Ин таҳқиқот масъалаи онеро баррасӣ мекунад, ки як ҳавопаймои бесарнишин (UAV/ИҲА) чӣ гуна метавонад ба саҳни киштии ҳаракаткунанда ё воситаи бесарнишини рӯйи об (USV), ки бар асари ҳаракати мавҷҳо пайваста roll ва pitch мекунад, бе гирифтани маълумоти доимии мавқеъ ё нишони фаъоли киштӣ аз берун ба таври худкор фуруд ояд. Равиши асосии кор танҳо пешгӯӣ кардани он нест, ки саҳн ба кунҷи муносиб барои фуруд меояд ё не, балки инчунин баҳогузорӣ кардани он аст, ки тасвири камераи дар ҳамон лаҳза гирифтаи ИҲА барои қабули қарори бехатари фуруд то чӣ андоза боэътимод аст.

Усули пешниҳодшуда эҳтимолияти posterior-и ошкоркунии ҳадаф, номуайянии эҳтимолии идрок ва қобили истифода будани тасвир барои вазифаро дар як тағйирёбандаи эътимоднокии мушоҳида муттаҳид мекунад. Вақте тасвир хира мешавад, рӯшноӣ паст мешавад, инъикоси сатҳи баҳр ба вуҷуд меояд ё нишонаи фуруд қисман пӯшида мешавад, ин эътимоднокӣ кам мегардад. Система дар ҷавоб ба ченкуниҳои визуалӣ камтар эътимод мекунад, ковариатсияи садои мушоҳидаи Kalman-ро зиёд мекунад, оптимизатсияи MPC-ро эҳтиёткортар месозад ва агар лозим бошад, ба ҷойи гузаштан ба марҳилаи ниҳоии поёнравӣ қарор медиҳад, ки интизор шавад, аз нав ҳамоҳанг шавад ё go-around иҷро кунад.

Барои пешгӯии кӯтоҳмуддати ҳаракати саҳн бо FFT басомадҳои бартари roll ва pitch муайян шуда, амплитуда ва фаза бо нозири Kalman ба таври онлайн ислоҳ карда мешаванд. Ин пешгӯӣ бо reliability-enhanced model predictive control (MPC) муттаҳид шуда, равзанаи фуруд бо майли хурд ҷустуҷӯ мешавад. Дар симулятсияи ablation-и Ҷадвал 6 усули пешниҳодшуда сатҳи муваффақияти фуруд %90, тамос дар ҳудуди 15° барои %82 фурудҳо ва сатҳи поёнравии нодуруст/барвақт %5-ро таъмин кардааст. Дар ҳамин муқоиса ин арзишҳо барои MPC-и стандартӣ мутаносибан %76, %58 ва %18 буданд.

Дар муқоисаи алоҳидаи натиҷаҳо усули пешниҳодшуда бо shrinking horizon MPC (SHMPC) муқоиса шуда, гузориш шудааст, ки тақрибан %75 фурудҳо дар ҳудуди 10° сурат гирифтаанд; барои SHMPC ин нишондиҳанда тақрибан %71 аст. Вақти миёнаи ҳалли оптимизатсия барои SHMPC тақрибан 913 ms/итератсия ва барои усули пешниҳодшуда тақрибан 104 ms/итератсия дода шудааст. Бо вуҷуди ин, бояд махсус ба назар гирифта шавад, ки ин натиҷаҳо дар доираи симулятсия ва software-in-the-loop ба даст омадаанд ва тасдиқи парвоз дар киштии воқеӣ ҳанӯз анҷом дода нашудааст.

Аз нуқтаи назари Туркия: Равиш метавонад барои системаҳои дар Туркия таҳияшаванда дар соҳаҳои назорати баҳрӣ, бозрасии иншооти соҳилӣ ва баҳри кушод, ҷустуҷӯ ва наҷот, ба кор андохтани ИҲА аз киштӣ ва ҳамкории худкори роботҳои ҳавоӣ–баҳрӣ арзиши методологӣ дошта бошад. Аз ҷиҳати бехатарӣ махсусан муҳим аст, ки система танҳо ба холҳои эътимоди ошкоркунии ҳадаф такя накарда, воқеан барои фуруд қобили истифода будани тасвирро месанҷад. Аммо остонаҳо, модели камера, ҳаракатҳои саҳн ва фоизҳои иҷрои дар мақола овардашуда барои шароити воқеии баҳрии Туркия ё як комбинатсияи мушаххаси ИҲА/киштӣ тасдиқ нашудаанд. Онҳо бояд бо спектрҳои воқеии мавҷ, шамол, хусусиятҳои камера, геометрияи саҳн, пошиши баҳр, сахтафзори ҳисоббарорӣ ва системаи идоракунии парвоз аз нав тасдиқ шаванд.

Чаро фуруд овардани ИҲА ба киштии ҳаракаткунанда аз фуруд ба хушкӣ душвортар аст?

Дар нишонаи собити фуруд дар хушкӣ мавқеи ҳадаф ва кунҷи сатҳ қариб тағйир намеёбад. Аммо саҳни киштӣ дар баҳр метавонад бар асари мавҷҳо пайваста ҳаракатҳои roll, pitch ва heave анҷом диҳад. Ҳамзамон ИҲА метавонад ба шамол, турбулентӣ, рӯшноии паст, инъикоси сатҳи баҳр, пошиш, хирашавии ҳаракатӣ ва қисман пӯшида шудани ҳадаф дучор шавад.

