Посадка вертолета на полетную палубу корабля — один из самых сложных и сложных маневров, требуемых от пилота ВМФ. В отличие от взлетно-посадочной полосы, посадочная площадка любого корабля небольшая и представляет собой постоянно движущуюся цель, раскачивающуюся вместе с волнами. Предложены решения по автоматизации посадки кораблей. Тем не менее, ни один из них не смог эффективно справиться с дополнительными проблемами, с которыми сталкиваются пилоты вертолетов, когда природа создает порывистый ветер, особенно в кильватере корабля, низкую видимость и другие сложные условия.

ВМС США ищут решение, способное адаптироваться к этим сложным условиям, и обращаются к исследователям Техасского университета A&M с просьбой разработать следующее поколение полностью автономных самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL). Объединив оптимальную конструкцию самолета с надежным алгоритмом машинного обучения, исследователи предлагают новый подход к автоматизированной посадке авиационных кораблей в бурном море.

«Когда пилот вертолета пытается приземлиться на палубу корабля, он на самом деле не смотрит на движущуюся палубу», — сказал доктор Мобл Бенедикт, доцент кафедры аэрокосмической техники Техасского университета A&M и главный исследователь проекта (PI). . «Если они посмотрят на движущуюся палубу, это дезориентирует пилота, поэтому их учат смотреть на специальное оборудование на корабле, называемое горизонтальным баром, который представляет собой зеленую освещенную гиростабилизированную полосу, обеспечивающую пилоту искусственный ориентир. горизонт.»

Недавние исследования были сосредоточены на отслеживании палубы корабля, а не линии горизонта, с использованием камер, GPS и лидара для отслеживания движущегося корабля и корректировки самолета в соответствии с его движением. Вместо этого Бенедикт и доктор Дилип Калатил, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и соруководитель проекта, автоматизируют процесс приземления, имитируя поведение пилота при отслеживании полосы горизонта.

«Обучение с подкреплением — это класс машинного обучения для разработки алгоритма управления автономными системами», — сказал Калатил. «Мы разрабатываем алгоритм управления обучением с подкреплением, настолько точный, что даже если транспортное средство меняет курс или находится в условиях сильного ветра, оно все равно может отслеживать полосу горизонта».

Бенедикт и Калатил доказали успех в использовании обучения с подкреплением для отслеживания и безопасной посадки беспилотной воздушной системы (БПЛА) в различных условиях, включая умеренный горизонтальный ветер, туманную видимость и изменения курса и скорости. Теперь они объединяют свои соответствующие дисциплины аэрокосмической техники, электротехники и вычислительной техники, чтобы развивать эти достижения.

«Мое внимание будет сосредоточено на разработке нового поколения БПЛА для надежной работы на корабле и высокой эффективности при одновременном понимании динамики их полета», — сказал Бенедикт. «И внимание доктора Калатила сосредоточено на использовании обучения с подкреплением, чтобы сделать этот автономный процесс более надежным в крайне неопределенных средах».

В конечном счете, ВМФ заинтересованы в трех элементах: самолете, который независим от взлетно-посадочной полосы, то есть может взлетать и приземляться вертикально; крейсерская эффективность, позволяющая самолету летать в течение длительного времени; и, наконец, возможность безопасно и успешно приземляться на движущиеся палубы кораблей.

Бенедикт применяет свой опыт в области винтокрылых машин для разработки концепций самолетов вертикального взлета и посадки, устойчивых к порывам ветра и эффективных, которые могут включать складные крылья при переходе от вертикального полета к крейсерскому с неподвижным крылом. Используя моделирование, испытания в аэродинамической трубе и летные испытания, он проанализирует производительность и динамику этих концепций, чтобы построить подмасштабную модель, которая дополнит системы управления, разработанные Kalathil.

Используя свой опыт в обучении с подкреплением , Калатил разрабатывает алгоритм, который достаточно надежен, чтобы справляться с суровыми условиями, и оптимизирован для использования данных в реальном времени для быстрой адаптации, реагируя аналогично пилоту.

«Одной из главных проблем автономной посадки кораблей является непредсказуемый характер бурного моря», — сказал Калатил. «Но если у нас есть датчик ветра в сборке БПЛА, который измеряет скорость и направление ветра, то мы можем использовать эту информацию для противодействия этому конкретному состоянию».

Эта адаптивность устраняет разрыв между симуляцией и реальностью, с которым сталкиваются другие разработки. Калатил также рассматривает возможность использования совместной консоли для управления несколькими БПЛА.