Перейти к содержимому
1

3.2. Автоматический полёт по маршруту: миссия, точки, контроль исполнения #

Автоматический полёт по маршруту выполняется по полётному заданию, загруженному в борт: аппарат следует от точки к точке, а внешний пилот контролирует исполнение и готов вмешаться. Ответственность за полёт при этом с пилота не снимается — автоматика ведёт траекторию, пилот ведёт полёт. В статье разбирается полный цикл: составление миссии, параметры движения по заданию в ArduPilot 4.7, геометрия прохождения точек (радиус допуска, срезание угла, сглаживание), расчёт времени исполнения, загрузка и предполётная проверка, контроль исполнения и вмешательство пилота. Упражнения выполняются в ArduPilot SITL с Mission Planner; наименования параметров соответствуют ArduPilot 4.7 (статья 0.4). Нормативная основа: Задача 3 этапа тренажёрной подготовки типовой программы.

Содержание

1. Цели упражнения и место в программе

Упражнение формирует навык полного цикла автоматического маршрутного полёта: пилот составляет миссию по карточке маршрута (статья 3.0), настраивает параметры движения, загружает задание в борт, сверяет загруженное с планом, исполняет миссию под контролем и парирует отклонения вмешательством с последующим безопасным возобновлением.

Место в программе: элемент Задачи 3 этапа тренажёрной подготовки; рекомендуемое время — около 45 минут. Упражнение опирается на статью 1.1.06 (автоматические режимы), статью 3.1 (ручной полёт по маршруту — навык парирования) и статью 3.0 (планирование); отказная логика и имитационная база — статья 2.0.

Автоматический полёт не снижает требований к пилоту. В автоматическом режиме пилот не управляет траекторией, но непрерывно контролирует её: сверяет текущую команду с планом, следит за отклонением, высотой, энергозапасом, воздушной обстановкой. Основания для вмешательства — отклонение от траектории сверх допуска, препятствие или другое воздушное судно, деградация систем (потеря спутников, рост вибраций, просадка напряжения), изменение погоды, команда органа обслуживания воздушного движения. Все эти случаи отрабатываются в упражнении заранее.
↑ К оглавлению

2. Обозначения и глоссарий

ТерминОпределение
миссия (полётное задание)упорядоченный набор команд и точек, загружаемый в борт для автоматического исполнения
точка маршрута (WAYPOINT)команда миссии: перелёт в заданные координаты на заданной высоте
радиус допуска точкирасстояние, при входе в круг которого точка считается пройденной; параметр WP_RADIUS_M
срезание углапрохождение точки по дуге без подлёта к ней; сокращает путь, но увеличивает отклонение от линии в окрестности точки
сглаживание (сплайн)плавная кривая между точками вместо ломаной; команда SPLINE
команда действиядействие в точке: съёмка, изменение скорости, ожидание, направление камеры
навигационная командаперемещение: точка маршрута, ожидание в точке, возврат, посадка
вмешательство пилотапереключение из AUTO в удерживающий или ручной режим для парирования отклонения
возобновление миссиивозврат в AUTO с продолжением с текущей либо выбранной команды
предполётная сверка миссиичтение загруженного задания с борта и построчное сличение с планом
MIS_TOTALпараметр борта: полное число команд загруженной миссии — объект обязательной сверки
↑ К оглавлению

3. Автоматический полёт по миссии

3.1. Структура маршрутной миссии

Маршрутная миссия мультироторного аппарата — последовательность команд. Первая команда — TAKEOFF: набор заданной высоты в точке взлёта. Далее следуют точки маршрута WAYPOINT с координатами и высотой. Между точками размещаются команды действий: DO_CHANGE_SPEED (изменение скорости участка), DO_SET_ROI (направление камеры на объект), DO_DIGICAM_CONTROL (снимок), NAV_DELAY (ожидание), NAV_LOITER_UNLIM (ожидание в точке неопределённо долго). Завершают миссию NAV_RETURN_TO_LAUNCH (возврат) либо NAV_LAND (посадка в заданной точке).

