Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка системы связи и управления робототехническими средствами для применения в составе орбитальных и напланетных робототехнических комплексов

Номер контракта: 14.575.21.0082

Руководитель: Бахтин Александр Александрович

Должность: Заведующий кафедрой "Телекоммуникационные системы" федерального государственного автономного образовательного учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
прототип, система связи, радиолиния управления, радиолиния передачи видео, робот, сложный рельеф, распространение радиоволн

Цель проекта:
1.1 Разработка проектно-компоновочных робототехнических систем и технологий их применения в составе орбитальных космических аппаратов и напланетных (Луна, Марс) комплексов с целью освобождения космонавтов (астронавтов) от рутинных операций и операций, связанных с повышенным риском. 1.2 Разработка прототипа системы связи и управления робототехническими средствами (РС) для применения в составе орбитальных и напланетных робототехнических комплексов (РК), предназначенных для помощи космонавтам в проведении разведывательных и рутинных операций.

Основные планируемые результаты проекта:
Протокол передачи данных канального уровня для системы связи и управления РС орбитальных РК.
Протокол передачи данных канального уровня для системы связи и управления РС напланетных РК.
Протокол передачи данных сетевого уровня систем связи и управления РС орбитальных и напланетных РК.
Программный комплекс имитационной модели сетевого взаимодействия компонентов и узлов системы связи и управления РС орбитальных РК.
Программный комплекс имитационной модели сетевого взаимодействия компонентов и узлов системы связи и управления РС напланетных РК.
Программа и методики экспериментальных исследований на имитационной модели сетевого взаимодействия компонентов и узлов системы связи и управления РС орбитальных РК.
Макет радиолинии системы связи и управления РС напланетных РК.
Стенд для экспериментальных исследований на макете радиолинии сетевого взаимодействия компонентов и узлов системы связи и управления РС напланетных РК в условиях сложной помеховой обстановки.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемая система связи и управления за счет применяемых алгоритмов должна будет обеспечить возможность работы группы роботов как в режиме управления оператором, так и в режиме самоорганизации (в то время как разрабатывающиеся для военных применений системы связи используют жесткую иерархическую структуру сети, тогда как орбитальные и напланетные комплексы должны обладать возможностями самоорганизации и быть при необходимости децентрализированными). Большое количество коллективов ведет проекты по разработке алгоритмов коллективного поведения роботов (I-SWARM, SwarmBot, Centibots, Swarmanoid и многие другие), большинство из них рассматривают работу в группе с точки зрения поведения сетевых объектов, но не рассматривают каналы передачи информации и системы связи в целом. Система связи и управления обеспечит возможность удалённого подключения к системам управления и мониторинга состояния робототехнической платформы, а также передачу видеопотока от объекта управления к оператору, т.е. позволит проводить работы без присутствия. За счет унификации протоколов передачи данных в области космических исследований разработка позволит снизить затраты на разработку систем связи разведывательных миссий. Для робототехнических средств, применяющихся в интересах социально-экономической сферы и безопасности страны, указанный функционал разработки обеспечит автоматизацию части работ, повысит безопасность управляющего робототехническими средствами персонала.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основная область применения разрабатываемого прототипа системы связи и управления – орбитальная и напланетная роботизированная система помощи космонавтам в проведении разведывательных и рутинных операций. Дополнительно программно-алгоритмическое обеспечение системы связи и управления, разрабатываемое в ходе ПНИ, может быть применено для организации работ групп роботов любого другого назначения.
Перспектива использования роботов в составе больших сетевых орбитально-напланетных групп является актуальной, тем не менее, на сегодняшний день нет разработок, отвечающих требованиям перспективных проектов освоения ближнего и дальнего космоса. В отдаленной перспективе развития внеземной космонавтики стоят задачи постройки роботами баз на луне, в том числе с использованием технологий 3D-печати и использованием до 90% материалов, доступных на осваиваемой планете, по предложению Европейского космического агентства, а также на других удаленных от Земли планетах и спутниках, а также дистанционная сборка с использованием роботов космических объектов, солнечных и ядерных энергодвигательных установок, крупногабаритных оптических и радиотехнических комплексов, обеспечивающих прием, обработку и передачу больших потоков информации, поступающих с космических аппаратов на Землю и обратно, на орбите Земли, начиная с отработки программ и технологий освоения ресурсов Луны и Марса, что также подтверждает необходимость развития этого научно-технического направления.

Текущие результаты проекта:
Разработаны принципы построения радиолинии связи и управления РС, предложена разработка широкополосной системы связи, важнейшими качественными показателями которой являются помехоустойчивость qbit < 1,1•10(-6) при Ebit/N0 = 5,0 дБ, скорость передачи информации R∑= 2,4•103•3640 = 8,736•106 бит/с и частотная эффективность составляет 0,702 бит/(с•Гц) в выходной полосе рабочих частот канала 12,45 МГц. Рассчитаны значения основных системных параметров радиолиний систем связи и управления РС орбитальных и напланетных РК.
Определены требования к качеству передаваемой информации (команды, видео) и надежности радиолинии. Разработаны математические модели радиоэфира радиолиний систем связи и управления РС орбитальных и напланетных РК, учитывающие специфику места и потери за счет переотражений от поверхности планеты или орбитального комплекса.
Разработано алгоритмическое обеспечение систем связи и управления РС орбитальных и на-планетных РК:
− алгоритм определения местоположения РС на основе дальномерного метода и предложена оптимизации выбранного способа определения координат;
− алгоритм множественного доступа к среде передачи данных на основе p-настойчивого алгоритма CSMA;
− алгоритм контроля целостности на канальном уровне и предложен алгоритм контроля целостности на уровнях выше канального;
− алгоритмы обработки адресного пространства канального и сетевого уровня;
− алгоритм обработки сообщений по приоритету, ориентированный на обеспечение QoS и предусматривающий присвоение трафику одного из 16777216 уровней приоритета.
− алгоритм вычисления метрики систем связи и управления РС орбитальных и напланетных РК, удовлетворяющий принципам создания инфраструктуры сетевого взаимодействия и управления РС и позволяющий вычислять параметры состояния радиоэфира и связей между соседями, а также получать информацию о состоянии радиоэфира при значительном сокращении необходимого количества тестовых пакетов.
Разработан стенд для экспериментальных исследований на макете радиолинии сетевого взаимодействия компонентов и узлов системы связи и управления РС напланетных РК в условиях сложной помеховой обстановки.