Study of the impact of changes in image informative features in navigation control systems on the operation of unmanned aerial vehicles

Abstract

The objective of this article is to determine the permissible changes in the informative characteristics of navigation control systems under the influence of destructive effects used to describe objects on the observation surface (OS), while maintaining a given level of unmanned aerial vehicles (UAV) efficiency. This objective is achieved by establishing an analytical relationship between the UAV efficiency indicator and the probability of localizing a reference object in the image; by studying the dependence of this probability on the characteristics of the decision-making function (DMF) it generates, with subsequent determination of its relationship with the permissible changes in the informative characteristics (IC). The solution to the first problem is based on a probabilistic approach to assessing the effectiveness of UAVs under destructive effects on objects on the observation surface (OS). The solution to the second problem is based on establishing a mathematical relationship between the probability of localizing a reference object and the characteristics of the decision-making function (DMF) it generates. The solution to the third problem consists in assessing the permissible changes in stable informative features of an image (IF), at which the computer vision system (CVS) remains operational. The study was conducted in the MATLAB software environment using images obtained from Google Earth. It has been shown that the permissible changes caused by destructive impacts, in terms of the change in the area of the reference object, are within the range of (10–15)% of their total area, regardless of the type of observation surface (OS).

Scopul lucrăriieste de a determina modificările permise în sistemele de control al navigației ale caracteristicilor informative sub influența efectelor distructive utilizate pentru a descrie obiectele suprafeței de ochire (SS), la care se menține un anumit nivel de eficiență a vehiculelor aeriene fără pilot (UAV).Acest obiectiv este atins prin stabilirea unei relații analitice între indicatorul de eficiență al UAV și modificările permise ale caracteristicilor informative sub influența factorilor distructivi. Soluția la prima problemă se bazează pe o abordare probabilistică a evaluării eficienței UAV. Soluția la a doua problemă se bazează pe stabilirea unei relații matematice între probabilitatea localizării unui obiect de referință și caracteristicile funcției de decizie. Se obțin relații analitice pentru o estimare asimptotică a probabilității localizării obiectelor de referință. Soluția la a treia problemă implică evaluarea modificărilor permise ale caracteristicilor informative ale imaginilor. Studiul a fost efectuat în mediul software MATLAB utilizând imagini preluate de pe Google Earth. Se demonstrează că modificările permise cauzate de impacturi distructive în ceea ce privește modificarea ariei unui obiect de referință se încadrează în (10...15)% din aria lor totală,indiferent de tipul suprafeței de ochire. Cel mai semnificativ rezultat este determinarea modificărilor permise ale caracteristicilor informative care mențin un anumit nivel de eficiență a UAV-ului. Semnificația rezultatelor obținute constă în determinarea erorii permise în localizarea unui obiect, care leagă valorile funcției de decizie cu varianța și intervalul de corelație al acesteia.

Целью статьи определение допустимых изменений в системах управления навигацией информативных признаков под влияниемдеструктивных воздействий, используемых для описания объектов поверхности визирования (ПВ), при которых сохраняется заданный уровень эффективностибеспилотных летательных аппаратов (БПЛА).Поставленная цель достигается путем установления аналитическойсвязи показателя эффективности БПЛА с вероятностью локализации объекта привязки на изображении; исследования зависимости этой вероятности отхарактеристик формируемой ею решающей функции(РФ)с последующим определением ее связи с допустимыми изменениями информативных признаков (ИП)под воздействием деструктивных факторов. Решение первой задачи основано на вероятностном подходе к оценке эффективности БПЛА в условиях деструктивных воздействий на объекты поверхности визирования(ПВ). Получено аналитическое соотношение для оценки вероятности местоопределения БПЛА, показана ее взаимосвязь с РФ. Решение второй задачи базируется на установлении математической зависимости между вероятностью локализации объекта привязки и характеристиками формируемой ею РФ. Получены аналитические соотношения для асимптотической оценки вероятности локализации объектов, численно связанные с параметрами РФ. Решение третьей задачи заключается в оценке допустимых изменений робастных ИПизображений, при которых система технического зрения (СТЗ)сохраняет работоспособность. Исследование выполнено в программной среде MATLAB с использованием изображений, взятых из Google Earth. Показано, что допустимые изменения, обусловленные деструктивным воздействием по показателю изменения площади объекта привязки, находятся в пределах (10…15)% от их общей площади, независимо от типа ПВ. Наиболее существенным результатом является определение допустимых изменений ИП, при которых сохраняется заданный уровень эффективностиБПЛА. Значимость полученных результатов состоит в определении допустимой ошибки локализации объекта, связывающей значения РФ с ее дисперсией и интервалом корреляции, а также ввозможности прогнозирования эффективности применения БПЛА на этапе формирования РФ.