gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.0056gyroscopy-163Research ArticleСтатьиИсследование метода вычисления текущей характеристики точности в задаче навигации по картам геофизических полейStudy of a Method for Calculating the Current Accuracy In Map-Aided Navigation ProblemДунаевскаяК. В.DunaevskayaK. V.

Дунаевская Кристина Валерьевна. Аспирант

Dunaevskaya, K.V. 

КиселевЛ. В.KiselevL. V.

Киселев Лев Владимирович. Главный научный сотрудник

Kiselev, L.V.

КостоусовВ. Б.KostousovV. B.

Костоусов Виктор Борисович. Кандидат физико-математических наук, заведующий отделом прикладных проблем управления

Институт математики и механики им. Н.Н. Красовского Уральского отделения РАН (ИММ УрО РАН) (Екатеринбург).РоссияKrasovskii Institute of Mathematics and Mechanics, Ural Branch of RAS, Yekaterinburg, RussiaRussian FederationИнститут проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (Владивосток).РоссияInstitute of Marine Technology Problems, Far-Eastern Branch of RAS (FEBRAS), Vladivostok, RussiaRussian FederationИнститут математики и механики им. Н.Н. Красовского Уральского отделения РАН (ИММ УрО РАН) (Екатеринбург).РоссияKrasovskii Institute of Mathematics and Mechanics, Ural Branch of RASRussian Federation2021240920252915269Copyright © Дунаевская К.В., Киселев Л.В., Костоусов В.Б., 20252025Дунаевская К.В., Киселев Л.В., Костоусов В.Б.Dunaevskaya K.V., Kiselev L.V., Kostousov V.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/163

В статье исследуется предложенный ранее метод вычисления текущей характеристики точности поискового корреляционно-экстремального алгоритма решения задачи навигации по геофизическим полям. Предложенный метод основан на анализе отношения экстремальных значений используемого в поисковом алгоритме функционала сопоставления измеренного фрагмента поля и фрагментов, полученных из эталонной карты, и определении диаметра множества заданного уровня этого функционала. Исследование проводится на примере данных о трех пространственных геофизических полях: поле глубин моря, поле аномалий силы тяжести и аномальном магнитном поле – и ориентировано на их применение для навигации подводного движущегося объекта. Описываются особенности информационно-измерительных систем, применяемых при съемке этих полей с использованием подводного робота, и процедура, имитирующая процесс получения карты с учетом этих особенностей. Приводятся полученные путем моделирования задачи навигации в условиях подводного движущегося объекта результаты сравнения предложенного метода вычисления текущей характеристики точности и метода, используемого в байесовском алгоритме решения задачи навигации.

The paper studies a previously proposed method for calculating the current accuracy characteristics of a correlation-extreme search algorithm for solving the map-aided navigation problem. The proposed method is based on the analysis of the ratio of the extreme values of the functional used in the search algorithm for comparing the measured field fragment, and the fragments obtained from a reference map, and on determining the diameter of the set of the given level for this functional. The study is carried out using an example of three spatial geophysical fields: the sea depth field, the field of gravity anomalies, and the anomalous magnetic field; it is focused on their application for underwater vehicle navigation. The specific features of the information and measurement systems used in the survey of these fields, done by means of an underwater robot are described, as well as the procedure simulating the mapping process taking these features into account. The results of computer experiments on comparison of the proposed method for calculating the current accuracy and the method used in the Bayesian algorithm for solving the navigation problem are presented.

