vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2023-17-3-4-15vimjour-522Research ArticleИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИSCIENCE AND ENGINEERING PERSPECTIVEИстория развития систем управления беспилотных воздушных судовHistory of unmanned aircraft flight controller developmentЦенчЮ. С.TsenchYu. S.

Юлия Сергеевна Ценч, доктор технических наук, главный научный сотрудник

Москва

Yuliya S. Tsench, Dr.Sc.(Eng.), chief researcher

Moscow

КурбановР. К.KurbanovR. K.

Рашид Курбанович Курбанов, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Москва

Rashid K. Kurbanov, Ph.D.(Eng.), leading researcher

Moscow

smedia@vim.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation202319092023173415Copyright © Ценч Ю.С., Курбанов Р.К., 20232023Ценч Ю.С., Курбанов Р.К.Tsench Y.S., Kurbanov R.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/522

Беспилотные воздушные суда успешно применяются и все более востребованы во многих сферах. Современные системы управления полетом позволяют создавать и программировать беспилотные аппараты для выполнения различных задач. (Цель исследования) Провести ретроспективный анализ развития систем управления с времен появления первых беспилотных летательных аппаратов до полетных контроллеров современных многофункциональных дронов. (Материалы и методы) Выполнили сбор и обработку данных с использованием историко-аналитического метода. Исследовали оригинальные работы отечественных и зарубежных авторов по литературным источникам, статьям в научных журналах, монографиям, материалам конференций, экспозиции музеев, фотоматериалов, а также исходного кода программного обеспечения, размещенного в открытом доступе. (Результаты и обсуждение) Исторический процесс развития беспилотных летательных аппаратов привел к появлению множества типов конструкций, обеспечивающих лучшие полетные характеристики и новые функции благодаря созданию систем управления полетом. В конструкцию беспилотных систем внедрялись передовые  достижения науки, техники и технологий, использовался мировой опыт в области теории и практики авиации. Миниатюризация систем управления полетом способствовала массовому распространению беспилотных аппаратов. Появление интеллектуальных режимов управления полетом обеспечило высокую автономность действий беспилотников. (Выводы) В рамках исследования составлены блок-схемы систем управления беспилотными воздушными судами по мере их развития, также составлена блок-схема, обобщающая эволюцию таких систем с периодизацией отдельных этапов. Выявлены девять таких этапов, в текущий момент основным направлением является разработка систем интеллектуального управления. Установили, что активное расширение областей применения и функций беспилотных летательных аппаратов связано с развитием и улучшением технологий микроэлектромеханических систем. Отметили основные полетные контроллеры, оказавшие большое влияние на усовершенствование беспилотных воздушных судов, спрогнозировали возможные перспективы развития полетных контроллеров.

Unmanned aircraft find successful applications across various fields and continue to see increasing demand in numerous sectors. Modern flight control systems empower the creation and programming of unmanned vehicles for a diverse range of tasks.

(Research purpose) This study aims to retrospectively analyze the evolution of drone control systems, tracing their development from the early unmanned aerial vehicles to the flight controllers of modern multifunctional drones. (Materials and methods) The study employs the historical-analytical method for data collection and processing. This encompasses a thorough examination of original works by both domestic and foreign authors, including literary references, scientific journal articles, monographs, conference materials, museum exhibitions, photographic archives, and open-access software source code. (Results and discussion) The historical process of unmanned aerial vehicle development has led to the emergence of many types of designs that provide better flight performance and new functions through the creation of flight control systems. Designers integrated worldwide aviation expertise and the latest advancements in science, engineering, and technology to enhance unmanned systems. The miniaturization of flight control systems has facilitated the widespread adoption and application of unmanned aerial vehicle in many domains. The introduction of intelligent flight control modes has ensured a high level of autonomy in drone operations. (Conclusions) In the course of the research into the historical development of control systems for unmanned aerial vehicles, block diagrams illustrating these control systems were created. Additionally, a block diagram was constructed outlining the evolution of these systems, with a periodization of individual stages. The block diagram includes nine stages; with the current emphasis primarily directed towards the advancement of intelligent control systems. The findings confirm that the extensive diversification of unmanned aerial vehicle applications and functionalities is closely linked to the continuous development and enhancement of micro-electromechanical systems technologies. The study identifies the key flight controllers that have significantly influenced the enhancement of unmanned aircraft and have outlined potential directions for the future development of flight controllers.