Аз ин рӯ, фуруд ба киштӣ танҳо масъалаи «ҳадафро бин ва поён фуро» нест. Тадқиқотчиён вазифаро ҳамчун панҷ масъалаи ба ҳам вобаста баррасӣ мекунанд:

• идроки визуалии ҳадаф,
• баҳодиҳии мавқеъ ва самтгирии нисбӣ нисбат ба киштӣ,
• пешгӯии ҳаракати саҳн ба оянда,
• интихоби равзанаи муносиб барои фуруд,
• идоракунии парвоз ва поёнравӣ дар ҳалқаи пӯшида.

«Фуруди комилан ғайримарказонидашуда» чӣ маъно дорад?

Ибораи fully decentralized landing дар ин кор маънои онро дорад, ки ИҲА ҷустуҷӯи ҳадаф, шиносоӣ, баҳодиҳии ҳолати нисбӣ, наздикшавӣ, қарори поёнравӣ ва раванди тамосро бо сенсорҳо ва системаи ҳисоббарории дохили худ анҷом медиҳад.

Усул махсусан ҳадаф дорад, ки ба системаҳои зерини беруна пайваста вобаста набошад:

• нишондиҳандаҳои фаъоли мавқеъ дар киштӣ,
• массивҳои берунии чароғҳои роҳнамо,
• банақшагирии онлайн дар истгоҳи соҳилӣ ё заминӣ,
• алоқаи доимии дорои фарохмаҷрои баланд барои ҳолати киштӣ–ИҲА.

Вурудҳои асосии ИҲА камераи худ, IMU ва воҳиди ҳисоббарории дохилии он мебошанд.

Навоварии асосии кор чист?

Системаи пешниҳодшуда танҳо ба саволи «Оё саҳн ба зудӣ ба кунҷи мувофиқ меояд?» ҷавоб намедиҳад. Он саволи дуюмро илова мекунад:

«Оё тасвире, ки ИҲА ҳоло мебинад, барои қабули қарори бехатари поёнравӣ ба қадри кофӣ боэътимод аст?»

Навоварии илмии кор дар он аст, ки эътимоднокии визуалӣ танҳо ҳамчун метрикаи сифат дар экрани иттилоотӣ намемонад, балки мустақиман ба баҳодиҳии ҳолат ва механизми қарори MPC пайваст мешавад.

Ҳаракати саҳн чӣ гуна пешгӯӣ мешавад?

Ҳолати платформаи киштӣ бо шаш дараҷаи озодӣ:

\[ b(t)= [x(t),y(t),z(t),\phi(t),\theta(t),\psi(t)]^T \]

ифода мешавад. Кор аз ҷиҳати фуруд махсусан ба ларзишҳои roll \(\phi\) ва pitch \(\theta\) диққат медиҳад.

Ҳар як ҷузъи ҳаракат тақрибан ҳамчун суммаи модаҳои даврии бартар:

\[ b_j(t)= b_{j,\mathrm{off}} + \sum_{i=1}^{N_j} A_{j,i} \sin \left( 2\pi f_{j,i}t+\varphi_{j,i} \right) \]

модел карда мешавад.

Барои коҳиш додани воридшавии ҷузъҳои амплитудаашон пасти спектри FFT ба система ҳамчун садо:

\[ A_{j,\mathrm{threshold}} = A_{\mathrm{gate}} \max \{A_{j,0},A_{j,1},...,A_{j,N_j}\} \]

механизми остонагузорӣ истифода мешавад.

Параметрҳои модули пешгӯии FFT–Kalman кадомҳоянд?

Пас аз он ки FFT басомадҳои бартарро муайян мекунад, нозири Kalman амплитуда ва фазаи ин модаҳоро онлайн ислоҳ мекунад. Ҳамин тавр, контроллер метавонад равзанаи фурудро на танҳо аз рӯйи кунҷи ҷории саҳн, балки бо назардошти ҳаракати roll ва pitch дар ояндаи кӯтоҳмуддат низ ҷустуҷӯ кунад.

Чаро танҳо холҳои эътимоди ошкоркунии объект кофӣ ҳисоб намешаванд?

Шабакаи нейронии сунъӣ метавонад ҳатто дар тасвири хира ё аз ҳад зиёд экспозитсияшуда эътимоди баланди синфро диҳад. Дар ин ҳолат detector confidence-и баланд маънои онро надорад, ки тасвир аз ҷиҳати геометрӣ боэътимод аст.

Аммо барои фуруд ба киштӣ танҳо саволи «ҳадаф ҳаст?» кофӣ нест. Гӯшаҳо, канорҳо ва геометрияи перспективии нишонаи монанди AprilTag бояд барои баҳодиҳии позаи нисбӣ ба қадри кофӣ дақиқ дида шаванд.

Аз ин рӯ, кор се навъи иттилоотро аз ҳам ҷудо мекунад:

• posterior probability: шабака ба синфи ҳадаф то чӣ андоза боварӣ дорад?
• perception uncertainty: пешгӯии эҳтимолӣ то чӣ андоза устувор аст?
• visual quality: худи тасвир барои баровардани геометрияи фуруд то чӣ андоза мувофиқ аст?

Номуайянии идрок чӣ гуна ҳисоб мешавад?

Дар як тасвир \(M\) гузариши стохастикии пешрав иҷро мешавад ва миёнаи тақсимоти синфҳо:

\[ \bar y_k= \frac{1}{M} \sum_{m=1}^{M} y_k^{(m)} \]

ҳисоб карда мешавад.

