ПЛАНУВАННЯ МАРШРУТУ
АВТОНОМНА ГЕНЕРАЦІЯ ШЛЯХІВ

Система координат LOCAL_NED

Без GPS абсолютні географічні координати (широта, довгота) недоступні. Фрейм LOCAL_NED ArduPilot визначає позицію відносно точки зльоту: North (метри від зльоту, позитивне значення — північ), East (метри від зльоту, позитивне — схід), Down (метри від зльоту, позитивне — вниз; негативні значення означають вище висоти зльоту). Waypoint за координатами (+500, +200, −120) означає 500 м на північ, 200 м на схід і 120 м вище точки зльоту. Пілот програмує місію перед запуском, використовуючи карти рельєфу і відомі відстані до цільових зон.

Накопичений дрейф у LOCAL_NED — фундаментальне обмеження: без зовнішньої корекції позиції (GPS, візуальні орієнтири або наземні маяки) оцінка позиції дрейфує на 50–200 м за 10-хвилинний політ. Для ISR цей дрейф прийнятний — камерний слід на висоті 120 м AGL покриває смугу шириною 300 м, тож похибка позиції 50–200 м усе одно тримає цільову зону в полі зору камери. Для FPV-удару дрейф означає, що пілот прибуває в загальну зону цілі, але має візуально отримати конкретну ціль на останніх 100 метрах підходу.

Генерація маршрутів Lisa 26

L2 Lisa 26 генерує оптимальні маршрути з урахуванням трьох шарів обмежень: цілі місії (сектор покриття ISR, координати цілі FPV), небезпеки рельєфу (перешкоди з DEM, мінімальний висотний запас, коридори ліній електропередач) та уникнення загроз (відомі позиції ворожої ППО, зони РЕБ, спостережені патерни активності дронів з бригадної розвідки). Вихід — послідовність waypoints у LOCAL_NED, завантажена в дрон через MAVLink до запуску.

Алгоритм пошуку шляху: Lisa 26 застосовує A*-пошук по сітці 100×100 м із ваговими коефіцієнтами для рельєфу і загроз (зони ворожої ППО отримують нескінченну вагу і обходяться). Мінімальна висота обчислюється як максимальна висота рельєфу в радіусі 500 м плюс запас 50 м. Для маршрутів, що потребують MANET-зв'язку з Fischer 26, додаткова фільтрація: маршрут проходить через точки з прямою видимістю (LOS) до ретранслятора для забезпечення зони Френеля.

Динамічне перемаршрутування під час польоту: якщо в зоні місії з'являється нова загроза (активація ворожого ЗРК виявлена SDR або Fischer 26 виявляє ворожий дрон на запланованому маршруті), Lisa 26 генерує оновлену послідовність waypoints і завантажує її через MANET. Дрон переходить на новий маршрут на наступному waypoint без повернення додому. Це забезпечує реактивне планування, що адаптується до тактичної ситуації, яка розвивається — маршрут, запланований у наказі на операцію, може бути застарілим на момент запуску, але система коригує в реальному часі.

Уникнення рельєфу і безпечна висота

Lisa 26 забезпечує мінімальну висоту 50 метрів AGL для всіх автономних waypoints — це очищає найвищі дерева (шведська ялина в середньому 25 м, максимум 40 м), опори ліній електропередач (зазвичай 15–30 м) і комунікаційні щогли. У міських зонах мінімальна висота зростає до 80 м AGL для очищення багатоповерхівок. DEM надає висоту рельєфу в кожному waypoint, і Lisa 26 коригує висоту waypoint для підтримки мінімального запасу AGL навіть над рельєфом, що підіймається. Без цієї логіки слідування рельєфу waypoint, встановлений на «120 м над точкою зльоту» на пласкій місцевості, зачіпав би верхівки дерев на пагорбі 70 м вище висоти зльоту.

Планування маршруту в GPS-denied середовищах вимагає принципово іншого мислення, ніж операції з GPS. З GPS маршрут визначається абсолютними координатами, за якими дрон точно слідує. Без GPS маршрут визначається відносними зміщеннями від точки зльоту — і накопичений дрейф означає, що фактичний шлях дрона відхиляється від запланованого на 50–200 метрів за 10-хвилинний політ. Планувальник шляху має враховувати цей дрейф у дизайні місії.

GPS-Denied планування маршруту

Без GPS абсолютні waypoints (широта/довгота) безглузді — ви не знаєте своєї абсолютної позиції. Натомість маршрути визначаються відносно точки зльоту: «летіти 500 м на курсі 045°, набрати 120 м AGL, тримати орбіту радіусом 200 м». Барометр забезпечує висоту. Гіроскоп забезпечує курс (повільно дрейфує). Візуальні орієнтири з відеопотоку FPV забезпечують корекцію курсу. Так пілоти навігувалися ДО існування GPS — dead reckoning з візуальними контрольними точками.

