References

omna

Омский научный вестник

Omsk Scientific Bulletin

1813-82252541-7541

Омский государственный технический университет

10.25206/1813-8225-2026-197-126-135

KFBUEH

omna-339

Research Article

ЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬ

ELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONS

Исследование влияния комплексной стабилизации и контроля полета беспилотных летательных аппаратов на точность дистанционных измерений угла наклона опор с помощью блока лазерных сканирующих дальномеров

Investigation of the effect of integrated unmanned aerial vehicles flight stabilization and control on the accuracy of remote measurements of the angle of inclination of the supports using the laser scanning rangefinders unit

https://orcid.org/0000-0002-1672-114X

Шныптев

И. А.

Shnyptev

I. A.

Шныптев Иван Алексеевич, аспирант кафедры «Теоретическая электротехника»,

644046, г. Омск, пр. К. Маркса, 35.

AuthorID (РИНЦ): 1265603.

Shnyptev Ivan Alekseyevich, Postgraduate of the Theoretical Electrical Engineering Department,

35, К. Marksa Ave., Omsk, 644046.

AuthorID (RSCI): 1265603.

shnivan@rambler.ru

Омский государственный университет путей сообщенияРоссияOmsk State Transport UniversityRussian Federation

2026

24022026

01126135

2026

Шныптев И.А.

Shnyptev I.A.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/339

В статье рассматривается проблема влияния курсовой устойчивости измерительного комплекса на основе беспилотных летательных аппаратов на результаты измерения углов наклона железобетонных опор в системах электроснабжения. Предлагается комплексное решение, основанное на интеграции разнородных датчиков в единую мультисенсорную платформу, включающую 5-осевые MEMS-акселерометры и гироскопы (или как минимум 3-осевые), модифицированную систему лазерных сканирующих дальномеров, используемых одновременно в качестве высотомеров, датчиков спутниковых систем навигации (GPS/ГЛОНАСС), датчиков воздушного потока, барометрических сенсоров, магнитометров и систем технического зрения. Подчеркивается роль инерциального измерительного модуля и прибора «Курсовертикаль» как основы для построения инерциальной навигационной системы.

Приведены примеры расчета относительных погрешностей отклонения курса беспилотных летательных аппаратов в горизонтальной и вертикальной плоскостях при определении угла отклонения опор. Проведен анализ влияния предложенной системы на метрологические характеристики измерительного комплекса, в частности, при использовании лазерных сканирующих дальномеров с частотой от 10 кГц и погрешностью до 1 мм. Использование предложенных технических средств позволяет исключить указанные погрешности при мониторинге геометрического положения железобетонных конструкций и опор контактной сети железных дорог.

This article examines the impact of the directional stability of an unmanned aerial vehicles based measuring system on the tilt angle measurements of reinforced concrete supports in power supply systems. A comprehensive solution is proposed, based on the integration of disparate sensors into a single multisensor platform, including 5-axis micro-electromechanical systems accelerometers and gyroscopes, or at least 3-axis ones, a modified system of laser scanning rangefinders used simultaneously as altimeters, satellite navigation system sensors (GPS/GLONASS), airflow sensors, barometric sensors, magnetometers, and a machine vision system. The role of the inertial measurement unit and the “Heads-upright” device as the basis for constructing an inertial navigation system is emphasized.

Examples of calculating relative errors of unmanned aerial vehicles heading deviations in the horizontal and vertical planes when determining the angle of support deviation are provided. An analysis of the proposed system's impact on the metrological characteristics of the measuring system is conducted, particularly when using laser scanning rangefinder with a frequency of 10 kHz and an error of up to 1 mm. Using the proposed technical means allows eliminating these errors when monitoring the geometric position of reinforced concrete structures and supports of railway overhead contact lines.

