CC BY
51
ments of time: direct control of the immutability of the security parameters, authorized change, implementation of threats to the security parameters. A particular method for calculating rational parameters of monitoring the state of their immutability has been developed, the output data of which can be used to configure special software for monitoring.
Key words: data transmission network; communication and information security; software; controlled parameters; configuration files; network vulnerabilities.
Lepeshkin Oleg Mikhailovich, doctor of technical sciences, docent, lep-echkin1@yandex.ru, Russia, St.Peterburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Milii Dmitry Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, d.v.milii@yandex.ru, Russia, St.Peterburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Konchenko Denis Valeryevich, junior researcher, den223_t@mail.ru, Russia, St.Peterburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Shuravin Andrey Sergeevich, postgraduate, and. shuravin@yandex. ru, Russia, St.Peterburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny
УДК 004.031.6 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-58-61
НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
П.Р. Кремповский, Ю.И. Луцков
Рассмотрены разные типы навигационных систем, разработана их классификация по различным признакам. Составлена классификация реализации одного из основных методов навигации — локальной навигации. Сформулированы основные этапы обработки сенсорных данных для построения карты, а также достоинства и недостатки картографической навигации. Приведены основные методы локальной навигации (одометрия и использование лазерных дальномеров и сонаров).
Ключевые слова: навигация, система навигации, классификация, локальная навигация, способы локальной навигации, метод навигации, картографическое позиционирование, кодер.
Навигационные системы. Классификация. Навигационные системы автоматизированных робототехнических комплексов охватывают большой диапазон различных технологий и применений.
В робототехнике можно выделить три основных типа навигационных систем:
1) глобальная - определение абсолютных координат устройства при движении по длинным маршрутам;
2) локальная - определение координат устройства по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке. Эта схема востребована разработчиками тактических беспилотных самолетов и наземных роботов, выполняющих миссии в пределах заранее известной области;
3) персональная - позиционирование роботом частей своего тела и взаимодействие с близлежащими предметами, что актуально для устройств, снабженных манипуляторами.
Системы навигации также можно классифицировать на пассивныме и активные. Пассивная система навигации подразумевает прием информации о собственных координатах и других характеристиках своего движения от внешних источников, а активная рассчитана на определение местоположения только своими силами. Как правило, все глобальные схемы навигации пассивные, локальные бывают и теми, и другими, а персональные схемы — всегда активные [1].
Основной метод навигации. Локальная навигации.
Классификация реализации локальной навигации:
1) с ферритовым управлением;
2) с электромагнитным управлением;
3) с управлением отражающей или оптической лентой;
4) с управлением по термальным маркерам.
К особенностям навигации по ориентирам относится:
1) постоянство окружающей обстановки;
2) искусственные маяки;
3) максимальное расстояние между роботом и ориентиром меньшее, чем в системах с активными маяками;
4) зависимость точности позиционирования от расстояния и угла между роботом и ориентиром;
5) необходимость большей вычислительной мощности;
6) внешние условия могут стать причиной ошибок (ориентир не может быть распознан, некоторый объект ошибочно принят за ориентир);
7) требуется, чтобы робот знал свое начальное положение для того, если это требование не выполнено, то в систему включают функцию «всеохватного» поиска;
8) база данных маяков, а также расположения в пространстве должна все время поддерживаться.
Преимущества картографического позиционирования:
1) используется на местности со структурой типичной для помещения, получает информацию о положении в окружении, не изменяет его;
2) может быть использована для создания и обновления карты местности;
3) позволяет роботу изучить новую местность, а также повышает точность позиционирования при исследовании местности.
Недостатки картографической навигации:
1) на местности должно быть достаточное количество различимых деталей, по которым производится сопоставление;
2) должна быть доступна чувствительная и вычислительная мощность.
Представление, используемое для карты, должно обеспечивать объединение на
карте информации, поступающей от сенсоров, а также должно доставлять информацию для планирования маршрута и уклонения от препятствий
Основные этапы обработки сенсорных данных для построения карты:
1) извлечение признаков из необработанных сенсорных данных;
2) объединение данных от разных сенсоров;
3) автоматизированное создание модели местности.
Один из самых трудновыполнимых аспектов картографической навигации -это сопоставление карт местности. Сопоставление происходит при извлечении признаков, далее определяется соответствие между изображением и характеристиками модели [2].
Алгоритмы сравнения разделяются на алгоритмы, основанные на анализе изображения и на анализе признаков. Первые отличаются от вторых тем, что по карте сопоставить данные информативной точки на местности проще, чем данные, являющиеся малым набором особенностей. Вычисления в алгоритмах основанных на анализе признаков быстрее, чем в алгоритмах, основанных на анализе изображения, они не тре-
буют хороших предварительных головных вычислений. Вычисления в алгоритмах, основанных на анализе характерных признаков, могут управляться не идеальной моделью местности и являются более точными.