Вариант «миссия заканчивается зависанием в последней точке» удобен для тренировки, но в эксплуатации не применяется: поведение аппарата при отказе связи должно быть определено заранее параметрами отказной логики (FS_GCS_ENABLE, FS_THR_ENABLE; статьи 2.0 и 2.2).

3.2. Параметры движения в ArduPilot 4.7

ПараметрЕдиницыНазначение
WP_SPDм/сгоризонтальная скорость на участках миссии
WP_SPD_UPм/сскорость набора высоты на миссии
WP_SPD_DNм/сскорость снижения на миссии
WP_ACCм/с²ускорение разгона и торможения на участках
WP_RADIUS_Mмрадиус допуска точки: точка пройдена при входе в круг этого радиуса
WP_YAW_BEHAVIOR0…3рыскание: без управления, носом в следующую точку, по командам миссии, с учётом бокового ветра
WP_PIVOT_ANGLEградугол поворота, при превышении которого аппарат разворачивается на месте перед участком
MIS_TOTALкомандполное число команд загруженной миссии — сверяется после загрузки
Версия ArduPilot. Имена параметров соответствуют ветке 4.7: до версии 4.7 они назывались WPNAV_SPEED, WPNAV_SPEED_UP, WPNAV_SPEED_DN, WPNAV_ACCEL, WPNAV_RADIUS и хранили значения в сантиметрах. При обновлении прошивки значения пересчитываются автоматически, однако в сохранённых файлах параметров и старых методических материалах встречаются прежние имена (полная таблица переименований — статья 0.4).

Выбор скорости участка — компромисс времени и энергии: мощность поступательного полёта растёт быстрее линейной зависимости от скорости, поэтому увеличение WP_SPD с 10 до 15 м/с сокращает время участка в полтора раза, но увеличивает удельный расход энергии на километр (статья 3.0, задача 2).

3.3. Геометрия прохождения точки: срезание угла

Аппарат не обязан подлетать точно в точку: она считается пройденной при входе в круг радиуса WP_RADIUS_M. Траектория при этом срезает угол между участками. Укорочение пути для угла поворота \( \theta \) оценивается как:

\( \Delta L = \frac{2R}{\tan(\theta/2)} - R \cdot (\pi - \theta)_{рад} \)

где \( R \) — радиус допуска, \( \theta \) — угол поворота траектории в точке. Для разворота на 90°: при радиусе 2 метра срезание пути составляет около 0,86 метра, при радиусе 10 метров — около 4,3 метра. Сокращение пути мало, однако радиус допуска определяет максимальное отклонение фактической траектории от линии в окрестности точки — именно это важно вблизи препятствий и границ зон.

Большой радиус допуска срезает углы у препятствий. Увеличение WP_RADIUS_M «для ускорения миссии» уводит фактическую траекторию от линии, отображаемой на карте. Если точка поставлена у границы запретной зоны или вблизи препятствия, аппарат пройдёт ближе к границе, чем показывает планирование. Радиус допуска выбирается минимальным из условий задачи, а запасы по высоте и удалению от препятствий закладываются с учётом радиуса (статья 3.5).

3.4. Сглаживание траектории: сплайн

Точки исполняются в двух режимах: прямолинейном (движение точно по отрезку между точками) и сплайновом (плавная кривая через точки, без остановок в них). Сплайн применяется для съёмочных задач с равномерным движением камеры и для облёта препятствий по плавной траектории. Недостаток: фактический путь между точками не совпадает с отображаемой на карте прямой — отклонение достигает нескольких метров в зависимости от геометрии соседних точек. В стеснённых условиях отклонение проверяется предпросмотром траектории в наземной станции до загрузки миссии.

3.5. Расчёт времени исполнения миссии

Время участка длины \( L \) при скорости \( V \) и ускорении \( a \) складывается из фаз разгона, равномерного движения и торможения:

\( t = 2\frac{V}{a} + \frac{L - V^2/a}{V} \)

Формула применима при \( L \ge V^2 / a \) — иначе участок проходится без выхода на крейсерскую скорость. Пример: участок 800 метров, WP_SPD 10 м/с, WP_ACC 2,5 м/с²: разгон и торможение — 8 секунд и 40 метров пути, равномерное движение — 760 метров за 76 секунд, итого 84 секунды. Наземная станция показывает расчётное время автоматически, но пилот обязан уметь проверить его вручную: расхождение указывает на неверно загруженные параметры (задача 1).