беспилотное воздушное суднобеспилотный летательный аппаратсистема управления полетомполетный контроллеристория развитияunmanned aircraftunmanned aerial vehicleUAVflight control systemflight controllerdevelopment historyReferencesАвиация:Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищёв. М.: Большая российская энциклопедия, 1994. С. 108-116.Aviatsiya: Entsiklopediya [Aviation: Encyclopedia]. Ch. Ed. G.P. Svishchyov. Moscow: Bol'shaya rossiyskaya entsiklopediya. 1994. 108-116 (In Russian).Лобачевский Я.П., Бейлис В.М., Ценч Ю.С. Аспекты цифровизации системы технологий и машин // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2019. N3(36). С. 40-45.Lobachevskiy Ya.P., Beylis V.M., Tsench Yu.S. Aspekty tsifrovizatsii sistemy tekhnologiy i mashin [Digitization aspects of the system of technologies and machines]. Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK. 2019. N3(36). 40-45 (In Russian).Ценч Ю.С., Маслов Г.Г., Трубилин Е.Г. К истории развития сельскохозяйственной техники // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2018. N3(47). С. 117-123.Tsench Yu.S., Maslov G.G., Trubilin E.G. K istorii razvitiya sel'skokhozyaystvennoy tekhniki [To the history of agricultural machinery development]. Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. N3(47). 117-123 (In Russian).Годжаев З.Д., Шевцов В.Г., Лавров А.В., Ценч Ю.С., Зубина В.А. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России до 2030 года (Прогноз) // Технический сервис машин. 2019. N4(137). C. 220-229.Godzhaev Z.D., Shevtsov V.G., Lavrov A.V., Tsench Yu.S., Zubina V.A. Strategiya mashinno-tekhnologicheskoy mod-ernizatsii sel'skogo khozyaystva Rossii do 2030 goda (Prognoz) [Strategy of Russian agricultural machinery modernization until 2030 (forecast)]. Tekhnicheskiy servis mashin. 2019. N4(137). 220-229 (In Russian).Арзамасцев А.А. Задачи маршрутизации для беспилотных мультироторных летательных аппаратов. Материалы и методы инновационных исследований и разработок: сб. статей Международной научно-практической конференции. Оренбург: Аэтерна. 2018. С. 5-8.Arzamastsev A.A. Zadachi marshrutizatsii dlya bespilotnykh mul'tirotornykh letatel'nykh apparatov. Materialy i metody innovatsionnykh issledovaniy i razrabotok: sb. statey Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Routing problems for unmanned multi-rotor aircraft. Materials and methods of innovative research and development: collection of articles of the International Scientific and Practical Conference]. Orenburg: Aeterna. 2018. 5-8 (In Russian).Лобачевский Я.П., Дорохов А.С. Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. N15(4). С. 6-10.Lobachevskiy Ya.P., Dorokhov A.S. Tsifrovye tekhnologii i robotizirovannye tekhnicheskie sredstva dlya sel'skogo khozyaystva [Digital technologies and robotic devices in the agriculture]. Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2021. N15(4). 6-10 (In Russian).Костомахин М.Н., Курбанов Р.К., Кынев Н.Г. Точное земледелие расширяет свои границы // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2018. N3. С. 7-9.Kostomakhin M.N., Kurbanov R.K., Kynev N.G. Tochnoe zemledelie rasshiryaet svoi granitsy [Technical support for modernization of AIC]. Sel'skokhozyaystvennaya tekhnika: obsluzhivanie i remont. 2018. N3. 7-9 (In Russian).Kim J., Kim I., Ha E., Choi B. UAV Photogrammetry for Soil Surface Deformation Detection in a Timber Harvesting Area. Forests. 2023. N14. 98-104.Kim J., Kim I., Ha E., Choi B. UAV Photogrammetry for Soil Surface Deformation Detection in a Timber Harvesting Area. Forests. 2023. N14. 98-104 (In English).Степанов С.В., Волков С.С., Набатчиков А.В. Моделирование системы питания БПЛА ближнего действия // Математика и математическое моделирование: сб. материалов XVI Всероссийской молодежной научно-инновационной школы. Саров: Интерконтакт. 2022. С. 31-32.Stepanov S.V., Volkov S.S., Nabatchikov A.V. Modelirovanie sistemy pitaniya BPLA blizhnego deystviya [Modeling the power supply system of short-range UAVs]. Matematika i matematicheskoe modelirovanie: sb. materialov XVI Vserossiyskoy molodezhnoy nauchno-innovatsionnoy shkoly. Sarov: Interkontakt. 2022. 31-32.Beranek C.T., Roff A., Denholm B., et al. Triallinga real-time drone detection and validation protocol for the koala (Phascolarctos cinereus). Australian Mammalogy. 2020.Beranek C.T., Roff A., Denholm B., et al. Triallinga real-time drone detection and validation protocol for the koala (Phascolarctos cinereus). Australian Mammalogy. 2020 (In English).Yeom J., Jung J., Chang A., et al. Comparison of vegetation indices derived from UAV data for differentiation of tillage effects in agriculture. Remote Sensing. 2019. N11. 1548.Yeom J., Jung J., Chang A., et al. Comparison of vegetation indices derived from UAV data for differentiation of tillage effects in agriculture. Remote Sensing. 2019. N11. 1548 (In English).Chen A., Orlov-Levin V., Meron M. Applying high-resolution visible-channel aerial imaging of crop canopy to precision irrigation management. Agricultural Water Management. 2019. Vol. 216. 196-205 .Chen A., Orlov-Levin V., Meron M. Applying high-resolution visible-channel aerial imaging of crop canopy to precision irrigation management. Agricultural Water Management. 