеме диагностирования подвески транспортных средств.
Проблема контроля состояния подвески сейчас наиболее актуально из-за постоянного
роста автопарка и ужесточения требований к безопасной эксплуатации. Своевременный и
точный контроль состояния подвески способен предотвратить выход из строя целых уз-
лов транспортного средства, а также избежать таких серьезных последствий как до-
рожно-транспортное происшествие. В работе подробно рассмотрены современные сред-
ства диагностики, выделены принципы работы, достоинства и недостатки, представлено
обоснование выбора из существующих методов такого, который способен помочь наибо-
лее точно и быстро обнаружить неисправность. С появлением современных технологий
давно известный метод оценки состояния подвески по звуку может стать самым передо-
вым, поскольку исключается человеческий фактор, для обработки сигнала применяется
вычислительная техника анализ звукового спектра в которой осуществляется с помощью
компьютерных технологий. В статье рассмотрены механизмы, которые способны генери-
ровать звуковые сигналы. Предложенный способ диагностики позволяет выделить «полез-
ные» звуки из общего числа шумов подвески, после сравнительного анализа указать на узел
звук которого отличается от эталонного, исправного. Данное решение в диагностике по-
зволяет существенно снизить общую трудоемкость за счет исключения частичной или
полной разборки подвески, как результат несмотря на упрощение, точность обнаружениянеисправностей только возрастет. Целью работы является исследование виброакустиче-
ских сигналов, излучаемых узлами подвески. С помощью датчиков сигналы считываются,
далее происходит математическая обработка на ЭВМ. В результате исследований разра-
ботан способ диагностики, позволяющий обнаружить скрытые дефекты узлов подвески и
определяющий степень износа. Научная новизна состоит в том, что процесс диагностики
становится автоматизированным, все сигналы, снятые датчиками, обрабатывается в
ЭВМ или специальном сканере, на дисплей выводятся информация о состоянии тех или
иных узлов, в отличие от существующих методов, где диагностика осуществляется визу-
ально или на слух, таким образом, становится возможным избежать ошибок.

В настоящее время началось активное использование групп роботов для решения
целого ряда задач гражданского и военного назначений. В этой связи возникают пробл е-
мы, связанные с групповым управлением, организацией надежных каналов связи и обесп е-
чением эффективного функционирования группы при ограниченных энергетических р е-
сурсах. При решении задачи об оптимизации энергопотребления возникает проблема
повышения эффективности взаимодействия элементов группы со стационарными стан-
циями подзарядки. Эта проблема может быть решена только при рассмотрении объ е-
диненной системы, в которую входят роботы и станции подзарядки. Централизованное
управление такой системой оправдано в случае небольшого числа ее элементов. Однако с
ростом числа элементов группы повышается сложность управления, поэтому более
приоритетным решением становится сочетание централизованного и децентрализо-
ванного методов управления. В комплекс проблем децентрализованного управления такой
группой входит задача организации оптимального взаимодействия её элементов с целью
достижения цели своего функционирования. При организации энергетического обмена
между роботами и станциями подзарядки решение этой задачи играет ключевую рол ь в
оптимизации энергопотребления. В данной статье работе разрабатывается концепция
взаимодействия подвижных и стационарных объектов, подразумевающая возможность
выбора каждым агентом взаимодействия соответствующего компаньона. Такой выбор
производится с учетом текущего состояния системы и оценки истории результатов
взаимодействия. Разработанная концепция детализируется для системы, включающей
БЛА и станции их подзарядки. Предлагается алгоритм децентрализованного выбора пар
взаимодействующих элементов «БЛА– станция подзарядки» на основе двух показателей
– энергетической эффективности процесса заряда, и времени, затрачиваемго БЛА на
достижение целевой точки. Оба показателя учитываются при выборе весовых коэффи-
циентов, назначаемых каждой станции подзарядки в качестве степеней её эффективно-
сти. Также данные показатели входят в оптимизируемый критерий качества. Разраб о-
тана процедура оптимизации, результатом которой является номер станции подзаря д-
ки, наиболее подходящей данному мобильному объекту для взаимодействи я.

