Описание разработанного программного обеспечения
Программное обеспечение (далее ПО) для дрона «гексакоптерного» типа в
своей основе работает с микроконтроллером STM32F407. В основу архитектуры
заложены сильно модифицированные исходники полетного контроллера INAV.
Трудоемкость ПО приблизилось к 10 000 чел.\час на разработку основной,
«релизной» версии, доработки же ведутся по настоящее время. При разработке ПО,
в основном, были задействованы специалисты уровня «Senior», разработка велась
на языке программирования С++.
ПО представляет собой несколько модулей:
1)
2)
3)
4)
5)
6)

Модуль управления полетом и стабилизации летательного аппарата;
Модуль настройки чувствительности управляющих механизмом на
основе нейросети;
Модуль навигации;
Модуль связи с наземной станцией;
Модуль наземной станции;
Модуль автоматического взлета и посадки;

Описание модулей:
1)

Модуль управления полетом.
Данный модуль создан на языке С++ для контроллера STM32F407. В основу
архитектуры заложены сильно модифицированные исходники полетного
контроллера INAV. Передача информации с датчиков (гироскоп, акселерометр,
барометр и др.) происходит по последовательной асимметричной шине «I2C»,
используя собственно разработанные библиотеки. В основе алгоритмов
фильтрации («Процесс фильтрации заключается в удалении лишнего шума из
сигнала от гироскопа») заложены принципы, используемые в открытом
программном обеспечении контроллера полета «BetaFlight» и адаптированы для
нашего полетного контроллера.
2)

Модуль настройки чувствительности управляющих механизмов на основе
нейросети.
Данный модуль создан на языке С++ для контроллера STM32F407.
Разработан полностью с нуля, сторонних библиотек не использовалось. В основе
используется алгоритм настройки и подстройки PID-параметров в режиме
реального времени прямо в полете. Так как дрон планировался грузовым,
чувствительность элементов управления должна быть разная, в зависимости от
внешних факторов, а также от загрузки дрона. Табличный метод плохо подходил
для данной задачи, так как необходимо было провести тесты всех вариантов
загрузок, и множества вариантов внешних воздействий. Наше решение –
разработать эмулятор, в котором нейросеть научиться реагировать на внешние

воздействия и загрузку летательного аппарата в режиме реального времени. Для
связи между модулями нейросети и модулем управления полетом используется
последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного
дуплекса (далее «шина SPI»).
3)

Модуль навигации.
Данный модуль создан на языке С++ для контроллера STM32F407. В основу
архитектуры заложены сильно модифицированные исходники полетного
контроллера INAV. Для связи с GPS и GLONASS блоками используется физический
протокол передачи данных УАПП (универсальный асинхронный приемопередатчик,
далее «шина UART»). Связь с модулем управления полетом происходит по шине
SPI.
4)

Модуль связи с наземной станцией.
Для связи с наземной станцией, получением команд и передачей параметров
используется специализированный модем (433 МГц), связанный с контроллером по
шине UART. Библиотека для управления модемом и протокол обмена с наземной
станцией написан полностью с нуля. Для передачи данных используется
шифрование, используемая библиотека: Legacy STM32 cryptographic library.
5)

Модуль наземной станции.
Наземная станция представляет собой кресло оператора с двумя стиками
управления и двумя мониторами 40 дюймов fullHD.
Всем процессом управляет микроконтроллер STM32F407, для связи с
дроном используется специализированный модем (433 МГц). Библиотеки для
работы со стиками и процесс прямого вывода на экраны (формирование fullHD
изображения) выполнены самостоятельно, чужие алгоритмы не использовались. Из
особенностей можно отметить формирование изображения непосредственно на
микроконтроллере и вывод через VGA-адаптер прямо на мониторы. Для вывода и
формирования изображения не используются сторонние библиотеки. Также не
используются операционные системы Linux, Windows и прочие подобные системы,
так как они долго грузятся и обладают низкой надежностью.
Для создания полетного задания используется программное обеспечение,
написанное на языке программирования C++ с использованием фреймворка для
разработки кроссплатформенного программного обеспечения «Qt». В основе –
карта местности (за счет спутниковой карты Яндекса), где реперными точками
устанавливаются зоны посадки и, линиями, маршрут дрона. Оператор настраивает
маршрут и выдает команду дрону на исполнение. Дрон принимает этот пакет
команд, и начинает выполнение, а именно – полет по программе. Со стороны
оператора – ПО на базе ubuntu, со стороны дроны – модули управления, навигации
и посадки.
6)

Модуль автоматического взлета и посадки

В основе модуля камера, связанная с микроконтроллером. Происходит
wavelet-анализ кадра и выявляются маячки, установленные на площадке для
посадки дрона. Алгоритмами CV (Computer Vision) удерживается площадка в поле
зрения, а также в нужной ориентации.
Также данный модуль управляет режимом аварийной посадки. В случае сбоя
по показанием какого-либо из датчиков (детонация двигателя, давление в системе
гидравлики), происходит поиск мест для аварийной посадки, с помощью
специальной камеры, установленной на подвесе снизу дрона и алгоритмов ИИ.
Ищется относительно ровный участок поверхности подходящего размера, на
который можно осуществить посадку. Данная часть модуля пока не
протестирована.
1. Разработан исходный программный продукт и оборудование для его
применения в составе летательного аппарата.
2. Спроектирован и изготовлен стенд для испытаний программного обеспечения
системы управления силовой установки;
3. Изготовлен прототип дрона с гидромеханической трансмиссией для испытаний
программного обеспечения системы управления.

P.S. В изначальных презентациях для ПО для полетного контроллера упоминается
микроконтроллер К1986ВЕ92QI производства компании АО «ППК Миландр»». В
данной справке упоминается контроллер STM32F407. Это разные, но совместимые
контроллеры. Изначально должен быть отечественный. Но после связи с АО «ППК
Миландр», мы отказались от использования отечественного контроллера.