3.6. Контроль исполнения и вмешательство пилота

Контроль исполнения включает: сверку номера текущей команды с планом, контроль отклонения от траектории, высоты и энергозапаса, наблюдение за воздушной обстановкой и наземными рисками. Вмешательство выполняется переключением в LOITER (удержание позиции) либо в позиционный режим с ручным уводом; после парирования миссия возобновляется с текущей либо выбранной команды. Перед возобновлением пилот обязан убедиться в безопасности: аппарат на безопасной высоте, следующая точка достижима без пересечения препятствий. Возобновление «не глядя» может направить аппарат через препятствие к «своей» точке миссии.

Признак освоенного навыка. Пилот сопровождает миссию вслух: называет текущую команду, ожидаемую точку, время до неё, отклонение; вмешательство по команде инструктора выполняет не более чем за 5 секунд; возобновление предваряет оценкой безопасности и докладом.
↑ К оглавлению

4. Ограничения и предельные значения

Значения ниже — учебные ориентиры для тренажёрного занятия. Перед лётным этапом они заменяются значениями из руководства по лётной эксплуатации конкретного типа беспилотного воздушного судна (статья 0.4).

ПараметрУчебное ограничениеПояснение
условие исполнения миссиипозиционирование не ниже трёхмерного, спутников не менее 8статья 2.3
отказная логикаFS_GCS_ENABLE, FS_THR_*, геоограничение — настроены до запускастатьи 2.0, 2.2
высоты точек миссиине выше разрешённой высоты зоны; не ниже безопасной над препятствиямистатья 3.5
отклонение от траектории (без ветра)не более 5 мэлемент 2
отклонение от траектории (ветер до 5 м/с)не более 8 мэлемент 3
расхождение времени точкине более 10 % расчётногоэлементы 2–3
время реакции на вмешательствоне более 5 секундэлемент 4
обнаружение введённого отказане более 10 секундпрактика 3; статья 2.0
↑ К оглавлению

5. Настройка тренажёров

5.1. Состав стенда

Полётный контроллер с прошивкой ArduPilot 4.7 (либо SITL), подключённый к наземной станции Mission Planner или QGroundControl; симулятор физики (Gazebo либо встроенный SITL); радиоаппаратура с назначенными переключателями: переход в AUTO, возврат, удержание позиции (распределение — статья 1.1.07). Миссия составляется в наземной станции и сохраняется в файл формата way (текстовый) — для контроля, повторного использования и прикладывания к журналу налёта (статья 0.6).

5.2. Параметры упражнения

ПараметрЗначениеПримечание
WP_SPD10крейсерская скорость участков
WP_ACC2,5умеренное ускорение, комфортное для полезной нагрузки
WP_RADIUS_M2элементы 1–3; в элементе 4 сравнивается со значением 10
WP_YAW_BEHAVIOR1нос в сторону следующей точки
SIM_WIND_SPD0…5нарастает по элементам
RTL_ALT_Mвыше препятствий трассыпроверяется до запуска миссии

5.3. Трасса и усложнения

Трасса — прямоугольник 800 × 400 метров, высота точек 100 метров, точка взлёта — середина первой стороны (та же трасса, что в статье 3.1). Усложнения по элементам: в элементе 3 добавляются команда DO_CHANGE_SPEED (6 м/с) перед вторым участком и NAV_DELAY (10 секунд) в третьей точке; в элементе 4 второй и третий участки заменяются сплайновыми и сравниваются радиусы допуска 2 и 10 метров. В практике 3 инструктор вводит события имитации: порыв (SIM_WIND_TURB), деградацию спутников (SIM_GPS1_NUMSATS 6) либо отказ радиоканала (SIM_RC_FAIL).

↑ К оглавлению

6. Порядок выполнения упражнения

Элементы выполняются последовательно; переход к следующему — после достижения критерия предыдущего. Каждый полёт фиксируется в журнале налёта (статья 0.6); файл миссии прикладывается к записи.

Элемент 1. Составление и загрузка миссии

Цель: полный цикл подготовки миссии без полёта.

