Работа посвящена анализу робастности к внешним и внутренним возмущениям неявных представлений карт в задаче одновременного картирования и локализации (SLAM) на основе изображений с камеры глубины (RGB-D). На примере известного метода Co-SLAM исследуется чувствительность к трем типам реалистичных возмущений: локальным бликам и засветам, погрешностям калибровки внутренних параметров камеры и аддитивному шуму в канале глубины. Для количественной оценки робастности используется среднеквадратическое отклонение оценки положения камеры после выравнивания по алгоритму Кабша—Умеямы. Результаты моделирования с возмущениями показали высокую робастность к локальным световым эффектам, умеренную — к малым ошибкам калибровки и низкую — к шумам в канале глубины. В работе также предлагается новый метод инициализации начальных положений и ориентации камеры на основании линейных и угловых скоростей, рассчитанных из алгоритма визуальной/визуальноинерциальной одометрии, что обеспечивает повышение точности локализации при зашумленном канале глубины без существенного роста вычислительной сложности.

Управление движением группы мобильных роботов, совместно транспортирующих груз в условиях неоднородности характеристик опорных поверхностей, представляет собой сложную задачу. Основная трудность заключается в необходимости одновременного удовлетворения противоречивых требований: безопасного обхода препятствий, сохранения групповой формации, минимизации времени или длины маршрута, а также учета динамических ограничений, накладываемых изменяющимися свойствами грунта. В статье предложен гибридный метод, преодолевающий фундаментальные ограничения существующих подходов, такие как низкая скорость методов на основе выборки (RRT), нестрогое соблюдение ограничений в обучении с подкреплением (RL) и жесткие требования к гладкости в классических методах оптимального управления. Ключевая идея метода заключается в комбинации оптимального управления и машинного обучения, где нейросетевая модель аппроксимирует целевую функцию, что является более универсальным подходом по сравнению с аппроксимацией моделей динамики или среды. Исследуются две стратегии обучения: с учителем для точного воспроизведения целевой функции и с подкреплением (алгоритм DDPG) для ее гибкого определения через функцию вознаграждения. Ограничения, включая предельные ускорения, зависящие от типа поверхности, задаются аналитически с использованием сглаженного дискретного пространства и билинейной интерполяции. Для решения оптимизационной задачи применяется быстрый решатель FATROP, интегрированный с фреймворком автоматического дифференцирования CasADi. Результаты моделирования демонстрируют, что предложенный метод превосходит предыдущую реализацию на основе RRT*, сокращая время расчета траектории в 58 раз и уменьшая время прохождения пути на 20 %. Эксперименты также показали, что обучение с подкреплением позволяет гибко менять цель оптимизации, находя более короткий маршрут (8,9 м против 9,4 м) ценой незначительного увеличения времени движения. Решатель FATROP оказался на 22 % быстрее традиционного IPOPT. Полученные результаты подтверждают перспективность гибридного подхода для задач планирования движения групп роботов, позволяя учитывать сложные нелинейные зависимости без существенного снижения производительности.

Классическая транспортная задача линейного программирования, заключающаяся в минимизации стоимости перевозок между пунктами производства и потребления, имеет множество приложений, одним из которых является задача об эффективном управлении стрельбой. В статье рассматривается модифицированная постановка этой задачи. В ней присутствуют основные и вспомогательные батареи, каждая из которых может выполнить ограниченное число выстрелов по целям с заданной эффективностью. Вспомогательные батареи могут вести огонь только по заранее определенным целям. Цель заключается в таком распределении целей между батареями, которое максимизирует суммарную эффективность поражения. Для решения предложенной задачи применяется метод декомпозиции. Исходная задача большой размерности разбивается на множество более простых одномерных и двумерных подзадач. На первом этапе находится начальное псевдорешение как совокупность решений этих подзадач. Если оно оказывается допустимым для исходной задачи, то является и оптимальным. В противном случае запускается итерационный процесс последовательного согласования решений подзадач путем циклического пересчета коэффициентов целевой функции в двумерных задачах. Этот процесс гарантирует монотонное приближение к оптимальному решению. В статье детально разбираются возможные случаи, возникающие в ходе работы алгоритма, включая особый вырожденный случай, для разрешения которого предлагается введение дополнительных ограничений. Теоретически обосновывается возможность замены ограничений-неравенств на ограничения-равенства для основных батарей в рамках декомпозиционного подхода без потери общности. Эффективность предложенного алгоритма подтверждается результатами вычислительных экспериментов. Аппроксимация зависимости времени работы от размерности задачи демонстрирует полиномиальную сложность метода. Полученные результаты открывают перспективы для применения данного подхода к другим неклассическим постановкам задач оптимизации транспортного типа.