Номуайянии идрок энтропияи пешгӯиро бо ковариатсияи баромад байни гузаришҳои пешрав муттаҳид мекунад:

\[ \nu_k= -\sum_{c=1}^{C} \bar y_{k,c}\log \bar y_{k,c} + \lambda_u \operatorname{Tr} \left( \operatorname{Cov} [y_k^{(m)}] \right) \]

Дар танзими параметрҳои кор барои ҳар тасвир 20 гузариши стохастикии пешрав истифода мешавад.

Оё холҳои сифати визуалӣ танҳо сифати эстетикиро чен мекунанд?

Не. Тадқиқотчиён махсус таъкид мекунанд, ки ин холҳои умумии «тасвири зебо» нест. Ҳадаф баҳодиҳии қобили истифода будани тасвир барои ҳисоб кардани позаи ҳадафи фуруд аст.

Холи таркибии сифат:

\[ q_k= \lambda_1q_k^{nr} + \lambda_2s_k^{sharp} + \lambda_3s_k^{exp} + \lambda_4s_k^{vis} \]

чунин аст.

Эътимоднокии мушоҳида чӣ гуна сохта мешавад?

Эҳтимолияти posterior \(p_k^*\), сифати визуалӣ \(q_k\) ва номуайянии идрок \(\nu_k\) дар дохили функсияи Sigmoid муттаҳид карда мешаванд:

\[ r_k= \sigma \left( \alpha p_k^* + \beta q_k - \gamma\nu_k \right) \]

\[ \sigma(x)= \frac{1}{1+e^{-x}} \]

Вазнҳои номиналӣ:

• эҳтимолияти posterior: 2,2,
• сифати тасвир: 1,6,
• ҷаримаи номуайянӣ: 2,0.

интихоб шудаанд.

Дар натиҷа, вақте \(r_k\) баланд аст, тасвир боэътимодтар мебошад; вақте тасвир вайрон ва номуайянии идрок зиёд мешавад, \(r_k\) пасттар мегардад.

Эътимоднокӣ ба филтри Kalman чӣ гуна таъсир мекунад?

Яке аз навовариҳои муҳими кор пайваст кардани арзиши эътимоднокӣ мустақиман ба ковариатсияи садои мушоҳида мебошад:

\[ R_k= R_{\min} + (1-r_k) (R_{\max}-R_{\min}) \]

Дар навсозии муфассалтар:

\[ \tilde R_k= R_{\min} + (1-r_k)^\gamma (R_{\max}-R_{\min}) \]

\[ R_k= \eta R_{k-1} + (1-\eta)\tilde R_k \]

истифода мешавад.

Ҳангоми боэътимод будани тасвир \(R_k\) ба \(R_{\min}\) наздик мешавад ва филтр ба ченкунии визуалӣ вазни бештар медиҳад. Ҳангоми вайрон шудани тасвир \(R_k\) калон мешавад ва баҳодиҳандаи ҳолат ченкунии визуалиро эҳтиёткорона истифода мебарад.

MPC сифати тасвири ояндаро аз куҷо медонад?

Намедонад. Кор махсус мефаҳмонад, ки аз тасвирҳои ҳанӯз гирифта нашудаи оянда истифода намекунад.

Азбаски уфуқи MPC танҳо аз 10 қадам ва фосилаи намунагирии 0,1 s иборат аст, дар ҳолати номиналӣ равиши zero-order hold истифода мешавад, ки арзишҳои ҷории эътимоднокиро дар муддати кӯтоҳ доимӣ мешуморад:

\[ \hat p_{k+m|k}=p_k \]

\[ \hat q_{k+m|k}=q_k \]

\[ \hat \nu_{k+m|k}=\nu_k \]

\[ \hat r_{k+m|k}=r_k \]

Дар кадри навбатии камера арзишҳо боз чен мешаванд ва масъалаи MPC аз нав ҳал карда мешавад. Ҳамин тавр, система сабабӣ ва барои татбиқи онлайн мувофиқ боқӣ мемонад.

Модели MPC-и UAV то чӣ андоза муфассал аст?

Дар ин кор модели пурраи аэродинамикии UAV бо садоқати баланд истифода намешавад. Модели пешгӯӣ асосан модели кинематикии хаттии вақти дискретӣ мебошад, ки ҳолатҳои мавқеъ, суръат, шитоб ва heading-ро дар бар мегирад.

Вуруди идоракунӣ барои ҳар канал jerk мебошад:

\[ u^{(k)} = [\dddot{x},\dddot{y},\dddot{z},\dddot{\eta}]^T \]

Тадқиқотчиён равшан мегӯянд, ки навоварии кор аз нав сохтани модели динамикии UAV нест, балки пайваст кардани иттилооти боэътимоди идрок ба predictive control ва қарори фуруд аст.

Reliability-enhanced MPC кадом хароҷотҳоро якҷоя арзёбӣ мекунад?

Функсияи ҳадафи MPC асосан чор ҷузъ дорад:

1. хатои пайгирии траектория,
2. ҳамвории тағйири вуруди идоракунӣ,
3. landing barrier, ки фуруд ба саҳни каммайлро шакл медиҳад,
4. ҷаримаҳои эътимоднокии мушоҳида, сифати тасвир ва номуайянии идрок.

Ҷаримаи эътимоднокӣ:

\[ J_{\mathrm{rel}} = \sum_{m=0}^{N-1} \left[ \lambda_r(1-\hat r_{k+m|k})^2 + \lambda_\nu\hat\nu_{k+m|k}^2 + \lambda_q(1-\hat q_{k+m|k})^2 \right] \]

чунин муайян карда мешавад.

Ҳамин тавр, ҳатто агар равзанаи саҳни каммайл пайдо шавад, агар маълумоти камера боэътимод набошад, оптимизатсия метавонад ин имконияти фурудро гаронтар созад.

