Разработка ПО для БАС

Программное обеспечение определяет, как беспилотная авиационная система выполняет задачу, взаимодействует с полезной нагрузкой, обрабатывает данные и передаёт состояние на наземный контур.

AERIS разрабатывает специализированное ПО для новых и существующих БАС: бортовые сервисы, миссионную логику, средства управления полезной нагрузкой, обработку данных, наземные приложения и интерфейсы интеграции.

Бортовое программное обеспечение

Бортовой программный контур связывает полётный контроллер, вычислительные модули, сенсоры, полезную нагрузку, связь и другие системы аппарата.

В зависимости от проекта разработка может включать:

• сервисы обмена данными между бортовыми компонентами;
• управление полезной нагрузкой;
• контроль состояния оборудования;
• сбор и синхронизацию телеметрии;
• обработку данных непосредственно на борту;
• управление режимами работы отдельных подсистем;
• диагностику и регистрацию событий.

Миссионное ПО

Миссионный уровень определяет последовательность действий системы в рамках конкретной прикладной задачи. Здесь учитываются маршрут, этапы выполнения работ, состояние полезной нагрузки, доступные ресурсы и события, возникающие во время полёта.

Для специализированных проектов AERIS разрабатывает миссионную логику под конкретный сценарий эксплуатации.

• выполнение заданных этапов миссии;
• управление режимами полезной нагрузки;
• обработка событий и условий перехода между этапами;
• контроль выполнения прикладной задачи;
• регистрация результатов и состояния системы;
• взаимодействие с наземным программным обеспечением.

Управление полезной нагрузкой

Камеры, тепловизионные системы, лидары, измерительные приборы, дозирующее оборудование и другие модули требуют собственной логики управления и обмена данными.

Программный контур определяет режимы работы полезной нагрузки, синхронизацию с состоянием аппарата, запись результатов и передачу информации другим компонентам БАС.

При необходимости реализуются автоматические сценарии запуска, остановки, переключения режимов и контроля состояния оборудования в зависимости от этапа миссии.

Обработка данных на борту

Передача полного объёма данных на землю доступна далеко не во всех конфигурациях. Высокое разрешение камер, несколько сенсорных каналов и ограниченная пропускная способность связи делают бортовую обработку самостоятельной частью архитектуры.

В зависимости от задачи на борту могут выполняться:

• предварительная фильтрация данных;
• выделение значимых событий;
• анализ изображений и видеопотока;
• обработка результатов измерений;
• формирование сокращённых наборов данных для передачи;
• локальное хранение информации до завершения миссии.

Компьютерное зрение и AI

Для задач, связанных с анализом окружающей среды, бортовое ПО может использовать алгоритмы компьютерного зрения и машинного обучения.

Их применение определяется требованиями проекта: обнаружение объектов, анализ сцены, классификация наблюдений, оценка состояния среды или подготовка данных для дальнейшего решения миссионной задачи.

Вычислительная архитектура подбирается с учётом требуемой производительности, задержки обработки, энергопотребления и доступных ресурсов платформы.

Наземное программное обеспечение

Наземный контур предоставляет доступ к состоянию БАС, параметрам миссии, полезной нагрузке и результатам работы.

AERIS разрабатывает специализированные интерфейсы оператора и сервисные приложения для задач, где возможностей стандартного программного обеспечения платформы недостаточно.

Функциональность может включать:

• подготовку и загрузку миссий;
• отображение состояния аппарата;
• контроль полезной нагрузки;
• работу с телеметрией;
• просмотр и экспорт результатов;
• диагностику оборудования;
• ведение журналов полётов и событий;
• управление конфигурациями системы.

Интеграция с автопилотом

Специализированное ПО часто работает совместно с существующим полётным контроллером. Для этого определяется набор доступных данных, управляющих команд и условий взаимодействия между миссионным уровнем и системой стабилизации полёта.

В рамках проекта могут разрабатываться интерфейсы обмена с автопилотом, модули управления режимами, обработчики телеметрии и средства синхронизации с внешними бортовыми компонентами.

Интерфейсы и протоколы

БАС обычно включает оборудование нескольких производителей с различными аппаратными и программными интерфейсами. Для их совместной работы создаются программные адаптеры, драйверы и сервисы обмена данными.

В зависимости от конфигурации проект может включать работу с:

• CAN и CAN FD;
• Ethernet;
• UART и последовательными интерфейсами;
• USB;
• сетевыми API;
• протоколами телеметрии;
• проприетарными интерфейсами оборудования при наличии документации и доступа производителя.

Телеметрия и журналирование

Для эксплуатации, диагностики и испытаний важно сохранять историю работы системы. Программное обеспечение может регистрировать параметры полёта, состояние вычислительных модулей, работу полезной нагрузки, ошибки и значимые события.

Состав журналируемых данных определяется задачей проекта и возможностями используемого оборудования. Для испытательных систем дополнительно может применяться расширенная регистрация синхронизированных потоков для последующего анализа.

Надёжность программного контура

Бортовое ПО работает в условиях ограниченного вычислительного ресурса, нестабильной связи, изменения доступности отдельных устройств и жёстких требований к времени реакции.

При проектировании учитываются:

• контроль состояния программных компонентов;
• обработка отказов оборудования;
• ограничение влияния второстепенных функций на критические процессы;
• восстановление после перезапуска отдельных сервисов;
• контроль версий и конфигураций;
• регистрация ошибок для последующей диагностики.

Разработка под существующую платформу

Специализированное ПО может создаваться для уже эксплуатируемого БАС. В этом случае сначала анализируются доступные интерфейсы платформы, возможности автопилота, вычислительные ресурсы и ограничения производителя.

После определения доступного уровня интеграции формируется программная архитектура, совместимая с существующей системой и требуемой полезной нагрузкой.

Разработка для платформ AERIS

Для собственных платформ AERIS программное обеспечение развивается совместно с аппаратной архитектурой. Это позволяет учитывать вычислительные ресурсы, размещение сенсоров, энергетические ограничения и миссионные режимы на уровне исходной конфигурации БАС.

Программный контур конкретной платформы определяется её назначением и стадией разработки. Часть технологий и внутренних механизмов AERIS относится к собственной исследовательской базе компании и в рамках открытого описания услуг не раскрывается.

Испытания программного обеспечения

Проверка начинается с отдельных компонентов и интерфейсов. Далее программные модули объединяются в целевую конфигурацию и проверяются совместно с оборудованием.

В зависимости от проекта программа может включать:

• модульные и интеграционные проверки;
• работу с имитаторами и записанными потоками данных;
• Hardware-in-the-Loop испытания;
• стендовые проверки с целевым оборудованием;
• испытания на наземной платформе;
• лётную проверку функций, зависящих от реального режима БАС.

Что получает заказчик

Состав результата фиксируется на этапе постановки задачи и зависит от уровня разработки.

В проект могут входить:

• исходный программный код в согласованном объёме;
• собранные программные компоненты;
• описание архитектуры и интерфейсов;
• конфигурационные файлы;
• инструкции по развёртыванию;
• материалы по эксплуатации и диагностике;
• результаты проведённых проверок;
• последующее сопровождение и развитие программного комплекса.

Подход AERIS

Программное обеспечение БАС проектируется с учётом физической архитектуры аппарата, возможностей оборудования и условий конкретной миссии. Это позволяет связать программные функции с реальными ограничениями платформы уже на этапе проектирования.

Для каждого проекта определяются границы ответственности программных компонентов, требования к данным, критические интерфейсы и порядок проверки. Такая структура упрощает дальнейшее развитие системы, замену оборудования и диагностику в эксплуатации.