  1. Составьте миссию трассы: TAKEOFF 100 метров, четыре WAYPOINT, RTL.
  2. Сохраните миссию в файл, перечитайте файл и сверьте координаты и высоты.
  3. Загрузите миссию в борт, затем прочитайте её обратно.
  4. Сверьте загруженную миссию с планом построчно: номера, команды, координаты, высоты, MIS_TOTAL.
  5. Проверьте расчётное время миссии, показанное станцией, против ручного расчёта (раздел 3.5).

Критерий: загруженная миссия совпадает с планом без расхождений; время подтверждено ручным расчётом.

Элемент 2. Исполнение миссии без ветра

Цель: контроль исполнения автоматического полёта в спокойном воздухе.

  1. Выполните взлёт и переход в AUTO; сопровождайте миссию вслух (раздел 3.6).
  2. Контролируйте каждую точку: номер команды, расстояние до точки, отклонение от линии.
  3. Фиксируйте фактическое время пролёта каждой точки и сравнивайте с расчётным.
  4. Оцените максимальное отклонение траектории от линии пути на участках.
  5. После посадки перечитайте журнал полёта и сверьте траекторию с планом.

Критерий: отклонение не более 5 метров; расхождение времени точки — не более 10 %.

Элемент 3. Миссия с командами действий и ветром

Цель: исполнение миссии с командами действий при боковом ветре.

  1. Добавьте в миссию DO_CHANGE_SPEED 6 м/с и NAV_DELAY 10 секунд; пересчитайте ожидаемое время.
  2. Установите SIM_WIND_SPD 5 м/с, направление — поперёк длинного участка.
  3. Исполните миссию; проконтролируйте срабатывание каждой команды по телеметрии.
  4. Оцените компенсацию ветра автоматикой: траектория должна остаться на линии пути.
  5. Сравните фактическое время миссии с пересчитанным; объясните расхождение.

Критерий: команды исполнены; отклонение не более 8 метров; расхождение времени объяснено количественно — через изменение путевой скорости участков.

Элемент 4. Радиус допуска, сплайн, вмешательство

Цель: влияние параметров на траекторию; вмешательство и безопасное возобновление миссии.

  1. Исполните миссию при WP_RADIUS_M 2; зафиксируйте траекторию в точках по журналу.
  2. Повторите при WP_RADIUS_M 10; сравните срезание углов (раздел 3.3).
  3. Замените участки на сплайновые; сравните траекторию с прямолинейной по предпросмотру и по журналу.
  4. По команде инструктора в середине участка перейдите в LOITER, удержите позицию 20 секунд.
  5. Оцените безопасность возобновления, доложите и возобновите миссию с текущей команды; доведите полёт до завершения.

Критерий: разница траекторий объяснена количественно; вмешательство — не более 5 секунд; возобновление — с предварительной оценкой безопасности и докладом.

↑ К оглавлению

7. Типовые ошибки и их разбор

Ошибки сгруппированы по механизму возникновения. Инструктор фиксирует в протоколе тип ошибки: процедура, контроль, знание параметров или оценка безопасности.

ОшибкаКак выглядитМеханизмУстранение
загрузка миссии без обратной сверки ошибочная точка или высота обнаруживается только в полёте пропущено чтение миссии с борта после загрузки элемент 1: построчная сверка и MIS_TOTAL обязательны
слишком большой радиус допуска траектория срезает углы вблизи препятствий и границ зон WP_RADIUS_M увеличен «для ускорения» раздел 3.3: радиус минимальный из условий задачи
высоты точек ниже препятствий рельефа миссия построена по карте без профиля высот рельеф участка не проверен при планировании статья 3.5: профиль высот, TERRAIN_ENABLE, запас 30 м
не настроено поведение при отказе связи миссия уходит за пределы связи; исход непредсказуем FS_GCS_ENABLE и высота возврата не проверены чек-лист: отказная логика и RTL_ALT_M до запуска
пассивное наблюдение за исполнением отклонение накапливается; вмешательство запаздывает пилот переложил контроль на автоматику раздел 3.6: сопровождение вслух, допуски раздела 4
возобновление миссии без оценки переход в AUTO направляет аппарат через препятствие к «своей» точке безопасность следующей точки не проверена элемент 4: оценка и доклад перед возобновлением
сплайн вблизи препятствий без предпросмотра фактическая траектория расходится с линией на карте отклонение сплайна не проверено на земле раздел 3.4: предпросмотр траектории до загрузки
↑ К оглавлению

8. Практика: расчётные задачи (с решениями)

Задачи решаются письменно до лётной части упражнения. Значения округляются до десятых; ответ сопровождается единицами измерения.

