Как заставить дрон лететь за целью

Схема наведения FPV-дрона с компьютерным зрением

Эта схема отражает базовый конвейер наведения современного FPV-перехватчика с компьютерным зрением. Но внутри каждого блока происходит довольно много процессов. Разберем их по порядку.

Камера
   │
   ▼
YOLO
   │
   ▼
ByteTrack
   │
   ▼
Модуль наведения (Guidance)
   │
   ▼
PX4 / ArduPilot
   │
   ▼
Моторы

---

1. Камера

Это единственный источник информации о цели.

На каждом кадре камера получает изображение, например:

1920×1080
60 FPS

или

640×640
120 FPS

Каждый кадр отправляется в нейросеть.

Что происходит

Мир
 ↓
Объектив
 ↓
Матрица
 ↓
Цифровое изображение

На этом этапе дрон вообще ничего не понимает.

Для него это просто массив пикселей.

---

2. YOLO

YOLO отвечает только за обнаружение объектов.

На вход получает изображение:

████████████
████████████
████████████

На выходе выдает список найденных объектов.

Например:

Drone

x = 312
y = 225

ширина = 84

высота = 70

confidence = 0.94

или

[
Drone,
Bird,
Helicopter
]

То есть YOLO отвечает только на вопрос:

Что я вижу?

Она не знает, что это тот же самый объект, что был секунду назад.

---

3. ByteTrack

Это уже трекер.

Он получает результаты YOLO.

Например.

Кадр №1

Drone

x=300
y=200

Кадр №2

Drone

x=306
y=205

Кадр №3

Drone

x=314
y=211

ByteTrack говорит:

Это один и тот же объект.

И присваивает ему ID.

Drone #5

Следующий кадр

Drone #5

Следующий

Drone #5

Теперь система понимает:

цель движется вправо

скорость растет

траектория такая-то

То есть ByteTrack отвечает на вопрос:

Где сейчас находится та цель, которую мы уже нашли?

---

4. Guidance (модуль наведения)

Это самый интересный блок.

Именно здесь принимается решение:

куда лететь.

Он получает:

Цель

x=315

y=240

скорость цели

направление

Также получает от автопилота:

скорость дрона

курс

тангаж

крен

высоту

После этого вычисляет ошибку.

Например, центр изображения:

320
240

Цель:

350
220

Ошибка:

+30 по X

-20 по Y

Далее Guidance решает:

лететь вправо

немного вверх

Но современные системы идут дальше.

Они могут вычислять:

угловую скорость

ускорение

будущую позицию цели

точку перехвата

Именно здесь появляются алгоритмы:

• PID
• Pure Pursuit
• Proportional Navigation (PN)
• Augmented PN
• MPC (Model Predictive Control)

Именно этот блок превращает координаты цели в команды управления.

---

5. PX4 / ArduPilot

Guidance не управляет моторами напрямую.

Он лишь говорит автопилоту:

Roll +5°

Pitch -8°

Yaw +2°

Throttle 63%

Дальше вступает PX4.

Внутри него работают десятки PID-регуляторов.

Например:

нужно получить крен 5°

PX4 смотрит на IMU.

Получает:

крен сейчас

2°

И увеличивает обороты одного двигателя.

Через несколько миллисекунд:

крен = 5°

Получается очень быстрая замкнутая система.

---

6. Моторы

Последний этап.

PX4 передает команды ESC.

ESC изменяет обороты.

Motor1
6400 RPM

Motor2
6150 RPM

Motor3
6700 RPM

Motor4
6200 RPM

Изменение тяги создает:

крен

тангаж

рыскание

ускорение

Дрон начинает менять траекторию.

---

Полный цикл

Каждый кадр проходит через весь конвейер:

Камера
   │
   ▼
Изображение
   │
   ▼
YOLO
   │
   ▼
Найдена цель
   │
   ▼
ByteTrack
   │
   ▼
Это та же самая цель
   │
   ▼
Guidance
   │
   ▼
Рассчитать команду управления
   │
   ▼
PX4
   │
   ▼
Преобразовать команду в обороты двигателей
   │
   ▼
ESC
   │
   ▼
Моторы
   │
   ▼
Дрон изменил траекторию
   │
   ▼
Новый кадр камеры
   │
   └───────────────────────────────┐
                                   │
                                   ▼
                              следующий цикл

---

Важное уточнение

Эта схема хорошо подходит для понимания, но в реальных перехватчиках обычно есть еще несколько обязательных модулей между ByteTrack и Guidance:

Камера
   │
   ▼
Предобработка изображения
   │
   ▼
YOLO
   │
   ▼
ByteTrack
   │
   ▼
Оценка состояния цели
(скорость, ускорение, фильтр Калмана)
   │
   ▼
Логика выбора цели
(Target Selection)
   │
   ▼
Наведение (Guidance)
   │
   ▼
Контроллер управления
(PID / PN / MPC)
   │
   ▼
PX4 / ArduPilot
   │
   ▼
ESC
   │
   ▼
Моторы

Именно такая архитектура характерна для современных автономных перехватчиков: обнаружение → сопровождение → оценка состояния → принятие решения → наведение → управление полетом.