Вазнҳои номиналии MPC кадомҳоянд?

Оё таҳлили устуворӣ гузаронида шудааст?

Бале. Кор танҳо бо симулятсияи контроллер маҳдуд нашуда, барои системаи васеъшудаи хатои пайгирӣ контроллери терминалии LQR ва матритсаи хароҷоти терминалиро тавассути discrete algebraic Riccati equation сохтааст.

Функсияи терминалии Lyapunov:

\[ V(\xi_k)= \xi_k^T P\xi_k \]

интихоб шуда, барои узви халалдоркунанда \(d_k\):

\[ \Delta V_k \le -c_1\|\xi_k\|^2 + c_2\|d_k\|^2 \]

ҳади болоии чунин навъ ба даст меояд.

Мувофиқи натиҷаи назариявии манбаъ, ҳангоми сифр будани халал устувории маҳаллии асимптотикӣ ва ҳангоми халали маҳдуд practical boundedness дар атрофе, ки бо ҳади болоии халал алоқаманд аст, таъмин мешавад. Ин таҳлил дар доираи модели васеъшудаи хаттии хато ва фарзияҳои истифодашудаи кор амал мекунад; он исботи глобалии устуворӣ барои тамоми аэродинамикаи ғайрихаттии системаи воқеии киштӣ–ИҲА нест.

ИҲА бидуни иҷро шудани кадом шартҳо ба поёнравии ниҳоӣ намегузарад?

Кор қарори фурудро ба як кадри ягонаи тасвир вогузор намекунад. Остонаҳои номиналӣ:

Агар яке аз ин шартҳо иҷро нашавад, система метавонад ба ҷойи поёнравии ниҳоӣ дар ҳолати hover-wait, аз нав ҳамоҳангшавӣ ё go-around бимонад.

Оё ин остонаҳо маҳдудиятҳои универсалии бехатарӣ ҳастанд?

Не. Тадқиқотчиён равшан мегӯянд, ки остонаҳои Ҷадвал 4 доимиҳои универсалӣ нестанд. Онҳо барои симулятсияи истифодашуда, модели эътимоднокӣ ва тавозуни бехатарӣ–имконияти фуруд интихоб шудаанд.

Дар системаи воқеӣ онҳо бояд вобаста ба андозаи UAV, камера, андозаи киштӣ, ҳаракати мавҷ, рӯшноӣ ва динамикаи парвоз аз нав муайян карда шаванд.

Дар санҷиши вайроншавии визуалӣ кадом ҳолатҳо истифода шуданд?

Манбаъ дар Шакл 3 чор ҳолати асосии тасвирро нишон медиҳад:

• тасвири муқаррарӣ,
• рӯшноии паст,
• хирашавии ҳаракатӣ,
• инъикос ва пӯшонидани қисман.

Дар сатри дуюми шакл харитаҳои маҳаллии вокуниши сифати тасвир мавҷуданд. Дар манбаъ минтақаҳои равшантар қобили истифода будани пасттарро барои ошкоркунии ҳадафи фуруд ва баҳодиҳии поза нишон медиҳанд.

Ҳангоми вайрон шудани тасвир метрикаҳои система чӣ гуна тағйир меёбанд?

Дар Шакл 4 ҳангоми рӯшноии паст, хирашавии ҳаракатӣ ва инъикос/пӯшонидан холи сифати тасвир коҳиш ёфта, номуайянии идрок зиёд мешавад. Дар натиҷа, эътимоднокии муттаҳидаи мушоҳида низ метавонад аз остона поён равад.

Дар ин ҳолат система ба сабаби як холи баланди ошкоркунии ҳадаф ба поёнравии ниҳоӣ намегузарад, балки дар марҳилаи ҳамоҳангшавӣ ё интизорӣ мемонад.

Натиҷаи ablation-и чор равиши идоракунӣ чӣ буд?

Оё илова кардани эътимоднокии тасвир воқеан фарқият ба вуҷуд меорад?

Муқоисаи ablation махсусан ҳамин саволро месанҷад. MPC-и стандартӣ ягон иттилооти эътимоднокии идрокро истифода намекунад. Confidence-only MPC танҳо эътимоди ошкоркунии ҳадафро истифода мебарад. Fixed robust MPC захираи доимии бехатариро, ки аз ҳолати визуалӣ вобаста нест, истифода мекунад.

Равиши пешниҳодшуда posterior probability, сифати визуалӣ ва номуайянии идрокро якҷоя истифода мебарад, бинобар ин дар тасвирҳои пастсифат, вале дорои confidence-и баланд метавонад эҳтиёткортар амал кунад.

Коҳиши сатҳи поёнравии нодуруст дар Ҷадвал 6 аз %18 то %5 яке аз далелҳои асосии иҷрои занҷири эътимоднокии пешниҳодшуда мебошад.

Дар муқоиса бо SHMPC чӣ ёфт шуд?

Дар муқоисаи Шакл 8 reliability-enhanced MPC-и пешниҳодшуда бо shrinking horizon MPC (SHMPC) аз рӯйи майли тамос муқоиса шудааст.

Дар усули пешниҳодшуда тақрибан %75 фурудҳо дар ҳудуди 10° мебошанд. Барои SHMPC дар ҳамин диапазон тақрибан %71 гузориш шудааст.

Вақтҳои миёнаи ҳалли масъала:

• SHMPC: тақрибан 913 ms/итератсия,
• усули пешниҳодшуда: тақрибан 104 ms/итератсия.

гузориш шудаанд.