беспилотный летательный аппаратмультисенсорная платформаконтроль полетаинерциальная навигационная системамикроэлектромеханическая системалазерный сканирующий дальномеризмерение угла отклоненияповышение точности

unmanned aerial vehiclesmultisensor flight control platformflight controlinertial navigation systemmicro-electromechanical systemslaser scanning rangefinderdeflection angle measurementincreasing accuracy

References1

Кузнецов А. А., Жуков Ю. О., Кузнецова О. Н. Методика повышения точности траекторных измерений с использованием алгоритмов оперативной оценки координат маневрирующих летательных аппаратов // Вестник метролога. 2023. № 3. С. 31–34. EDN: VQDOOH.

Kuznetsov A. A., Zhukov Yu. O., Kuznetsova O. N. Metodika povysheniya tochnosti trayektornykh izmereniy s ispol’zovaniyem algoritmov operativnoy otsenki koordinat manevriruyushchikh letatel’nykh apparatov [Technique for improving the accuracy of trajectory measurements using algorithms for the operational evaluation of the coordinates of maneuvering aircraft]. Vestnik Metrologa. 2023. No. 3. P. 31–34. EDN: VQDOOH. (In Russ.).

Daponte P., Vito L. De, Mazzilli G. [et al.]. Metrology for drone and drone for metrology: Measurement systems on small civilian drones. 2015 IEEE Metrology for Aerospace (MetroAeroSpace), Benevento, Italy. 2015. P. 306–311. DOI: 10.1109/MetroAeroSpace.2015.7180673.

Boshoff M., Barros G., Kuhlenkцtter B. Performance measurement of unmanned aerial vehicles to suit industrial applications. Prod. Eng. Res. Devel. 2025. Vol. 19. P. 429–453. DOI: 10.1007/s11740-024-01313-y.

Беспилотные аппараты «БПЛА-2024»: сб. ст. Междунар. молодежного форума, Минск, 22–26 апреля 2024 г. / отв. за изд. И. В. Войтов. Минск: БГТУ, 2024. 294 с. ISBN 978-985-897184-7.

Bespilotnyye apparaty «BPLA-2024»: [Unmanned aerial vehicles “UAV-2024”] / ed. by I. V. Voytov. Minsk, 2024. 294 p. ISBN 978-985-897-184-7. (In Russ.).

Бузало Н. А., Кундрюцкова Д. Н., Пономарева Р. Р. Применение беспилотных летательных аппаратов при обследовании зданий и сооружений // Строительство и архитектура. 2022. Т. 10, № 1. С. 1–15. DOI: 10.29039/2308-0191-2021-10-1-6-10. EDN: DVSNIB.

Buzalo N. A., Kundryutskova D. N., Ponomareva R. R. Primeneniye bespilotnykh letatel’nykh apparatov pri obsledovanii zdaniy i sooruzheniy [Use of unmanned aerial vehicles in surveying buildings and structures]. Stroitel’stvo i arkhitektura. Construction and Architecture. 2022. Vol. 10, no. 1. P. 1–15. DOI: 10.29039/2308-0191-2021-10-1-6-10. EDN: DVSNIB. (In Russ.).

Пат. 2717703 C1 Российская Федерация, МПК G 05 D 1/08. Способ определения курса беспилотного летательного аппарата и беспилотный летательный аппарат / Ю. Чэнь. № 2019126673; заявл. 26.05.2017; опубл. 25.03.2020. Бюл. 9.

Patent No. 2717703 C1 Russian Federation, IPC G 05 D 1/08. Sposob opredeleniya kursa bespilotnogo letatel’nogo apparata i bespilotnyy letatel’nyy apparat [Method for determining the course of an unmanned aerial vehicle and an unmanned aerial vehicle] / Yu. Chen’. No. 2019126673. (In Russ.).

Моисеев В. С. Динамика полета и управление беспилотными летательными аппаратами: моногр. Казань: Школа, 2017. 416 с.