Целью исследования является организации электросети гибридной системы энерго-
обеспечения автономного необитаемого подводного аппарата, способного двигаться в
широком диапазоне скоростей. Необходимость движения автономного необитаемого под-
водного аппарата в широком диапазоне скоростей требует применения разнородных ис-
точников электроэнергии, работающих на различных физических принципах – аккумуля-
торных батарей и электрохимических генераторов, использующих реагенты из хранилища
реагентов. Кроме того, для обеспечения потребителей электроэнергией с требуемыми
параметрами (токами, напряжениями, объемами электроэнергии) необходимо применения
дополнительных распределительных щитов, преобразователей напряжения, защитно-
коммутационной аппаратуры, ключей. Использование дополнительного оборудования в
электросети позволяет гибко конфигурировать электросеть с целью формирования энер-
гии в объеме, согласованном с объемом потребляемой электроэнергии. С другой стороны,
дополнительное оборудование вызывает потери электроэнергии в сети, и, соответствен-
но, дополнительной электроэнергии. В связи с этим задача определения варианта органи-
зации электросети, при котором потери электроэнергии были бы минимальными, является
актуальной. Для решения указанной задачи проанализированы особенности использования
дополнительного оборудования в электросети, проанализировано потребление электро-
энергии автономным необитаемым подводным аппаратом на различных этапах выполне-
ния аппаратом маршрутного задания, определены минимальные и максимальные объемы
потребления при движении автономного необитаемого подводного аппарата в различных
скоростных режимах. Это позволило определить степень задействования разнородных
источников электроэнергии в процессе выполнения маршрутного задания. По результатам
анализа были сформированы альтернативные варианты электросети. Для выбора вариан-
та организации, обеспечивающего минимальные потери электроэнергии, был сформирован
целевой граф влияния потерь на отдельных устройствах электросети – на потери всей
электросети, и с использованием метода распространения меток получены количествен-
ные оценки каждого из альтернативных вариантов. Поучение количественных оценок позволило определить вариант организации электросети, обеспечивающей минимизацию потерь. Это позволяет, в сою очередь, сформулировать требования к функционированию
элементов гибридной системы энергообеспечения, разработать алгоритмы управления.
В целом полученный результат позволяет минимизировать расход энергоресурса в процес-
се движения автономного необитаемого подводного аппарата на всем протяжении вы-
полнения маршрутного задания.

В связи с развитием средств мобильной робототехники проблема корректного реше-
ния навигационных задач является одной из первостепенных, наряду с проблемами авто-
матического управления и обеспечения информационного канала связи заданных надежно-
сти, быстродействия и пропускной способности. Для осуществления навигации беспилот-
ный летательный аппарат (БЛА) может использовать собственную инерциальную нави-
гационную систему (ИНС), а также систему спутниковой навигации (СНС). Целью данной
статьи является разработка метода уменьшения погрешностей работы инерциальной
навигационной системы БЛА, вызванных наличием случайной и систематической погреш-
ностей. При этом рассматривается случай монотонного возрастания систематической
погрешности со временем. Навигационные данные, полученные со спутника, как правило, не
содержат значительной систематической погрешности определения координат. Однако
спутниковый сигнал может пропадать на время, значительно большее периода трансля-
ции со спутника навигационных данных в обычном режиме. В следствие этого возникает
проблема увеличения точности данных, получаемых от инерциальной навигационной сис-
темы. Данная проблема особенной актуальная при групповом использовании БЛА. При ре-
шении задач группового управления возникает необходимость предотвращать столкнове-
ния аппаратов и возможные коллизии уже на стадии планирования движения. Кроме того,
для решения целого ряда групповых задач, таких как мониторинг местности, проведение
спасательных операций, поиск объектов на заданной территории, совместное транспор-
тирование груза, отдельные объекты группы должны слаженно перемещаться в про-
странстве с большой точностью. Это накладывает еще более жесткие ограничения по
точности отработки ИНС и частоте информационного обмена по СНС. В настоящей
статье предлагается метод, позволяющий по данным, полученным от локальных систем,
осуществляющих измерение взаимных расстояний между объектами группы, скорректи-
ровать оценки собственных координат таким образом, чтобы в результате уменьшить
среднеквадратическое отклонение скорректированного набора точек от истинных поло-
жений объектов в данный момент времени. Также метод позволяет уменьшить макси-
мальное значение соответствующего отклонения по сравнению с исходным набором оце-
нок, полученных из навигационных данных ИНС. Метод демонстрируется на примере по-
вышения точности определения глобальных координат в группе БЛА.

В работе рассматривается надежный метод передачи данных в системах связи и
управления роботехническими комплексами. В связи с тем, что изменение части закодиро-
ванной информации передаваемой по каналам связи может привести к частичной или пол-
ной потере данных и, как следствие, привести к потере контроля над роботехническим
комплексом. Следовательно, необходимо применять методы защиты данных, передавае-
мых по радиоканалам. Предлагаемый метод предназначается для обеспечения защиты
информации в каналах связи роботехнических комплексов от доступа несанкционирован-
ных пользователей и подтверждения достоверности полученной информации. В статье
исследуются методы защиты данных, предназначенных для защиты информации, цирку-
лирующей в системах образованных несколькими взаимодействующими агентами. Рас-
сматриваемый подход базируется на методах защиты информации и помехоустойчивого
кодирования основанных на системе остаточных классов. Применяемые методы помехо-
устойчивого кодирования, основанные на системе остаточных классов, базируются на
идее порогового разделения данных, в которых исходную информацию можно восстано-
вить имея k из n частей исходной информации. Это связано с тем, что избыточная мо-
дулярная арифметика, или избыточная система остаточных классов, обладает уникаль-
ными свойствами относительно обнаружения и коррекции ошибок. Кроме того, система
остаточных классов обладает таким преимуществом как низкая вычислительной слож-
ность алгоритмов разделения данных. Для увеличения надежности связи роботехнических
комплексов в мультиканальных системах связи в работе предложен метод защиты ин-
формации и помехоустойчивого кодирования, основанный на многоступенчатом пороговом
разделении данных. В результате работы получена система помехоустойчивой передачи
информации, обеспечивающая комплексную защиту роботехнических комплексов.