Чаро барои MPC-и стандартӣ ҳам %58 ва ҳам %24 оварда шудааст?

Дар манбаъ ду натиҷаи гуногун мавҷуд аст. Дар муқоисаи ablation-и Ҷадвал 6 сатҳи фуруд дар ҳудуди 15° барои MPC-и стандартӣ %58 дода шудааст.

Аммо дар тавсифи Бахш 4.4 ва Шакл 8 барои муқоисаи алоҳидаи MPC-и стандартӣ ин сатҳ %24 оварда шудааст. Ҳамин бахш барои усули пешниҳодшуда боз %82-ро медиҳад.

Азбаски манбаъ фарқи шароити ин ду гурӯҳи таҷрибаро ба қадри кофӣ миқдоран шарҳ намедиҳад, ин арзишҳоро ҳамчун алтернативаи якдигар муттаҳид кардан мумкин нест. Аз ҳамин сабаб визуализатсияи Verianla Live танҳо аз маҷмӯи дохилан мутобиқи маълумоти ablation-и Ҷадвал 6 истифода мебарад.

Натиҷаи 50 озмоиш чӣ буд?

Манбаъ дар муқоисае, ки амплитудаи максималии tilt-и саҳн 0,5 rad буд, фуруди муваффақро ҳамчун камтар аз 20° будани майли платформа дар лаҳзаи тамос муайян кардааст.

Дар ин шароит усули пешниҳодшуда:

• дар 45 аз 50 озмоиш фуруди муваффақ,
• 5 фуруди номуваффақ,
• %90 муваффақият,
• %10 номуваффақият

гузориш шудааст.

Дар ҳамин тавсиф гуфта мешавад, ки сатҳи номуваффақии MPC-и стандартӣ тақрибан %50 аст.

Оё натиҷаи «кунҷи тамос дар ҳудуди 5°» қатъӣ аст?

Гарчанде хулосаи манбаъ чунин ибора дорад, ҳамаи натиҷаҳои асосӣ ин даъвои мутлақро дастгирӣ намекунанд.

Дар Шакл 8 тақрибан %38 фурудҳои усули пешниҳодшуда дар 0–5° ва тақрибан %37 дар 5–10° дида мешаванд. Илова бар ин, дар ҷадвалҳои ҳассосияти параметр кунҷҳои миёнаи номиналии тамос 5,4° ва 7,6° гузориш шудаанд.

Аз ин рӯ, натиҷаи боэътимодтаре, ки кор дастгирӣ мекунад, ин аст, ки усули пешниҳодшуда равзанаҳои фуруд бо майли пасттарро бештар интихоб мекунад ва ҳиссаи фурудҳоро дар ҳудуди 15° зиёд мекунад. Набояд хулоса кард, ки ҳамаи тамосҳо дар ҳудуди 5° сурат гирифтаанд.

Агар остонаҳои фуруд нармтар шаванд, чӣ рӯй медиҳад?

Ҷадвал 7 се танзими гуногуни гузариши марҳиларо муқоиса мекунад:

Натиҷа тавозуни муҳими бехатарӣ–имкониятро нишон медиҳад. Остонаи хеле нарм интизориро кӯтоҳ мекунад, аммо хавфи поёнравии барвақтро зиёд мекунад. Остонаи хеле сахт кунҷи пасттари тамос ва сатҳи камтари поёнравии нодурустро таъмин мекунад, вале боиси аз даст рафтани баъзе равзанаҳои мувофиқи фуруд ва интизории дарозтар мешавад.

Дар ин таҷриба танзими номиналӣ баландтарин сатҳи умумии муваффақияти фурудро дод.

Вазнҳои эътимоднокӣ ба натиҷаҳо то чӣ андоза таъсир мекунанд?

Ҷадвал 8 вазнҳои гуногуни posterior, сифати тасвир ва номуайяниро муқоиса мекунад. Масалан, дар танзими номиналӣ сатҳи фуруд дар ҳудуди 15° %82, поёнравии нодуруст %8 ва майли миёнаи тамос 5,4° аст; бо вазнҳои мутобиқшаванда онҳо мутаносибан %84, %4 ва 4,7° гузориш шудаанд.

Аммо дар танзими мутобиқшаванда вақти миёнаи ҳалли масъала то 110 ms ва вақти интизорӣ то 5,5 s зиёд мешавад. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки баҳодиҳии эҳтиёткоронаи эътимоднокии визуалӣ бехатариро беҳтар мекунад, вале имконияти фуруд ё вақти ҳисоббарориро бе ягон хароҷот беҳтар намекунад.

Агар ҷаримаи эътимоднокии MPC зиёд карда шавад, чӣ мешавад?

Дар Ҷадвал 9 бо вазнҳои номиналии MPC сатҳи фуруд дар ҳудуди 15° %82, поёнравии нодуруст %8 ва кунҷи миёнаи тамос 5,4° аст.

Ҳангоми истифодаи reliability emphasis-и баландтар, поёнравии нодуруст то %4 ва кунҷи миёнаи тамос то 4,8° кам мешавад, аммо муваффақияти фуруд дар ҳудуди 15° то %80 паст шуда, вақти ҳалли масъала ба 111 ms мерасад.

Ин дастгирӣ мекунад, ки контроллер бо ҷаримаи бештари бехатарӣ эҳтиёткортар мешавад.

