Сжатие и агрегация команд управления беспилотными воздушными судами в каналах с ограниченной пропускной способностью
Автор: Березкин А.А., Ченский А.А., Киричек Р.В.
Журнал: Инфокоммуникационные технологии @ikt-psuti
Рубрика: Радиопередающие и радиоприемные устройства, телевидение
Статья в выпуске: 3 (91) т.23, 2025 года.
Бесплатный доступ
Управление беспилотными воздушными судами от первого лица требует передачи команд управления от станции внешнего пилота к беспилотному воздушному судну. Использование протоколов передачи команд управления и телеметрической информации, таких как CRSF и MavLink, через пакетные сети передачи данных требует наличия полосы пропускания канала связи более 50 Кбит/с для управления одним беспилотным воздушным судном. Одновременное управление большим количеством беспилотных воздушных судов в удаленных районах, которые не покрыты мобильными сетями связи последних поколений, требует уменьшения потребляемой полосы пропускания. Целью настоящего исследования является сокращение необходимой полосы пропускания канала связи при передаче потока команд FPV-управления беспилотного воздушного судна. Сокращение полосы пропускания достигается за счет нейросетевого сжатия команд управления с дополнительным блоком помехоустойчивого кодирования и их последующей агрегации. Рассматриваются коды Рида-Соломона. Разрабатывается архитектура новой нейронной сети вида «вариационный автокодировщик». В результате исследования разработан метод сжатия команд управления, основанный на агрегации, помехоустойчивом кодировании и сжатии нейронной сетью вида «автокодировщик». Метод отличается от существующих тем, что для компенсации сжатия автокодировщиком с потерями применяются помехоустойчивые коды, работающие в режиме исправления ошибок. Метод пригоден к применению для протоколов управления беспилотным воздушным судном через пакетные сети передачи данных. Представлен нейросетевой кодек команд управления, который реализует данный метод, а также нейронная сеть для сжатия агрегированных команд управления. Разработанный метод обеспечивает сжатие команд управления протокола CRSF на 18,75% и, как следствие, уменьшает необходимую полосу пропускания канала связи при FPV-управлении. Результаты могут быть обобщенно применены и к другим протоколам управления.
FPV-управление, беспилотная авиационная система, беспилотное воздушное судно, команды управления, помехоустойчивые коды, сжатие данных, коды Рида-Соломона, нейронная сеть, автокодировщик
Короткий адрес: https://sciup.org/140313583
IDR: 140313583 | УДК: 004.773+004.627:004.032.26 | DOI: 10.18469/ikt.2025.23.3.06
Unmanned Aerial Vehicles Control Commands Compression and Aggregation in Bandwidth-Limited Channels
Unmanned aerial vehicle first-person view control requires a control command transmission from an external pilot station to unmanned aerial vehicles. In order to control an unmanned aerial vehicle with telemetry and manage transmission protocols with protocols, such as CRSF and MavLink, via packet networks, it is necessary to ensure that bandwidth exceeds 50 Kbit/s. Therefore, control of a large number of unmanned aerial vehicles in remote areas, which are out of last generations’ mobile networks coverage, is impossible without reducing the bandwidth requirement. The purpose of the present research is to discover a possible compression ratio of control commands with their aggregation, error-correcting coding, and subsequent encoding with a neural network. The errorcorrecting codes examined are Reed-Solomon codes. The custom autoencoder neural network architecture is developed. The result of the work is a new control commands compression method based on command aggregation, error-correcting coding, and encoding with a custom autoencoder model. The specific feature of the method is that in order to correct control command errors after encoding and decoding with the neural network model, the error-correcting codes are used. The method can be applied to control commands protocols for unmanned aerial vehicles. Neural codec of control commands, based on this method, and a neural network for aggregated control commands compression are described. The developed method ensures a 18,75% compression ratio for control commands of the CRSF protocol. Hence, it also reduces the bandwidth required for FPV-control. The results can be extended for other control protocols.