Задача 1. Время миссии и проверка загрузки

Условие. Миссия — прямоугольная трасса из четырёх участков: 800, 400, 800 и 400 метров. WP_SPD 10 м/с, WP_ACC 2,5 м/с². Взлёт и посадка — 60 секунд суммарно. После загрузки наземная станция показала расчётное время миссии 4 минуты 52 секунды. Определить расчётное время и объяснить расхождение.

Решение.

  1. Длинные участки: \( t = 2 \cdot 10/2{,}5 + (800 - 100/2{,}5)/10 = 8 + 76 = 84\ \text{с} \) каждый; два участка — 168 секунд.
  2. Короткие участки: \( t = 8 + (400 - 40)/10 = 44\ \text{с} \) каждый; два участка — 88 секунд.
  3. Итого: 168 + 88 + 60 = 316 секунд — 5 минут 16 секунд.
  4. Показанные станцией 292 секунды меньше расчётных на 24 секунды: это соответствует загруженной скорости около 11 м/с вместо 10 либо незамеченной команде DO_CHANGE_SPEED. Расхождение — признак ошибки загрузки.

Ответ: расчётное время 5 минут 16 секунд; расхождение 24 секунды указывает на неверно загруженные параметры — миссия перечитывается с борта и сверяется построчно.

Задача 2. Срезание угла при радиусе допуска

Условие. Точка маршрута установлена в 15 метрах от границы запретной зоны, угол поворота траектории в точке 90°. Определить, на какое расстояние фактическая траектория приближается к границе при WP_RADIUS_M 2 метра и при 10 метров.

Решение.

  1. Максимальное отклонение траектории от линии в окрестности точки ограничено радиусом допуска: дуга прохождения точки отстоит от вершины угла на величину порядка \( R \).
  2. При \( R = 2\ \text{м} \): запас до границы сохраняется не менее \( 15 - 2 = 13\ \text{м} \).
  3. При \( R = 10\ \text{м} \): запас сокращается до \( 15 - 10 = 5\ \text{м} \) — впятеро; дополнительно учитывается снос ветром (статья 3.1) и погрешность позиционирования (статья 2.3).
  4. Укорочение пути при этом ничтожно: 0,86 метра против 4,3 метра (раздел 3.3) — выигрыша времени практически нет, проигрыш запаса — восьмикратный.

Ответ: при радиусе 2 метра запас до границы 13 метров, при 10 метрах — 5 метров; у границы зоны радиус допуска принимается минимальным.

Задача 3. Скорость участка и энергозатраты

Условие. По данным статьи 3.0 (задача 2) удельный расход при скорости 12 м/с составляет 861 мА·ч на километр «туда и обратно». Наземная станция для участка 800 метров предлагает увеличить WP_SPD с 10 до 15 м/с, обещая выигрыш времени. Оценить время и энергию участка при обеих скоростях, если расход «туда» принять 611 мА·ч на километр при 12 м/с и оценить его изменение при 10 и 15 м/с по кубической зависимости мощности от скорости с поправкой: принять 560 и 780 мА·ч на километр соответственно.

Решение.

  1. Время участка при 10 м/с: \( 8 + 760/10 = 84\ \text{с} \) (задача 1); при 15 м/с: \( 2 \cdot 15/2{,}5 + (800 - 225/2{,}5)/15 = 12 + 47 = 59\ \text{с} \).
  2. Расход при 10 м/с: \( 0{,}8 \cdot 560 = 448\ \text{мА·ч} \); при 15 м/с: \( 0{,}8 \cdot 780 = 624\ \text{мА·ч} \).
  3. Выигрыш времени — 25 секунд на участке; перерасход энергии — 176 мА·ч, то есть около 39 %. На всём круге трассы длиной 2,4 километра перерасход составит \( 2{,}4 \cdot 220 = 528\ \text{мА·ч} \) — около пятой части энергии, доступной до 30-процентного резерва (2800 мА·ч по статье 3.0).