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ мекунад

• Сифати визуалӣ ва номуайянии идрок метавонанд новобаста аз confidence-и ҳадаф барои қарори фуруд иттилооти иловагии муфид диҳанд.
• Бо пайваст кардани эътимоднокии мушоҳида ба ковариатсияи мушоҳидаи Kalman, таъсири ченкуниҳои визуалӣ дар тасвирҳои бад кам карда мешавад.
• Илова кардани эътимоднокии мушоҳида ба гузариши марҳилаи фуруд дар симулятсия қарорҳои нодурусти поёнравиро кам кардааст.
• Дар таҷрибаи ablation-и Ҷадвал 6 усули пешниҳодшуда сатҳи муваффақияти фуруд %90 ва false descent %5-ро таъмин кардааст.
• Дар ҳамон таҷрибаи ablation бо усули пешниҳодшуда %82 фурудҳо дар майли саҳни ҳудуди 15° анҷом ёфтаанд.
• Пешгӯии кӯтоҳмуддати ҳаракати саҳн бар асоси FFT ва Kalman барои интихоби равзанаи фуруд бо майли паст пешгӯии қобили истифода фароҳам овардааст.
• Дар муқоисаи SHMPC вақти миёнаи оптимизатсияи усули пешниҳодшуда тақрибан 104 ms ва SHMPC тақрибан 913 ms гузориш шудааст.
• Танзими сахттар дар остонаҳои гузариши марҳила поёнравии нодурустро кам карда, вақти интизориро зиёд кардааст.

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ намекунад ё ҳанӯз тасдиқ накардааст

• Усул бо озмоиши парвоз дар киштии воқеии ҳаракаткунанда тасдиқ нашудааст.
• Сатҳи муваффақияти %90 эҳтимолияти универсалии фуруд барои ҳамаи ҳолатҳои баҳр нест.
• Остонаҳои 0,72 reliability, 0,65 сифати тасвир ё 0,25 номуайянӣ маҳдудиятҳои универсалии бехатарии ҳавонавардӣ нестанд.
• Кор бо ҷадвалҳои асосии натиҷаҳо ба таври мутобиқ нишон намедиҳад, ки ҳамаи тамосҳо дар ҳудуди 5° сурат гирифтаанд.
• Пошиши баҳр, зарбаҳои хеле қавии шамол ва ҳаракати heave-и саҳн бо озмоишҳои васеи парвози воқеӣ тасдиқ нашудаанд.
• Иҷрои шабакаи сифати визуалӣ дар шароити domain shift дар камераҳо ва муҳитҳои воқеии гуногуни баҳрӣ чен карда нашудааст.
• Нишон дода нашудааст, ки алгоритм дар компютери воқеии парвоз ҳамон вақти ҳалли 104 ms-ро таъмин мекунад.
• Набудани ниёз ба алоқаи берунии фарохмаҷрои баланд маънои аз система хориҷ шудани ҳамаи шаклҳои алоқа надорад; кор аз рӯйи таъриф ба он равона шудааст, ки идоракунии фуруд ба feedback-и берунии ҳолат дар вақти воқеӣ вобаста набошад.

Усул ва натиҷаҳо

Таҳқиқот аз кадом навъи тасдиқ истифода кард?

Кор аз таҳияи усул, таҳлили математикӣ, симулятсия, арзёбии software-in-the-loop, муқоисаи ablation ва санҷишҳои ҳассосияти параметр иборат аст.

Дар манбаъ силсилаи озмоишҳои физикии парвози UAV дар платформаи воқеии киштии ҳаракаткунанда пешниҳод нашудааст. Муаллифон дар бахши натиҷаҳо озмоишҳо дар киштии воқеиро ошкоро ҳамчун кори оянда қайд кардаанд.

Занҷири асосии кории усул

Чаро таҳқиқоти ablation муҳим аст?

Таҳқиқоти ablation месанҷад, ки оё муваффақияти усули пешниҳодшуда танҳо аз он бармеояд, ки «MPC истифода мешавад», ё не.

Чор равиш дар як муқоиса бо илова кардани ҷузъҳо ба таври систематикӣ сохта шудаанд:

• MPC-и стандартӣ: perception reliability нест,
• confidence-only MPC: танҳо posterior confidence,
• fixed robust MPC: маржаи доимии номуайянӣ,
• усули пешниҳодшуда: posterior + сифати тасвир + номуайянии идрок + reliability constraint.

Коҳиши сатҳи поёнравии нодуруст ба шакли %18 → %12 → %7 → %5 дастгирӣ мекунад, ки дастоварди бехатарӣ ба истифодаи иттилооти афзояндаи эътимоднокӣ вобаста аст, на танҳо ба як хусусияти иловагӣ.

Санҷиши сифати визуалӣ чиро исбот мекунад?

Шакл 3 ва 4 нишон медиҳанд, ки вайроншавиҳои симулятсияшудаи тасвир метавонанд аз ҷониби холи сифат ва механизми эътимоднокӣ муайян шаванд. Хусусан вақте дар гӯшаҳо ва канорҳои ҳадафи монанди AprilTag хирагӣ ё пӯшонидан ба вуҷуд меояд, харитаи вокуниши сифат қобили истифода будани пастро нишон медиҳад.

Аммо ин таҷриба benchmark-и мустақиле нест, ки қобилияти умумисозии шабакаи сифати тасвирро дар маҷмӯи васеи тасвирҳои дар баҳри воқеӣ ҷамъоваришуда чен кунад.

Deck motion prediction чиро тасдиқ мекунад?

Шакл 5 ва 6 нишон медиҳанд, ки модели FFT–Kalman дар уфуқҳои кӯтоҳи пешгӯӣ метавонад ҳаракати roll-и мушоҳидашударо пайгирӣ кунад. Манбаъ махсус қайд мекунад, ки дар уфуқи визуалии 0,25 s мутобиқат беҳтар, дар уфуқи 1 s инҳироф бештар аст; пешгӯии 1 s бо дастгирии IMU тамоюли устувортар нишон медиҳад.