2019. Vol. 216. 196-205 (In English).Cholula U., da Silva J.A., Marconi T., et al. Forecasting yield and lignocellulosic composition of energy cane using unmanned aerial systems. Agronomy. 2020. 10(5). 718.Cholula U., da Silva J.A., Marconi T., et al. Forecasting yield and lignocellulo-sic composition of energy cane using unmanned aerial systems. Agronomy. 2020. 10(5). 718 (In English).Guan S., Fukami K., Matsunaka H., et al. Assessing correlation of high-resolution NDVI with fertilizer application level and yield of rice and wheat crops using small UAVs. Remote Sensing. 2019. 11(2). 112.Guan S., Fukami K., Matsunaka H., et al. Assessing correlation of high-resolution NDVI with fertilizer application level and yield of rice and wheat crops using small UAVs. Remote Sensing. 2019. 11(2). 112 (In English).Ammar A., Koubaa A. Deep-learning-based automated palm tree counting and geolocation in large farms from aerial geotagged images. Agronomy. 2021. 11(8). 1456.Ammar A., Koubaa A. Deep-learning-based automated palm tree counting and geolocation in large farms from aerial geotagged images. Agronomy. 2021. 11(8). 1456 (In English).McCraine C.D., Samiappan S., Czarnecki J.M.P, Darrin M.D. Plant density estimation and weeds mapping on row crops at emergence using low altitude UAS imagery Proceedings. Conference: Autonomous air and ground sensing systems for agricultural otimization and phenotyping. 2019.McCraine C.D., Samiappan S., Czarnecki J.M.P., Darrin M.D. Plant density estimation and weeds mapping on row crops at emergence using low altitude UAS imagery Proceedings. Conference: Autonomous air and ground sensing systems for agricultural otimization and phenotyping. 2019 (In English).Przybilla H.-J., Gerke M., Dikhoff I., Ghassoun Y. Investigations on the geometric quality of cameras for UAV applications using the high precision UAV test field zollern colliery. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences - ISPRS Archives. 2019. N42(2/W13). 531-538.Przybilla H.-J., Gerke M., Dikhoff I., Ghassoun Y. Investigations on the geometric quality of cameras for UAV applications using the high precision UAV test field zollern colliery. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences - ISPRS Archives. 2019. N42(2/W13). 531-538 (In English).Kurbanov R., Litvinov M. Development of a gimbal for the Parrot Sequoia multispectral camera for the UAV DJI Phantom 4 Pro. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. N012062.Kurbanov R., Litvinov M. Development of a gimbal for the Parrot Sequoia multispectral camera for the UAV DJI Phantom 4 Pro. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. N012062 (In English).Kurbanov R.K., Zakharova N.I. Application of vegetation indexes to assess the condition of crops. Agricultural Machinery and Technologies. 2020. N0140411.Kurbanov R.K., Zakharova N.I. Application of vegetation indexes to assess the condition of crops. Agricultural Machinery and Technologies. 2020. N0140411 (In English).Young D.J.N., Koontz M.J., Weeks J.M. Optimizing aerial imagery collection and processing parameters for drone-based individual tree mapping in structurally complex conifer forests. Methods in Ecology and Evolution. 2022. N13(7). 1447-1463.Young D.J.N., Koontz M.J., Weeks J.M. Optimizing aerial imagery collection and processing parameters for drone-based individual tree mapping in structurally complex conifer forests. Methods in Ecology and Evolution. 2022. N13(7). 1447-1463 (In English).Albeaino G., Gheisari M., Franz B.W. A systematic review of unmanned aerial vehicle application areas and technologies in the AEC domain. Journal of Information Technology in Construction. 2019.Albeaino G., Gheisari M., Franz B.W. A systematic review of unmanned aerial vehicle application areas and technologies in the AEC domain. Journal of Information Technology in Construction. 2019 (In English).Kim J.S., Hong Y. Accuracy Analysis of Photogrammetry Based on the Layout of Ground Control Points Using UAV. Journal of the Korean Cartographic Association. 2020. N20(2). 41-55.Kim J.S., Hong Y. Accuracy Analysis of Photogrammetry Based on the Layout of Ground Control Points Using UAV. Journal of the Korean Cartographic Association. 2020. N20(2). 41-55 (In English).Kapicioglu H.S., Hastaoglu K.O., Poyraz F., Gül Y. Investigation of topographic effect in ground control point selection in UAV photogrammetry: Gaziantep. International conference on innovative engineering applications. 2018. 1174-1178.Kapicioglu H.S., Hastaoglu K.O., Poyraz F., Gül Y. Investigation of topographic effect in ground control point selection in UAV photogrammetry: Gaziantep. International conference on innovative engineering applications. 2018. 1174-1178 (In English).Tamouridou A.A., Alexandridis T.K., Pantazi X.E., et al. Application of multilayer perceptron with automatic relevance determination on weed mapping using UAV multispectral imagery. Sensors. 2017. N17. 2307.Tamouridou A.A., Alexandridis T.K., Pantazi X.E., et al. Application of multilayer perceptron with automatic relevance determination on weed mapping using UAV multispectral imagery. Sensors. 2017. N17. 2307 (In English).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.