Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 87

Наземная станция управления (GCS).

Несмотря на то что основная работа системы происходит на борту модели, пользователь имеет дело в первую очередь с наземной частью — так называемой наземной станцией управления (Ground Control Station, сокращенно GCS). С её помощью выполняется первоначальная настройка системы, а в дальнейшем может осуществляться контроль по радиоканалу с борта модели и даже управление моделью с помощью компьютерного джойстика вместо специального передатчика.

OpenPilot GCS уникальна многими своими особенностями. Например, в отличие от большинства других проектов, работающих только под Windows, GCS проекта полностью кроссплатформенная. Один и тот же исходный текст компилируется в приложения для Windows, Linux или Mac OS X. Не имеет никакого значения, какая система установлена у конкретного пользователя — OpenPilot GCS идентично выглядит и работает на всех трёх платформах. Интересно заметить, что разработка проекта также ведётся на всех трёх платформах: Windows, Linux и Mac OS X.

Более того, уже сейчас ведётся адаптация GCS для работы на портативных планшетах под управлением Linux или Android, что, очевидно, гораздо удобнее в полевых условиях. Грамотная архитектура системы позволила сделать такую адаптацию быстрой и относительно несложной.

Другой особенностью OpenPilot GCS является её модульность и гибкость настроек. Имеется несколько рабочих пространств, каждое из которых содержит набор так называемых гаджетов. Любой гаджет выполняет свою функцию и не зависит от остальных. Пользователь может создать новое рабочее пространство (или несколько) и разместить на нём в произвольном порядке нужные ему гаджеты с приборами, настройками, графиками, логами и прочим, выбираемые из предложенного списка. Ну а программист, заинтересованный в создании нового специфического инструмента для GCS, может легко добавить его, совершенно не затрагивая уже написанный код, а просто подключив свой гаджет к системе. Всё построено на основе системы uavobjects, о которой будет сказано чуть ниже.

Инерциальная навигационная система (OpenPilot INS)

Существенной частью любого автопилотного проекта является часть, обычно называемая инерциальной навигационной системой, или INS. В большинстве любительских проектов INS как таковой нет — есть некие её фрагменты, более или менее работающие.

Для того чтобы выполнять любые функции управления, нужно чётко представлять:

место нахождения объекта управления по отношению к некоей начальной точке;

ориентацию объекта по отношению к странам света;

скорость и направление движения объекта в трёхмерном пространстве (напомним, что вертолёты и мультироторы могут летать любой стороной, в отличие от самолётов, потому ориентация не всегда совпадает с направлением движения);

скорость вращения объекта в трёхмерном пространстве.

Задачей INS является обработка информации с множества датчиков, которая в итоге сводится к набору чисел, описывающих вышеуказанные данные. Источников первичной информации может быть несколько. В минимальном варианте таковыми являются:

три гироскопа, определяющие скорость вращения системы по трем осям;

три акселерометра, позволяющие, помимо прочего, оценивать направление к центру Земли;

трёхосевой магнитный компас, позволяющий путём использования магнитной модели Земли точно знать ориентацию модели, а также корректировать значения гироскопов;

барометр, позволяющий путём измерения атмосферного давления вычислять высоту объекта над уровнем моря или точкой старта;

приёмник системы спутникового позиционирования GPS, дающий абсолютные координаты объекта в трёхмерном пространстве, а также данные о скорости и направлении движения.

Дополнительно могут также использоваться и другие источники информации:

ультразвуковой датчик высоты, аналогичный парктроникам автомобилей, дающий значения абсолютной высоты над уровнем поверхности Земли на малых высотах;

лазерные высотомеры, используемые для той же цели;

датчик воздушной скорости, которая при наличии ветра может отличаться от скорости, измеряемой системой GPS;

видеокамеры системы распознавания образов, позволяющие осуществлять точную привязку к точке местности;

радиомаяки и другие датчики.

OpenPilot INS представляет собой отдельную электронную схему с выделенным под эти задачи мощным тридцатидвухразрядным микропроцессором и набором датчиков. Данные с датчиков собираются вместе и преобразуются в готовые углы, расстояния, скорости и координаты, далее используемые системами управления, стабилизации и навигации в готовом виде.