Ин натиҷа дастгирӣ мекунад, ки пешгӯии кӯтоҳмуддат барои равзанаи ниҳоии фуруд муфид аст; онро ҳамчун пешгӯии дақиқи ҳаракати дарозмуддати баҳр маънидод кардан лозим нест.

Муваффақият чӣ гуна муайян карда шуд?

Дар арзёбии 50 озмоиши Бахш 4.4 фуруди муваффақ ҳамчун камтар аз 20° будани platform tilt дар лаҳзаи тамос муайян шудааст.

Аз ин рӯ, таърифи сатҳи %90 «landing success» ҳамаи меъёрҳои воқеии ҷаҳон, аз ҷумла фуруди беосеби физикӣ, бори пойгоҳи фуруд, лағжиш, берун баромадан аз саҳн ё сертификатсияи бехатарии парвозро фаро намегирад.

Қобилияти вақти воқеӣ то чӣ андоза нишон дода шуд?

Дар Ҷадвал 6 MPC-и стандартӣ 96 ms, confidence-only MPC 99 ms, fixed robust MPC 108 ms ва усули пешниҳодшуда 104 ms вақти миёнаи ҳалли масъала гузориш шудааст.

Дар вазнҳои гуногуни эътимоднокии Ҷадвал 8 ва 9 вақтҳо тақрибан дар диапазони 99–111 ms мемонанд.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки узвҳои иловагии reliability вақти ҳалли масъала дар муҳити симулятсияи истифодашударо ба таври драмавӣ зиёд накардаанд. Аммо манбаъ benchmark-и пурраи сахтафзори embedded-ро барои модели протсессор, маҳдудиятҳои ҳароратӣ ва бори дарозмуддати парвози воқеии компютери парвоз пешниҳод намекунад.

Чаро ҳассосияти параметр санҷида шуд?

Азбаски модели эътимоднокӣ вазнҳо ва остонаҳои зиёди таҷрибавиро дар бар мегирад, санҷида шудааст, ки оё натиҷаҳо танҳо ба як комбинатсияи мушаххаси параметрҳои дастӣ интихобшуда вобастаанд ё не.

Таҳлилҳои ҳассосияти кор умуман тамоюлҳои зеринро нишон медиҳанд:

• остонаҳои нармтари бехатарӣ → интизории кӯтоҳтар, вале поёнравии нодурусти бештар,
• остонаҳои сахттар → кунҷи пасттари тамос, вале интизории дарозтар,
• ҷаримаи баландтари номуайянӣ → фуруди эҳтиёткортар,
• вазни баландтари сифати тасвир → фуруди нодурусти камтар дар тасвири бад,
• ҷаримаи аз ҳад зиёди эътимоднокӣ → бо афзоиши бехатарӣ имконияти фуруд метавонад кам шавад.

Маҳдудиятҳои асосии илмии кор

• Қисми асосии тасдиқ дар муҳити симулятсия ва software-in-the-loop мебошад.
• Дар киштии воқеии ҳаракаткунанда озмоиши парвоз анҷом дода нашудааст.
• Дар тасвирҳои воқеии баҳр benchmark-и мустақили васеи сифати визуалӣ пешниҳод нашудааст.
• Зарбаҳои қавии шамол, пошиши зичи баҳр ва heave coupling ба кори минбаъда гузошта шудаанд.
• Остонаҳо ва вазнҳо аз вазифа вобастаанд.
• Вазнҳои сифати тасвир ва номуайянӣ ба таври эмпирикӣ танзим шудаанд.
• Модели MPC модели пурраи аэродинамикии UAV бо садоқати баланд нест.
• Усул фарз мекунад, ки дар уфуқи кӯтоҳ эътимоднокии визуалӣ оҳиста тағйир меёбад.
• Дар манбаъ баъзе номувофиқатҳои нотатсия ва рақамҳои натиҷа мавҷуданд.

Қайди манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии кор: Research on Autonomous UAV Shipboard Landing Control for Dynamic Ship Platforms

Муаллифон: Wenjie Zhou; Yuanliang Zhang; Lixue Ni.

Тартиби муаллифон: Тартиби манбаъ айнан нигоҳ дошта шудааст.

Ҳиссаи баробар/муаллифи аввали баробар: Дар манбаъ изҳороти ҳиссаи баробар мавҷуд нест.

Муаллифи масъул: Lixue Ni.

Муассиса: College of Mechanical Engineering, Jiangsu Ocean University, Lianyungang 222005, China.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотӣ.

Ҳолати баррасии ҳамтоён: Кори аз баррасии ҳамтоён гузашта ва нашршуда мебошад.

Муҳаррирони академӣ: Maolong Lv, Junkai Ren ва Haibin Duan.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / рақами мақола: 14 / 6 / 612.

Санаи қабул: 20 Апрели 2026.

Санаи бознигарӣ: 25 Май 2026.

Санаи пазируфтан: 25 Май 2026.

Санаи нашр: 28 Май 2026.

