Method for determining the characteristics of unmanned aircrafts optical systems

DOI: 10.31673/2412-9070.2021.061117

Abstract

The expediency of using optical systems of unmanned aerial systems for the terrain monitoring in the interests of information support for the actions of troops (forces) is shown. The necessity of early determination of the characteristics of optical systems of unmanned aerial vehicles, depending on the tasks being solved, is determined. The technical characteristics of the corresponding electron-optical devices are given. The advantages of observing ground objects by optical systems, which are placed on unmanned aerial vehicles on gyro-stabilized platforms, are shown. The process of processing digital images of the terrain by optical systems is analyzed depending on the threshold illumination and contrast of the object of observation. A technique is presented for determining the necessary  characteristics of the optical system of unmanned aerial vehicles, depending on the flight altitude, observation conditions, and the size of the monitoring object. The procedure for calculating the detection range of ground objects by optical systems of unmanned aerial vehicles for day and night observation conditions is given. The possibility of using these methods for the selection of equipment for unmanned aerial vehicles, which allows you to successfully perform the assigned tasks in specific environmental conditions, is determined. Recommendations are proposed for improving the process of processing digital images with the equipment of an unmanned aerial vehicle. The prospects for the development of this direction are shown by developing methods for compressing (coding) digital images when transferring them to a ground control station.

Keywords: unmanned aircraft; optical system; terrain monitoring; digital images.

References
1. High Accuracy Active Stand-off Target Geolocation Using UAV Platform / X. Yang, D. Lin, F. Zhang [et al.] // IEEE International Conference on Signal, Information and Data Processing (ICSIDP), 2019. Р. 1–4.
2. Слюсар В. И. Передача данных с борта БПЛА: стандарты НАТО // Электроника: наука, технология, бизнес. 2010. № 3. С. 80–86.
3. Слюсар В. И. Радиолинии связи с БПЛА: примеры реализации // Электроника: наука, технология, бизнес. 2010. № 5. C. 56–60.
4. Кузнецов В. Беспилотная одиссея в небе будущего // Наука и техника. 2011. №5 (60). С. 21–26.
5. Підвищення ефективності функціонування системи обробки інформації та управління безпілотних літальних апаратів на основі застосування модулярної системи числення / В. І. Барсов, Є. О. Сотник, В. О. Жадан, В. А. Краснобаєв // Зб. наук. праць Харків. ун-ту Повітряних Сил. 2011. №3 (29). С. 90–95.
6. Цепляєва Т. П., Лохов А. Н. Метод выбора характеристик фотооборудования для БПЛА в зави-
симости от высоты полета // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2011. №49. С. 48–52.
7. Ростопчин В. В., Дмитриев М. Л. Применение цифровых оптических систем для беспилотных летательных аппаратов [Електронний ресурс]. URL: www.uav.ru.
8. STANAG 4609/AEDP-8. NATO Digital Motion Imagery Format [Електронний ресурс.]. URL: www.nato.int/structur/AC/224/ standrd/4609/4609.htm.
9. Проценко М. М. Аналіз структури та варіантів побудови безпілотних авіаційних комплексів // Вісник ЖДТУ. 2012. №61(2). С. 113–117.
10. Проценко М. М. Аналіз методів цифрової обробки відеозображень апаратурою безпілотного літального апарату // Вісник ЖДТУ. 2012. №62(3). С. 67–72.
11. Проценко М. М. Метод стиснення цифрових зображень з використанням базових функцій пакетного вейвлет-перетворення // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем: зб. наук. праць. Житомир: ЖВІ ДУТ, 2015. Вип. №11. 176 c.
12. Application of UAV system for low altitude photogrammetry in Shanxi / J. Chen, L. Zongjian, W. Xiaojing, L. Yongrong // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences : XXII ISPRS Congress, Melbourne, 25.08.2012-01.09.2012. Melbourne, 2012. P. 351–354.
13. Shreyamsh Kamate, Nuri Yilmazer. Application of Object Detectionand Tracking Techniques for Unmanned Aerial Vehicles // Procedia Computer Science. 2015. № 61. Р. 436–441.
14. Bеrеzhnyi A., Trystan A., Lavrov O. Information technology of automatic detection and identification of stationary objects with unmanned aerial vehicles // Сучасні інформаційні системи. 2020. Вип. 4(1). С. 5–10.
15. Бережний А. О., Крижанівський І. М. Комплекс задач системи підтримки прийняття рішення на планування маршрутів польотів безпілотних літальних апаратів // Системи управління, навігації та зв’язку: зб. наук. праць. Полтава, 2020. Вип. 1(59). С. 3–6.
16. Тристан А. В., Бережний А. О., Крижанівський І. М. Математичні моделі та методи планування повітряної розвідки рухомих й стаціонарних об’єктів з застосуванням безпілотних літальних апаратів // Проблеми інформатизації : тези доп. 7-ї міжнар. наук.-техн. конф., м. Черкаси, м. Харків, м. Баку, м. Бельсько-Бяла [у 3 т.], 13-15 лист. 2019. Черкаси – Харків – Баку – Бельсько-Бяла, 2019. Т. 3. С. 41.
17. Coutinho W. P., Fliege J., Battarra M. The Unmanned Aerial Vehicle Routing and Trajectory Optimisation Proble. Computers and Industrial Engineering. 2018. Vol. 120. Р. 116–128.
18. Сайт ascam.aero [Електронний ресурс]. URL: ascam.aero/modulnyie-kameryi-s-funktsiey-opticheskoy-stabilizatsii-izobrazheniya/
19. Colomina I., Molina P. Unmanned aerial systems for photogrammetry and remote sensing: A review // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2014. Vol. 92. Р. 79–97.