Moiseyev V. S. Dinamika poleta i upravleniye bespilotnymi letatel’nymi apparatami [Flight dynamics and control of unmanned aerial vehicles]. Kazan, 2017. 416 p. (In Russ.).

Тимофеев В. А. Развитие беспилотных летательных аппаратов. Беспилотный летательный аппарат: будущее авиации? // Опыт применения средств поражения в зоне проведения специальной военной операции и защита от них: cб. науч. ст. и материалов научно-практ. семинара, Краснодар, 17– 18 сентября 2024 года. Краснодар: Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков им. А. К. Серова, 2024. С. 113–117.

Timofeyev V. A. Razvitiye bespilotnykh letatel’nykh apparatov bespilotnyy letatel’nyy apparat: budushcheye aviatsii? [Development of unmanned aerial vehicles Unmanned aerial vehicle: the future of aviation?]. Opyt Primeneniya Sredstv Porazheniya v Zone Provedeniya Spetsial’noy Voyennoy Operatsii i Zashchita ot Nikh. Krasnodar, 2024. P. 113–117. (In Russ.).

Popov D. Application of unmanned aerial vehicle technologies in construction // Universum: технические науки. 2024. No. 1-4 (118). P. 26–29. DOI: 10.32743/UniTech.2024.118.1.16657.

Fritzel T., Steiner H. -J., Straub R. Laser tracker metrology for UAV-based antenna measurements. 2018 IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA). Vesteros, Sweden. 2018. P. 1–3. DOI: 10.1109/CAMA.2018.8530613.

Kandregula V. R., Zaharis Z. D., Ahmed Q. Z. Review of unmanned aerial vehicle based antenna and propagation measurements. Sensors. 2024. Vol. 24 (22). 7395. DOI: 10.3390/s24227395.

Шныптев И. А., Кузнецов А. А., Кузьменко А. Ю. [и др.]. Использование беспилотных летательных аппаратов для определения угла наклона железобетонных опор контактной сети // Приборы. 2024. № 5 (287). С. 37–43. EDN: FKGJIN.

Shnyptev I. A., Kuznetsov A. A., Kuz’menko A. Yu. [et al.]. Ispol’zovaniye bespilotnykh letatel’nykh apparatov dlya opredeleniya ugla naklona zhelezobetonnykh opor kontaktnoy seti [Using unmanned aerial vehicles to determine the angle of inclination of reinforced concrete supports of the overhead contact network]. Pribory. Instruments. 2024. No. 5 (287). P. 37–43. EDN: FKGJIN. (In Russ.).

Пат. 2831589 C1 Российская Федерация, МПК G 01 R 31/08, B 61 K 9/08, G 01 S 5/00. Оперативный способ определения угла наклона опор контактной сети железных дорог / А. А. Кузнецов, Р. С. Курманов, Ю. М. Сосновский, И. А. Шныптев. № 2024104877; заявл. 26.02.2024; опубл. 10.12.2024. EDN: PCJKOF.

Patent No. 2831589 C1 Russian Federation, IPC G 01 R 31/08, B 61 K 9/08, G 01 S 5/00. Operativnyy sposob opredeleniya ugla naklona opor kontaktnoy seti zheleznykh dorog [Rapid method of determining angle of inclination of supports of railway contact network] / A. A. Kuznetsov, R. S. Kurmanov, Yu. M. Sosnovskiy, I. A. Shnyptev. No. 2024104877. EDN: PCJKOF. (In Russ.).

Шныптев И. А., Курманов Р. С., Пономарев А. В., Кузнецов А. А. К вопросу определения метрологических характеристик при измерении угла наклона опор с помощью БПЛА // Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте: материалы Шестой всерос. науч. техн. конф. с междунар. участием. Омск: Изд-во ОмГУПС, 2025. С. 337–346.

