Класифікація дронів: які характеристики справді мають значення?

Коли ми говоримо про класи дронів, зазвичай маємо на увазі вагу або розмір корпусу. Насправді ж клас визначається функціональністю: тим, що дрон здатен робити з урахуванням своєї батареї, апаратного та програмного забезпечення. 

Правда в тому, що кожен дрон суттєво відрізняється як за апаратними характеристиками, так і за типом рівня додатків для БПЛА, які він може підтримувати — і саме це ми розглядаємо в статті. 

Які класи дронів бувають?

Більшість нормативних баз групують дрони насамперед за масою або розміром корпусу, наприклад, Групи 1-5 у США. Проте такі класифікації мало говорять про реальні можливості дрона, тобто про те, які завдання конкретна модель здатна виконувати.

Більш точний підхід до визначення класів дронів — класифікувати їх за профілем місій, операційним середовищем та рівнем толерантності до ризику. Наприклад, споживчий дрон і промисловий дрон для інспекцій можуть мати однаковий розмір корпусу, але другий матиме значно потужніші канали зв’язку та вищий рівень програмної автоматизації. 

Класифікація дронів з цієї точки зору дає набагато точнішу основу для оцінки можливостей БПЛА і, що найважливіше, архітектури додатків БПЛА, необхідної для їх підтримки.

Так ми виділяємо три основні класи дронів: 

• Споживчі дрони, призначені для коротких польотів із низьким рівнем ризику під безпосереднім контролем людини. 

• Комерційні БПЛА, розроблені для польотів на більші відстані, перенесення важких вантажів і виконання автоматизованих робочих процесів. 

• Тактичні та розвідувальні БПЛА (ISR-класу), здатні працювати в умовах високого ризику або у середовищі воєнних конфліктів та покладатися на автономність для виконання місій, коли людське управління або дані GNSS обмежені.

Ці відмінності формують вимоги до можливостей, які повинна надавати програма для БПЛА: від базової допомоги в управлінні польотом до повної автономності виконання місій.

Споживчі дрони

Любительські дрони для аерофотозйомки або перегонів зазвичай використовують вбудовану ОС як допоміжний рівень управління. Пріоритети додатків для польотів зосереджені на стабільності, простоті експлуатації та швидкому введенні в експлуатацію, а не на автономності чи високій відмовостійкості. Логіка місій обмежена і зазвичай зводиться до простого виконання маршрутів за точками або автоматичних сценаріїв відновлення.

Як правило, такі дрони не розраховані на роботу в умовах невизначеності. погіршення роботи датчиків або переривання зв’язку розглядаються як надзвичайні випадки, а не як базові умови проектування. У результаті на рівні додатків пріоритет надається зручності використання, а не надійності.

Ключові характеристики цього класу:

• Навігація та стабілізація з повною залежністю від GNSS;
• Базові місії за маршрутними точками та логіка повернення додому;
• Інтерфейс, орієнтований на мобільні пристрої, з мінімальними налаштуваннями;
• Передбачена постійна присутність оператора та можливість ручного втручання;
• Мінімальні або відсутні вимоги до резервних сценаріїв поведінки та автономного прийняття рішень.

Комерційні та промислові дрони 

До комерційних БПЛА висуваються значно вищі експлуатаційні вимоги. Додаток для БПЛА має підтримувати повторювані робочі процеси, передбачувану поведінку в польоті та послідовний збір даних у різних середовищах. Планування місій перетворюється на структурований процес, часто прив’язаний до часових рамок, геометрії об’єктів або сіток обстеження, з тісним зв’язком між траєкторіями польоту та корисним навантаженням датчиків.

Для цього класу дронів режими відмов мають критичне значення. Моніторинг стану систем, логіка аварійного реагування та точність позиціонування перестають бути другорядними функціями і стають обов’язковими для безпечної експлуатації. Контролер дрона переходить від простого виконання польоту до забезпечення операційної дисципліни. Тож ключове питання полягає в тому, чи здатна система надійно працювати в реальних умовах, а не лише виконати сам політ.

Ключові характеристики цього класу:

• Структуроване планування місій і повторюване виконання;
• Інтегроване управління корисним навантаженням і датчиками;
• Моніторинг стану системи та визначені режими відмовостійкості;
• Підвищена точність позиціонування та повторюваність польотів;
• Менша залежність від постійного ручного втручання.

Тактичні, розвідувальні (ISR) та БПЛА для критично важливих задач

Тактичні та ISR-дрони проектуються за припущенням, що зовнішні системи неминуче виходитимуть з ладу. GNSS може бути недоступним або зіпсованим. Зв’язок може погіршитися або повністю зникнути в будь-який момент. А введення даних оператором може бути переривчастим. Тому бортові програми для польоту мають функціонувати як автономний контролер місії, а не лише як допоміжна система управління для оператора.

Навігація базується на об’єднанні даних із кількох датчиків і постійному коригуванні в умовах перешкод або спотворення сигналів. Автономний зліт, точне зависання та повернення до місця запуску мають бути базовими функціями. Детермінована поведінка є обов’язковою вимогою. 

На цьому рівні зручність конструкції поступається місцем стійкості, передбачуваності та жорстко контрольованим реакціям системи. Додаток БПЛА стає критично важливим компонентом, і його вихід з ладу безпосередньо означає провал місії.

Ключові характеристики цього класу:

• Навігація без GNSS та інерційне або гібридне об’єднання даних датчиків;
• Автономний зліт, зависання та повернення додому (RTL);
• Корекція в режимі реального часу в умовах РЕБ або проблем з сигналами;
• Детермінована поведінка та обмежені реакції системи;
• Тісна інтеграція програмного й апаратного забезпечення;
• Безперервність місії з мінімальною залежністю від оператора.
  

Проектування масштабованих додатків для кількох класів дронів

Оскільки платформи БПЛА масштабуються для різних класів дронів, рівень додатків повинен масштабуватися разом з ними. Жорстко запрограмовані припущення щодо доступності GNSS, постійної присутності оператора або безпечного середовища швидко перетворюються на точки відмови, коли систему спрацьовують за межами початкового сценарію. 

Тому масштабована архітектура додатків для БПЛА дозволяє уникнути перепрограмування під кожен клас, відокремлюючи базову логіку навігації, управління та автономності від обмежень на рівні платформи.

В основі такого підходу лежить модульна структура. Об’єднання даних датчиків, планування місій і контури управління повинні бути адаптовані до різних конфігурацій апаратного забезпечення та рівнів автономності без зміни поведінки системи. Зі зростанням операційного ризику архітектура повинна підтримувати детерміновану поведінку, плавне зниження продуктивності та автономність, що не залежить від стабільності зовнішніх сигналів.

Ви можете створити такий контролер дронів за допомогою Osiris Drone OS — першої повністю апаратно-незалежної універсальної платформи для розробки додатків для БПЛА із вбудованою підтримкою автономного польоту, координації рою та прийняття рішень на базі ШІ.

Розробляйте та розгортайте додатки для дронів з функціями комп’ютерного зору та об’єднанням даних з периферійних датчиків. Безшовно поєднуйте апаратне та програмне забезпечення, а також логіку місій для різних класів дронів без складного доопрацювання. 

Зв’яжіться з нами, щоб отримати персоналізовану демонстрацію платформи.