Ответ: скорость 15 м/с сокращает время участка на 25 секунд, но увеличивает расход на 39 %; на предельном по энергии маршруте скорость участка выбирается по энергетическому бюджету (статья 3.0), а не по времени.

↑ К оглавлению

9. Критерии зачёта и чек-лист самопроверки

Проверяемый навыкКритерий
Составление миссиикоманды, координаты, высоты соответствуют карточке маршрута
Параметры движенияWP_SPD, WP_ACC, WP_RADIUS_M, WP_YAW_BEHAVIOR выбраны осознанно и обоснованы
Отказная логикаFS_GCS_ENABLE, FS_THR_*, геоограничение, RTL_ALT_M проверены до запуска
Загрузка и сверкамиссия прочитана с борта, сверена построчно, MIS_TOTAL совпадает
Расчёт времениручной расчёт подтвердил показанное станцией время
Контроль исполнениясопровождение вслух: команда, точка, время, отклонение
Точность траекторииотклонение не более 5 м без ветра; не более 8 м при ветре 5 м/с
Вмешательствопереход в LOITER не более 5 секунд по команде
Возобновление миссиипредваряется оценкой безопасности и докладом
Журнал налётазапись по форме статьи 0.6; файл миссии приложен; отклонения разобраны
↑ К оглавлению

10. Источники

  1. Типовая программа «Подготовка специалистов авиационного персонала гражданской авиации для подтверждения уровня, соответствующего требованиям, предъявляемым к обладателю свидетельства внешнего пилота». Этап тренажёрной подготовки: Задача 3, полёты по маршруту. garant.ru/products/ipo/prime/doc/56899532
  2. Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации (постановление Правительства РФ от 11.03.2010 № 138).
  3. ICAO Doc 10019 «Manual on Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS)» — обязанности внешнего пилота при автоматическом полёте.
  4. ArduPilot Copter Documentation, «Auto Mode» и «Mission Planning» — структура полётного задания, команды WAYPOINT, SPLINE, DO_CHANGE_SPEED, NAV_DELAY, MIS_TOTAL, MIS_RESTART. ardupilot.org/copter/docs
  5. ArduPilot Copter Documentation (версия 4.7) — параметры маршрутной навигации WP_SPD, WP_SPD_UP, WP_SPD_DN, WP_ACC, WP_RADIUS_M, WP_YAW_BEHAVIOR, WP_PIVOT_ANGLE; высота возврата RTL_ALT_M. ardupilot.org/copter/docs
  6. ArduPilot Copter Documentation, «Failsafes» — FS_GCS_ENABLE, FS_THR_ENABLE, геоограничение GF_*. ardupilot.org/copter/docs
  7. ArduPilot Dev Wiki, «Using SITL for ArduPilot Testing» — имитация ветра, спутников и радиоканала: SIM_WIND_*, SIM_GPS1_NUMSATS, SIM_RC_FAIL.
  8. Курс «Mission Planner» на настоящем сайте — уроки планирования заданий, загрузки миссий и работы с журналом полёта.
  9. Статьи настоящего курса: 0.4 (модель под реальный БВС, версия ArduPilot 4.7), 0.6 (учёт налёта), 1.1.06 (автоматические режимы), 1.1.07 (переключение режимов).
  10. Статьи настоящего курса: 2.0 (методика имитации отказов), 2.2 (потеря связи), 2.3 (отказ позиционирования), 3.0 (методика маршрутного полёта), 3.1 (ручной полёт по маршруту), 3.5 (полёт над рельефом).

Проверено: 15.09.2026. Значения допусков являются учебными ориентирами тренажёрного этапа и уточняются по руководству по лётной эксплуатации конкретного типа беспилотного воздушного судна. Наименования параметров соответствуют ArduPilot 4.7 (статья 0.4).

  • мод. : Среда, 16 сентября 2026