ИСТИНА

Проект посвящен созданию системы ультразвукового ориентирования беспилотных транспортных средств (БТС) в пространстве. Предполагается, что основной нишей применения разрабатываемой системы будет ориентирование в закрытых пространствах с плохой видимостью (например, в задымленных помещениях), где оптические методы и глобальные системы позиционирования неприменимы. Предполагается выполнять локацию длинным квазишумовым ультразвуковым сигналом с приемом многоэлементной антенной и дальнейшим использованием корреляционной обработки сигналов. Создание ультразвуковой системы ориентирования требует решения задач различной природы. А именно, необходимо спроектировать антенну, разработать подходящую систему обработки сигналов, решить аналитически ряд эталонных задач дифракции звуковых волн, использовать систему машинного обучения для предсказания положения зеркально отражающих поверхностей. Результатом выполнения проекта должен стать недорогой компактный модуль ориентирования БТС, дополняющий оптические и микроволновые системы.

An ultrasound positioning system of remotely piloted vehicles (RPV) will be developed in the project. We suppose that the proposed system will find its application in spaces with insufficient visibility (such as chambers filled with smoke), and optical and global positioning systems fails. The location will be done with the help of long quasinoise signal. It will be received by multielement antenna and processed using methods of correlation analysis. A variety of problems should be solved during the development of the ultrasound location system. Namely, a design of antenna should established, a proper signal processing system should be developed, a set of canonical diffraction problems should be solved, a machine learning system should be applied in order to determine positions of mirror surfaces. A cheap compact RPV positioning module working along with optical and microwave systems will be developed in the result.

За первый этап проекта ожидаются следующие результаты: 1. Разработка методики ультразвукового эксперимента с М-последовательностью. В данный пункт также входит разработка комплекса компьютерных программ, осуществляющих первичную обработку измеряемых сигналов. 2. Разработка прототипа ультразвуковой антенны, осуществляющей локацию с помощью М-последовательности. 3. Разработка математических методов построения трехмерной карты окружающей среды для данной антенны. Построение многомерного аналога корреляционной функции. 4. Выявление основных механизмов дифракции шумовых сигналов на препятствиях многогранной формы типа городской застройки. 5. Экспериментальная проверка новых методов на стационарной ультразвуковой антенне в лабораторных условиях. Будут измерены импульсные отклики таких объектов как конус, куб, цилиндр. На последующих этапах ожидаются следующие результаты: 1. Аналитическое исследование задач дифракции на идеальных объектах, а именно, задачи дифракции на четвертьплоскости. 2. Внедрение методов машинного обучения для интерпретации акустических сигналов, и их сопоставления с реальными физическими объектами, такими как стены, углы, ступени, коридоры и так далее. 3. Создание реального прототипа беспилотного летающего средства, на основе уже существующих платформ, таких как AR.Drone, Flyduino и других. Апробация ультразвуковой системы позиционирования в реальных условиях. Будет проведено сравнение ультразвуковой системы с уже существующими системами (стереокамерами, лидарами, времяпролетными камерами). Будет исследована возможность интеграции ультразвуковых данных с данными, полученными иными средствами.

Участники проекта имеют значительный задел в задачах исследования свойств среды акустическими методами, и задачах конструирования антенн и передатчиков из ультразвуковых элементов. Так, работа [1] посвящена созданию интенсивных ультразвуковых источников ультразвука в воздушной среде. А именно, обсуждаются многоэлементные решетки малогабаритных пьезоизлучающих элементов и одиночные пленочные излучатели конденсаторного типа. В [2] путем акустического зондирования решалась экспериментально и теоретически задача обнаружения произвольных неоднородных включений в однородной среде (воздухе). В [3] решается задача оценки параметров пористой среды по отраженному акустическому сигналу. Предлагается метод М-последовательности, позволяющий напрямую зарегистрировать импульсный отклик среды. Кроме того, в рамках данного метода экспериментально были измерены параметры дорожного покрытия. В [4] аналогичным образом были оценены параметры архитектурно звукопоглощающего материала (меламина). В [5] метод M-последовательности был применён для зондирования среды с потоком. Также было продемонстрирована устойчивость метода к внешним шумам. В [6] в рамках данного подхода был измерен дифракционный коэффициент для одной из эталонных форм – угла куба. Стоит также отметить вклад авторов в решение канонических задач дифракции, так как общее понимание дифракционных механизмов может существенно упростить решение задач локации БТС. B [7-8] исследовалась задача дифракции о четвертьплоскости. Были построены модифицированные формулы Смышляева, выражающие диаграммы направленности рассеянного поля через решения интегральных уравнений.