Реалізація ArduPilot

GPS-Denied формат waypoint

Без GPS waypoints визначаються відносно точки зльоту за барометричною висотою і курсом:

# GPS-denied waypoint format for ArduPilot
# All positions relative to HOME (takeoff point)
# Heading from gyro (AHRS), altitude from barometer

# MAVLink COMMAND: MAV_CMD_NAV_WAYPOINT (relative mode)
# param5 = latitude offset (meters north, NOT degrees)
# param6 = longitude offset (meters east, NOT degrees)
# param7 = altitude AGL (barometric, meters)

# Example: fly 500m north, 200m east, at 100m AGL
mavutil.mavlink.MAV_CMD_NAV_WAYPOINT(
    0, 0, 0, 0,    # params 1-4 unused
    500,            # 500m north of takeoff
    200,            # 200m east of takeoff
    100             # 100m AGL (barometric)
)

Параметр ArduPilot: FRAME=6 (MAV_FRAME_LOCAL_NED) для відносного позиціонування. Перевірено в SITL з відключеним GPS: дрон слідує відносним waypoints з точністю приблизно 5 м на дальності 500 м (дрейф накопичується понад 1 км).

Пов'язані розділи

Слідування рельєфу (ArduPlane)

Fischer 26 може слідувати контуру рельєфу на сталій висоті AGL за допомогою барометричної висоти плюс попередньо завантажених даних DEM. Параметри ArduPlane для слідування рельєфу (перевірені в SITL):

Без позиції GPS слідування рельєфу використовує оцінку позиції з візуальної одометрії плюс барометричну висоту. Точність деградує з дрейфом позиції — використовуйте слідування рельєфу лише тоді, коли оцінка позиції свіжа (протягом 5 хвилин від візуального орієнтирного фіксу).

Зовнішнє джерело: Autopilot — Wikipedia

Джерела

Параметричні джерела. Барометр BMP390 з точністю ±0,5 м — datasheet Bosch. Оптичний потік PMW3901, що працює нижче 30 м AGL — datasheet PixArt. Гіроскопний дрейф приблизно 1°/хв без GPS-корекції — типова характеристика MEMS-гіроскопів, підтверджена документацією ArduPilot EKF3. Параметри ArduPilot (MAV_FRAME_LOCAL_NED, FRAME=6) — документація ArduPilot. Алгоритм A* — Hart, Nilsson, Raphael (1968). Дані DEM для Швеції — Lantmäteriet GSD50+ (відкриті дані).

Математично перевірювані оцінки. Максимальна висота шведської ялини 25 м (середня) / 40 м (максимум) — лісівничі довідники. Ширина камерного сліду на висоті 120 м AGL: кут поля зору 60° × 2 × tan(30°) × 120 м ≈ 140 м (односторонній) або 280 м (повний кадр) — базова тригонометрія. Рамка «300 м широка смуга» в EN — округлене значення з цих розрахунків.

Операційні оцінки — не верифіковано польовими випробуваннями FSG-A. Точність «приблизно 5 м на дальності 500 м» у SITL — це результат симуляції, не реальних польотів. Дрейф 50–200 м за 10-хвилинний політ — оцінка на основі типової продуктивності EKF3 без GPS, не виміряна на дроновій платформі FSG-A. Мінімальна висота AGL 50 м (сільська) / 80 м (міська) — інженерні вибори, не калібровані за реальними прольотними даними. Точність оптичного потоку «±2 % від дистанції» — специфікація PMW3901, не виміряна FSG-A в бойових умовах. Усі ці цифри мають бути перевалідовані перед оперативним використанням.

Зовнішні стандарти та джерела. Див. категоризовані секції джерел раніше на цій сторінці для конкретних цитат, що підтверджують кожне твердження. Технічні базові лінії: документація для розробників ArduPilot; документація обладнання ExpressLRS; NATO STANAG 4609 Ed. 4 (метадані motion imagery), 4671 (льотна придатність UAV), 2022 (оцінка розвідки); Watling & Reynolds, "Meatgrinder: Russian Tactics in the Second Year", RUSI (2023); щоденні кампанійні оцінки ISW на understandingwar.org (архів). Алгоритм пошуку A* (Hart, Nilsson, Raphael, 1968). Lantmäteriet GSD50+ DEM Швеції (відкриті дані). Специфікація MAVLink LOCAL_NED. FSG-A не має власних даних слідування рельєфу — конфігурація з документації ArduPilot.