Shnyptev I. A., Kurmanov R. S., Ponomarev A. V., Kuznetsov A. A. K voprosu opredeleniya metrologicheskikh kharakteristik pri izmerenii ugla naklona opor s pomoshch’yu BPLA [On the issue of determining metrological characteristics when measuring the angle of support using a UAV]. Pribory i Metody Izmereniy, Kontrolya Kachestva i Diagnostiki v Promyshlennosti i na Transporte. Omsk, 2025. P. 337–346. (In Russ.).

Прилепский В. А., Коптев А. Н., Коваленко Ю. В. Автоматизированная система синтеза и анализа программ контроля и испытаний сложных устройств бортовой автоматики // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 1-5. С. 1583–1587. EDN: TJFARJ.

Prilepskiy V. A., Koptev A. N., Kovalenko Yu. V. Avtomatizirovannaya sistema sinteza i analiza programm kontrolya i ispytaniy slozhnykh ustroystv bortovoy avtomatiki [The automated system of synthesis and analysis of control and testing programs of onboard automation complex devices]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014. Vol. 16, no. 1-5. P. 1583–1587. EDN: TJFARJ. (In Russ.).

Бекмачев А. Точность и стабильность инерциальных датчиков KTP // Современная электроника. 2024. № 3. URL: https://www.cta.ru/articles/soel/2024/2024-3/178374/ (дата обращения: 11.11.2025).

Bekmachev A. Tochnost’ i stabil’nost’ inertsial’nykh datchikov KTP [Accuracy and stability of KTP inertial sensors]. Sovremennaya elektronika. Modern Electronics and Automation Technologies. 2024. No. 3. URL: https://www.cta.ru/articles/soel/2024/2024-3/178374/ (accessed: 11.11.2025). (In Russ.).

Groves P. D. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems. Artech House, 2013. 505 р. ISBN-13: 978-1-58053-255-6.

Ахметшина Э. И., Пономарев Н. А., Абдюшева А. Д. Применение алгоритмов для работы с данными датчиков беспилотных летательных аппаратов // Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля-2024: материалы Междунар. науч. конф., Салават, 22–26 апреля 2024 г. Салават: Издательство УГНТУ, 2024. С. 450–451. EDN: BBZOGP.

Akhmetshina E. I., Ponomarev N. A., Abdyusheva A. D. Primeneniye algoritmov dlya raboty s dannymi datchikov bespilotnykh letatel’nykh apparatov [Using algorithms to work with sensor data from unmanned aerial vehicles]. Integratsiya Nauki i Obrazovaniya v Vuzakh Neftegazovogo Profilya-2024. Salavat, 2024. P. 450–451. EDN: BBZOGP. (In Russ.).

Каршаков Е. В., Павлов Б. В., Тхоренко М. Ю., Папуша И. А. Перспективные системы навигации летательных аппаратов с использованием измерений потенциальных физических полей // Гироскопия и навигация. 2021. Т. 29, № 1 (112). С. 32–51. DOI: 10.17285/0869-7035.0055. EDN: TMNNUT.

Karshakov E. V., Pavlov B. V., Tkhorenko M. Yu., Papusha I. A. Perspektivnyye sistemy navigatsii letatel’nykh apparatov s ispol’zovaniyem izmereniy potentsial’nykh fizicheskikh poley [Promising map-aided aircraft navigation systems]. Giroskopiya i Navigatsiya. 2021. Vol. 29, no. 1 (112). P. 32–51. DOI: 10.17285/0869-7035.0055. EDN: TMNNUT. (In Russ.).

Крамарь В. А. Беспилотные летательные аппараты, их электромагнитная стойкость и математические модели систем стабилизации: моногр. Москва: ИНФРА-М, 2025. 180 c.

Kramar V. A. Bespilotnyye letatel’nyye apparaty, ikh elektromagnitnaya stoykost’ i matematicheskiye modeli sistem stabilizatsii [Unmanned aerial vehicles, their electromagnetic resistance, and mathematical models of stabilization systems]. Moscow, 2025. 180 p. (In Russ.).

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