Рассматривается решение навигационной задачи с помощью системы технического
зрения, определяющей положение подвижного средства относительно ориентиров, ука-
занных в окружающем пространстве. Навигация по ориентирам является наиболее объек-
тивным критерием расположения подвижного средства в окружающем пространстве.
Способ измерения параметров соотношений, характеризующих расположение подвижного
средства относительно ориентиров, является почти независимым от других навигацион-
ных измерений. Ввод данных для корректировки координат и других параметров движения
может производится не непрерывно, а в некоторые дискретные, и, в общем случае, до-
вольно редкие моменты времени. Рассматривается общая схема решения: от постановки,
до получения навигационной информации. Кратко описывается комплексирование получен-
ных данных с данными от других навигационных средств, анализируются ключевые про-
блемы и параметры СТЗ, влияющие на точность получаемых результатов. Ключевым мо-
ментом в рассматриваемом способе является решение системы уравнений, описывающих
положение робототехнических комплексов относительно указанных ориентиров. Эта
система решается модифицированным методом Гаусса-Ньютона для нелинейной переопределенной системы уравнений. Заменой левой части каждого уравнения ее дифференциа-
лом в точке начального приближения осуществляется линеаризация. Значения неизвестных
в переопределенной системе линейных уравнений, при которых сумма квадратов невязок в
уравнениях является минимальной, могут быть получены либо методом SVD (сингулярного
разложения), либо с помощью симметризации системы. При этом SVD более устойчив к
накоплению вычислительной погрешности, но несколько более требователен к ресурсам
компьютера и сложнее в реализации. Мы использовали решение методом симметризации
как более простое. Полученная система решается методом квадратного корня (Холецко-
го). Для обнаружения ориентиров в составе СТЗ используются два вида модулей СТЗ –
панорамный, на основе камеры с объективом типа «рыбий глаз» и стерео. Предложенный
способ позволяет решать задачу уточнения параметров движения по отдельным, разре-
женным измерениям собственного положения и скорости относительно ориентиров в
окружающем пространстве. Независимо и в комплексе с другими средствами навигации
описанный подход обеспечивает высокоточное определение навигационных параметров в
различных условиях движения. Описываются результаты натурных экспериментов с ма-
кетом предложенной системы при движении в различных условиях. Обсуждаются пути
совершенствования и развития рассмотренного подхода.

В целях создания нового алгоритма автоматического обнаружения объектов с обучением
в реальном времени произведено исследование мирового научного задела в области автоматиче-
ского сопровождения общего назначения с возможностью распознавания объекта слежения с
потенциалом применения во встраиваемых вычислительных системах оптико-электронных
систем перспективных робототехнических комплексов. На основе проведенных исследований
отобраны и протестированы методы и подходы, которые позволяют с наибольшей точностью, при сохранении высокой вычислительной эффективности, обеспечивать обучение клас-
сификаторов на лету (online learning) без априорного знания о типе объекта слежения и обес-
печивать последующее обнаружение исходного объекта в случае его кратковременной потери.
В число таких способов входит гистограмма направленных градиентов – дескриптор ключевых
признаков, основывающийся на анализе распределения градиентов яркости изображения объ-
екта. Его использование позволяет сократить количество используемой информации без поте-
ри ключевых данных об объекте и увеличить скорость обработки изображений. В статье
обоснован выбор одного из алгоритмов классификации в режиме реального времени, позволяю-
щего решить задачу бинарной классификации – метода опорных векторов. В виду высокой ско-
рости обработки данных и необходимости небольшого количества исходных обучающих дан-
ных для построения разделяющей гиперплоскости, на основе которой и происходит классифи-
кация объектов, данный метод выбран как наиболее подходящий для решения поставленной
задачи. Для осуществления online-обучения была выбрана модификация метода опорных векто-
ров, реализующая стохастический градиентный спуск на каждом шаге работы алгоритма –
Pegasos. Авторами исследования проведена разработка и полунатурное моделирование выбран-
ного алгоритма, проведена оценка эффективности его работы в задачах обнаружения объекта
интереса в режиме реального времени с предварительным online-обучением в процессе слеже-
ния за объектом. Разработанный алгоритм показал высокую эффективность при решении
поставленной задачи и планируется к внедрению в составе специального программного обеспе-
чения оптико-электронных систем перспективных робототехнических комплексов. В заключе-
нии представлены предложения по дальнейшему повышению точности и вероятности обна-
ружения объекта интереса разработанным алгоритмом, а также по повышению его произво-
дительности путем оптимизации вычислений.

Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов для
роботов ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране. Развитие
возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощ-
ности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать бортовые вычислительные
комплексы, обладающие широкими интеллектуальными возможностями. Важной, но нере-
шенной проблемой остается оснащение таких вычислительных комплексов микропроцессора-
ми отечественного производства. Появление отечественных вычислительных и программных
средств нового поколения, таких как микропроцессор «Эльбрус-8СВ» и ОС «Эльбрус» откры-
вает новые возможности для разработчиков робототехнических комплексов. Пиковая произ-
водительность микропроцессора «Эльбрус-8СВ» составляет более 0,25 ТФлопс двойной точ-
ности, что позволяет решать вычислительно сложные задачи, например задачи технического
зрения, на микропроцессоре. Другим важным требованием бортовой вычислительной техни-
ки, помимо вычислительной мощности, является низкое энергопотребление. Как правило, на
микропроцессорах общего назначения высокая вычислительная мощность невозможна при
низком энергопотреблении, и для решения вычислительно сложных задач технического зрения
используются специализированные процессоры, например, векторные или нейропроцессоры.
Для снижения энергопотребления микропроцессоров общего назначения существуют специ-
альные методы, среди которых авторами были рассмотрены: отключение физических ядер,
снижение тактовой частоты, отключение конвейера, отключение синхроимпульсов в состоя-
нии простоя. Авторами рассмотрены типовые задачи технического зрения, решаемые борто-
выми вычислительными комплексами. Проведены экспериментальные исследования по оценке
энергопотребления и времени выполнения алгоритмов технического зрения при снижении
тактовой частоты и отключения ядер микропроцессора. Эксперименты показали возмож-
ность снижения энергопотребления ядер микропроцессора Эльбрус-8СВ на 36-46% с увеличе-
нием времени выполнения программ. По результатам эксперимента сделаны выводы о приме-
нимости микропроцессора Эльбрус-8СВ для создания перспективных бортовых вычислитель-
ных комплексов, имеющих возможность работы как в режиме высокой производительности,
так и пониженного энергопотребления. Полученные авторами результаты говорят о пер-
спективах импортозамещения в области робототехники.

Целью приведенного в настоящей работе исследования является оценка перспектив-
ности применения крупноразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) боль-
шой продолжительности полета для решения задачи регулярного комплексного обследова-
ния территорий большой площади относительно других применяемых для этого средств,
таких как: малоразмерные БПЛА, космические аппараты для дистанционного зондирова-
ния Земли и пилотируемые летательные аппараты. Рассмотрен вопрос практического
построения программно-аппаратного комплекса бортовой системы технического зрения
на основе крупноразмерного БПЛА «Орион» взлетной массой более тонны, обеспечивающе-
го аэрофотографическую съемку в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне и воздуш-
ное лазерное сканирование подстилающей поверхности с автоматической обработкой
получаемых данных на борту в режиме времени, близком к реальному, с целью выявления
произошедших с предыдущего обследования интересующих изменений. Определены ключе-
вые составные части системы технического зрения, включая требуемую для решения
функциональных задач программно-аппаратную платформу для обеспечения высокопроиз-
водительных вычислений и хранения больших объемов данных. В работе приведена пер-
спективная архитектура построения такой системы, даны расчетные оценки по ее поис-
ковой производительности, массе и потребляемой мощности, определена типовая высота
выполнения полетов, обеспечивающая пространственное разрешения получаемой видовой
информации, необходимое для надлежащей работы алгоритмов объектно-
ориентированного распознавания интересующих изменений, построенных на машинном
обучении сверточных нейронных сетей. Предложены организационно-технические решения
по ускорению цикла обработки данных, с учетом требований законодательства в части
рассекречивания данных аэросъемки. Полученные в ходе выполнения работы результаты
подтверждают, что после выдачи БПЛА «Орион» Федеральным агентством воздушного
транспорта сертификата типа воздушного судна, дающего право выполнения коммерче-
ских полетов в общем воздушном пространстве Российской Федерации, на его базе с ис-
пользованием современных технологий съемки и интеллектуальной обработки данных
можно будет реализовать аэросъемочный комплекс высокой производительности и сте-
пени автономности, тактико-технические и экономические характеристики которого
будут на порядки превосходить существующие на данный момент решения, особенно для
труднодоступных районов страны.