Лазарев С.А., Епифанов И.Д.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ПОДХОДЫ К ФОРМИРОВАНИЮ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМА СТАБИЛИЗАЦИИ БПЛА В ПРОСТРАНСТВЕ НА ОСНОВЕ ВИДЕОПОТОКА С ВНЕШНЕЙ КАМЕРЫ

Резюме: Статья посвящена разработке математической модели и алгоритма, позволяющей стабилизировать беспилотный летательный аппарат на основе видеопотока с внешней камеры. Стабилизация – это процесс возвращения и нахождения объекта в окрестности выбранной точки, причем за заранее прогнозируемое время. Такая процедура позволяет решать различные задачи как в гражданских, так и в военных отраслях. Однако она не тривиальная, поэтому для начала проводят компьютерное моделирование для отладки алгоритмов. В данной работе построена математическая модель, описывающая поведение беспилотника в пространстве, при помощи асимптотических методов она была линеаризована в окрестности равновесия, а также с использованием численных методов и теории управления были выведены необходимое формулы и построен алгоритм стабилизации. Также был разработан модуль, обрабатывающий оптический поток с внешней камеры, позволяющий определять смещение беспилотного летательного аппарата относительно земной поверхности. В результате проделанных работ был проведен комплекс испытаний, направленных на верификацию полученных результатов, которые показали успешные итоги.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, квадрокоптеры, математическая модель, теория управления, стабилизация, программное обеспечение, оптический поток.

Lazarev S.A., Epifanov I.D.

BASIC PRINCIPLES AND APPROASHES TO THE  FORMATION  OF A MATHEMATICAL MODEL AND ALGORITHM FOR  UAV STABILIZATION  IN  SPACE BASED ON A  VIDEO STREAM FROM   AN EXTERNAL CAMERA

Summary: The article is devoted to the development of a mathematical model and algorithm that makes it possible to stabilize an unmanned aerial vehicle based on a video stream from an external camera. Stabilization is the process of returning and finding an object in the vicinity of a selected point, and in a pre-predicted time. This procedure allows you to solve various tasks in both civilian and military industries. However, it is not trivial, so first they conduct computer simulations to debug algorithms. In this paper, a mathematical model describing the behavior of a drone in space is constructed. Using asymptotic methods, it was linearized in the vicinity of equilibrium, and using numerical methods and control theory, the necessary formulas were derived and a stabilization algorithm was constructed. A module has also been developed that processes the optical flow from an external camera, allowing it to determine the displacement of an unmanned aerial vehicle relative to the earth’s surface. As a result of the work done, a set of tests was carried out aimed at verifying the results obtained, which showed successful results.

Keywords: unmanned aerial vehicle, quadrocopters, mathematical model, control theory, stabilization, software, optical flow.

DOI: 10.34219/2078-8320-2025-16-6-26-41