В последние годы значительно возросла популярность малых мультироторных беспилотных летательных аппаратов и, в частности, квадрокоптеров (КК), обусловленная как их характеристиками, так и невысокой стоимостью изготовления и эксплуатации. При этом одним из перспективных путей повышения эффективности применения КК для решения самых разнообразных задач как в гражданской, так и в военной сферах является совершенствование алгоритмов управления полетом аппарата. Однако несмотря на наличие многочисленных классических и современных методов синтеза алгоритмов управления полетом КК многие из них оказываются малоэффективными в условиях априорной неопределенности математической модели динамики аппарата, а также в условиях ветровых возмущающих воздействий.
КК как объект управления является сложной, нелинейной, многомерной динамической системой 12-го порядка с наличием неопределенных параметров и внешних возмущений. В работе рассматривается задача синтеза алгоритма следящего управления полетом (СлУП) КК, обеспечивающего отслеживание произвольно заданного программного изменения вектора управляемых переменных. В качестве показателей эффективности синтезированного алгоритма СлУП КК приняты, во-первых, прямые показатели качества процесса управления (время регулирования и перерегулирование), характеризующие быстродействие и склонность системы к колебаниям и, во-вторых, максимальная амплитуда управляющих воздействий, характеризующая энергозатраты на их выработку.
Статья посвящена сравнительному анализу свойства параметрической робастности алгоритмов СлУП КК, синтезированных на основе наиболее популярных современных методов теории нелинейного управления динамическими объектами: метода скользящих режимов, метода обхода интегратора, метода линеаризации обратной связью, метода упреждающего управления, метода "глубокой" обратной связи, метода нейтрализации динамики с терминальным управлением. Эффективность данных алгоритмов СлУП КК анализировалась путем их компьютерной верификации в среде Python в условиях вариации массы полезной нагрузки и наличия неконтролируемых возмущающих ветровых воздействий.

В настоящее время комплексирование спутниковых навигационных систем (СНС) и корреляционно-экстремальных навигационных систем (КЭНС) беспилотных транспортных средств (БТС) осуществляется на принципах раздельной или, в лучшем случае, слабой интеграции, когда их измерения обрабатываются различными навигационными алгоритмами на основе методов стохастической фильтрации с последующей коррекцией неизбежных рассогласований различными методами оптимизации. Для подобного подхода характерны как большие вычислительные затраты, ввиду необходимости параллельной реализации алгоритмов обработки измерений СНС и КЭНС и последующего решения задачи оптимизации, так и критичность точности позиционирования к возрастанию уровня интенсивности помех радиоизмерений. В связи с этим предлагается решение задачи повышения точности позиционирования БТС на основе принципа сильносвязанной интеграции, предполагающего представление вектора координат БТС и высоты рельефа подстилающей поверхности в виде единого навигационного вектора, динамическая оценка которого осуществляется общим стохастическим фильтром. Подобная обработка измерений помимо резкого сокращения вычислительных затрат обеспечивает устойчивое и высокоточное оценивание навигационных параметров БТС в условиях интенсивных помех как естественного, так и искусственного происхождения. Приведены результаты численного эксперимента, иллюстрирующие эффективность предложенного подхода.

Объектом исследований в статье является информационная технология автономного группового управления многоспутниковой системой дистанционного зондирования Земли. Рассматривается орбитальное построение многоспутниковой системы в виде группировки кластеров малых космических аппаратов. В данном случае под кластером понимается близкое расположение космических аппаратов относительно друг друга. В основу рассматриваемой информационной технологии положен агентно-ориентированный подход и информационное взаимодействие программных агентов космических аппаратов на основе использования межспутниковой связи. Информационное взаимодействие агентов рассматривается с учетом динамики установления межспутниковых линий связи во времени. При этом полагается, что связь внутри кластеров возможна в режиме реального времени, а связь между кластерами — только в рамках интервалов времени, в течение которых соблюдаются необходимые условия. Целью протоколов информационного взаимодействия является автономное групповое решение (без участия наземного комплекса управления) следующих задач: 1) распределение и перераспределение заявок внутри каждого кластера и 2) между кластерами; 3) определение и согласование порядка передачи данных наблюдений на Землю во время установления сеансов связи с наземными пунктами; 4) поиск целесообразного распределения данных съемок между кластерами с использованием межспутниковой связи, обеспечивающего сокращение времени доставки данных съемок на Землю. В процессе участия в протоколах информационного взаимодействия агенты выполняют автономное планирование целевого применения своих космических аппаратов. Это планирование включает поиск допустимого плана съемок и формирование плана полета с учетом технических возможностей и ограничений космического аппарата, а также с учетом контроля электробаланса. Демонстрация возможностей и оценивание эффективности информационной технологии выполняется с помощью программной реализации ее имитационной модели. В статье приводится описание примеров выходных данных, которые формируются в ходе имитационного моделирования.