DOI: 10.3390/machines14060612

Пайванди расмии нашр:https://doi.org/10.3390/machines14060612

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Муаллифон изҳор кардаанд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии маълумот: Муаллифон изҳор кардаанд, ки саҳмҳои аслии кор дар дохили мақола мавҷуданд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳмҳои муаллифон: Консептуализатсия Wenjie Zhou; методология Wenjie Zhou; тарҳи аввал Wenjie Zhou; бозбинӣ ва таҳрир Wenjie Zhou ва Yuanliang Zhang; назорат Lixue Ni; идоракунии лоиҳа Yuanliang Zhang ва Lixue Ni; дарёфти маблағгузорӣ Lixue Ni нишон дода шудааст. Дар баёнияи маблағгузорӣ инчунин алоҳида гуфта шудааст, ки мақола маблағгузории беруна надорад.

Сатҳи тасдиқ: Натиҷаҳои асосии иҷрои кор ба симулятсия ва таҳлилҳои software-in-the-loop асос ёфтаанд. Дар киштии воқеӣ озмоиши физикии фуруди UAV анҷом дода нашудааст. Озмоишҳои парвози воқеӣ аз ҷониби муаллифон ҳамчун кори оянда нишон дода шудаанд.

Маҳдудияти таърифи муваффақият: Дар арзёбии 50 озмоиши Бахш 4.4 фуруди муваффақ ҳамчун камтар аз 20° будани майли платформа дар лаҳзаи тамос муайян шудааст. Аз ин рӯ, сатҳи %90 метрикаи сертификатсионӣ нест, ки ҳамаи меъёрҳои механикӣ ва бехатарии парвози фуруди воқеии амалиётиро фаро гирад.

Номувофиқати натиҷаи дохили манбаъ 1: Хулоса мегӯяд, ки touchdown attitude angle дар ҳудуди 5° нигоҳ дошта шудааст. Аммо тақсимоти Шакл 8 танҳо як қисми фурудҳоро дар 0–5° нишон медиҳад ва тақрибан %75-ро дар ҳудуди 10° медиҳад. Дар танзими номиналии Ҷадвал 8 ва 9 майли миёнаи тамос 5,4°, дар танзими номиналии Ҷадвал 7 бошад 7,6° аст. Аз ин рӯ, натиҷаи «ҳамаи тамосҳо дар ҳудуди 5°» аз маълумоти манбаъ бароварда нашудааст.

Номувофиқати натиҷаи дохили манбаъ 2: Дар таҷрибаи ablation-и Ҷадвал 6 сатҳи фуруд дар ҳудуди 15° барои MPC-и стандартӣ %58 аст. Дар тавсифи Бахш 4.4 ва Шакл 8 барои MPC-и стандартӣ %24 дода шудааст. Азбаски манбаъ шароити ин ду маҷмӯи муқоисаро ба қадри кофӣ тафсил намедиҳад, рақамҳо ба ҷойи ҳам истифода нашудаанд.

Номувофиқати нотатсияи дохили манбаъ 1: Баъд аз Муодила (68) навишта шудааст, ки шартҳои гузариши марҳила бояд дар тӯли λq кадр пайваста иҷро шаванд, дар ҳоле ки Ҷадвал 4 ва тавзеҳҳои баъдӣ шумораи кадрҳои пайдарпайро \(N_c=10\) муайян мекунанд. Дар тавзеҳи асосӣ арзиши \(N_c\), ки равшан дар ҷадвал дода шудааст, истифода шудааст.

Номувофиқати нотатсияи дохили манбаъ 2: Вазнҳои пайгирӣ ва афзоиши идоракунии MPC дар Муодила (42) ҳамчун S ва T, дар Ҷадвал 3 ва Муодила (50) ҳамчун Q ва R номгузорӣ шудаанд. Барои вазни barrier низ αL/λb ва барои ҷаримаи номуайянӣ λν/λu фарқиятҳо мавҷуданд. Матни Verianla ин нотатсияҳоро тавре аз нав нанавиштааст, ки гӯё дар манбаъ як рамз истифода шудааст.

Номувофиқати нотатсияи дохили манбаъ 3: Гарчанде ки дар Муодила (13) \(q_k\) ҳамчун холи таркибии чор ҷузъи сифат муайян шудааст, дар ҷумлаи баъдӣ он ҳамчун баромади шабакаи NR-IQA номида мешавад. Дар муодила баромади махсуси NR-IQA бо рамзи \(q_k^{nr}\) муайян шудааст.

Қайди муқоисаи Ҷадвал 7–9: Дар танзимҳои номиналӣ сатҳи false-descent дар ҷадвалҳои гуногуни ҳассосият арзишҳои гуногун, аз ҷумла %5 ва %8 мегирад. Азбаски ин ҷадвалҳо натиҷаҳои сканҳои гуногуни параметр мебошанд, фарз карда нашудааст, ки онҳо як натиҷаи ягонаи ҳамон намунаи Monte Carlo мебошанд.

Иҷозатномаи визуалӣ ва мутобиқсозӣ: Inline SVG дар ин матни Verianla визуали ҳосилавии туркии соддакардашуда мебошад, ки аз меъмории усули Шакл 1-и кори манбаъ ва тавсифҳои дахлдори усул бо нигоҳ доштани маънои илмӣ сохта шудааст. Кори манбаъ таҳти иҷозатномаи CC BY нашр шудааст.

Маҳдудияти мазмуни илмӣ: Меъмории UAV–USV, probabilistic perception, арзёбии сифати тасвир, эътимоднокии мушоҳида, пешгӯии саҳн бо FFT/Kalman, MPC, таҳлили устуворӣ, остонаҳо ва натиҷаҳои иҷро дар ин матни Verianla танҳо ба кори манбаи баррасишуда асос ёфтаанд. Аз манбаъҳои беруна натиҷаи нави таҷрибавӣ ё иҷро илова нашудааст; санҷиши беруна танҳо барои шахсияти библиографии нашр истифода шудааст.