Способы локальной навигации
1. Использование лазерных дальномеров и ультразвуковых генераторов (сонаров). Лазерный луч помогает получить образ среды только в зоне прямой видимости. На пути луча часто возникают мелкие помехи, вносящие погрешность в такой образ; ультразвуковые датчики характеризуются большим временем отклика (если робот находится на большом и открытом пространстве), порядка десятых долей секунды, что не позволяет роботу перемещаться быстро. Создание трехмерных карт с помощью лазеров в масштабе реального времени еще более затруднительно и, как минимум, требует существенных вычислительных мощностей, которые пока не удается воплотить в виде компактных бортовых плат. По этим причинам ценность информации, поступающей от бортовых датчиков, невелика. Роботу необходимо перевести ее в формальное и структурированное "словесное" описание мира (задача распознавания)
[3].
2. Одометрический измеритель включает в себя оптические кодировщики, спаренные с вращающимися осями.
Вот некоторые вращательные сенсоры, измеряющие перемещение и скорость используемые в современных роботехнических навигационных комплексах: кодеры со щеточными контактами; потенциометры; оптические кодеры; магнитные кодеры; индуктивные кодеры; емкостные кодеры.
Наиболее популярные вращательные кодеры - инкрементальный или абсолютный оптические кодеры.
В основе современных оптических сенсоров лежит уменьшенный сенсор, определяющий близость по прерыванию луча. В нем сфокусированный и направленный на определенный фотодетектор луч света периодически прерывается диском со специальными прорезями, вращающимся на валу. Развитие этой схемы кодирования -выходные данные, которые по сути своей цифровые, собираются в недорогой и надежной «упаковке» с хорошей помехоустойчивостью. Существует два основных вида оптических кодеров инкрементный (измеряет скорость вращения) и абсолютный (измеряет точное угловое положение). Одометрия дает хорошую кратковременную точность, недорогая и обладает высокой частотой дискретизации.
Причины, обуславливающие использование одометрии в навигационных робо-тотехнических комплексах:
1) данные одометрии объединены технологией абсолютного позиционирования для получения более точной оценки положения;
2) одометрия может быть использована в позиционировании, улучшенном маяками на местности;
3) одометрия применима в качестве навигационного информатора [1].
Список литературы
1. Бондарев В.Н., Трёстер Г., Чернега В.С. Цифровая обработка сигналов: методы и средства: учеб. пособие для вузов. 2-е изд. Харьков: Конус, 2001. 398 с.
2. Кремповский П.Р. Современные использование СТЗ и проблемы расширения областей действия СТЗ // XV Региональная магистерская научная конференция (2030 апреля 2020 года): сб. докладов/ под научной редакцией канд. техн. наук, доц. Г.Е. Мишениной. В 2 ч. Ч. I. Тула: Изд-во ТулГУ, 2020. С. 151-153.
3. Шапиро Л., Стокман Дж. Компьютерное зрение. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 752 с.
Кремповский Павел Романович, магистрант, ya.krempovskiy@smail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Луцков Юрий Иванович, канд. техн. наук, доцент, ru3pa@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
NAVIGATION SYSTEMS OF AUTOMATED ROBOTIC COMPLEXES P.R. Krempovsky, Y.I. Lutskov
Different types of navigation systems are considered, their classification according to various characteristics is developed. The classification of the implementation of one of the main navigation methods-local navigation — is compiled. The main stages of processing sensory data for building a map, as well as the advantages and disadvantages of cartographic navigation, are formulated. The main methods of local navigation ( odometry and the use of laser rangefinders and sonars) are presented.
Key words: navigation, navigation system, classification, local navigation, local navigation methods, navigation method, cartographic positioning, encoder.
Krempovsky PavelRomanovich, master's, ya.krempovskiy@,gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Lutskov Yuri Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, ru3pa@mail.ru, Russia Tula, Tula State University
УДК 621.396 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-61-69
ФИЗИЧЕСКИ НЕКЛОНИРУЕМЫЕ ФУНКЦИИ.
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Е.Р. Комлева, М.Б. Никифоров
Приведен обзор литературы по одному из новых и перспективных направлений научных исследований - физически неклонируемые функции. Рассмотрена история развития этого направления, основные понятия, возможности применения для решения криптографических задач в различных приложениях, в том числе и для маркировки электронных компонентов при их отбраковке.
Ключевые слова: физически неклонируемые функции, методы защиты, «отпечаток пальца» микросхемы, аппаратная реализация хеш-функций, межкристальная и внутрикристальная уникальность интегральных схем, криптографический примитив.
Первые упоминания о системах, использующих случайные вариации в процессе производства, встречаются в работах Баудера 1983 [1] и Симмонса 1984 [2]. Наккаш и Фреманто в 1992 спроектировали схему [3] для аутентификации карт памяти. Термины POWF (physical one-way function) и PUF (physical unclonable function) по-явилисьв 2001 и 2002 [4].