Навигация по карте геофизического поляпоисковый корреляционно-экстремальный алгоритмтекущая характеристика точностибайесовский метод оцениванияавтономный подводный робот (автономный необитаемый подводный аппарат)картографированиебатиметриягравиметриямагнитометрия.Мap-aided navigationcorrelation-extreme search algorithmcurrent accuracy characteristics of correctionBayesian estimation methodautonomous underwater vehiclemappingbathymetrymagnetometrygravimetry.ReferencesБелоглазов И.Н., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. М.: «Наука», 1985. 328 с.Белоглазов И.Н., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. М.: «Наука», 1985. 328 с.Степанов О.А., Торопов А.Б. Методы нелинейной фильтрации в задаче навигации по геофизическим полям. Ч. 1: Обзор алгоритмов // Гироскопия и навигация, 2015. № 3 (90). С. 102–125.Степанов О.А., Торопов А.Б. Методы нелинейной фильтрации в задаче навигации по геофизическим полям. Ч. 1: Обзор алгоритмов // Гироскопия и навигация, 2015. № 3 (90). С. 102–125.Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Часть 1. Введение в теорию оценивания. СПб: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017. 509 с.Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Часть 1. Введение в теорию оценивания. СПб: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017. 509 с.Nygren, I., Terrain Navigation for Vehicles, Dissertation, Sweden: Stockholm Royal Institute of Technology, 2005, 270 p.Nygren, I., Terrain Navigation for Vehicles, Dissertation, Sweden: Stockholm Royal Institute of Technology, 2005, 270 p.Feder, H.J.S., Leonard, J.J., and Smith, C.M., Adaptive mobile robot navigation and mapping, Int. J. of Robotics Research, Special Issue on Field and Service Robotics, July 1999, vol. 18, no. 7, pp. 650–668.Feder, H.J.S., Leonard, J.J., and Smith, C.M., Adaptive mobile robot navigation and mapping, Int. J. of Robotics Research, Special Issue on Field and Service Robotics, July 1999, vol. 18, no. 7, pp. 650–668.Melo, J., Matos, A., Survey on advances on terrain based navigation for autonomous underwater vehicles, Ocean Engineering, 2017, vol. 139, pp. 250–264.Melo, J., Matos, A., Survey on advances on terrain based navigation for autonomous underwater vehicles, Ocean Engineering, 2017, vol. 139, pp. 250–264.Степанов О.А., Носов А.С. Алгоритм коррекции навигационной системы по данным карты и измерителя, не требующий предварительного оценивания значений поля вдоль пройденной траектории // Гироскопия и навигация, 2020. Т. 28. №2 (109). С. 70–90.Степанов О.А., Носов А.С. Алгоритм коррекции навигационной системы по данным карты и измерителя, не требующий предварительного оценивания значений поля вдоль пройденной траектории // Гироскопия и навигация, 2020. Т. 28. №2 (109). С. 70–90.Джанджгава Г.И., Августов Л.И. Навигация по геополям. Научно-методические материалы. М.: ООО «Научтехлитиздат», 2018. 296 с.Джанджгава Г.И., Августов Л.И. Навигация по геополям. Научно-методические материалы. М.: ООО «Научтехлитиздат», 2018. 296 с.Августов Л.И., Сазонова Т.В. Контроль точности позиционных оценок в корреляционно- экстремальных навигационных системах // Авиакосмическое приборостроение, 2007. №2. С. 39–42.Августов Л.И., Сазонова Т.В. Контроль точности позиционных оценок в корреляционно- экстремальных навигационных системах // Авиакосмическое приборостроение, 2007. №2. С. 39–42.Бердышев В.И., Костоусов, В.Б. Экстремальные задачи и модели навигации по геофизическим полям. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С. 270.Бердышев В.И., Костоусов, В.Б. Экстремальные задачи и модели навигации по геофизическим полям. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С. 270.Киселев Л.В., Костоусов В.Б., Дунаевская К.В., Тарханов А.Е. Оценка ошибок корреляционно-экстремальной навигации по карте аномалий силы тяжести на основе траекторных измерений с борта автономного подводного робота // Подводные исследования и робототехника. 2020. №1 (31). C. 13–20.Киселев Л.В., Костоусов В.Б., Дунаевская К.В., Тарханов А.Е. Оценка ошибок корреляционно-экстремальной навигации по карте аномалий силы тяжести на основе траекторных измерений с борта автономного подводного робота // Подводные исследования и робототехника. 2020. №1 (31). C. 13–20.Kiselev, L.V., Kostousov, V.B., Medvedev, A.V., Tarkhanov, A.E., Dunaevskaya, K.V., Computational models of trajectory investigation of marine geophysical fields and its implementation for solving problems of map-aided navigation, Advances in Systems Science and Applications, 2020, vol. 20, no. 4, pp. 45–49. DOI: 10.25728/assa.2020.20.4.972. Published online at https://ijassa.ipu.ru.Kiselev, L.V., Kostousov, V.B., Medvedev, A.V., Tarkhanov, A.E., Dunaevskaya, K.V., Computational models of trajectory investigation of marine geophysical fields and its implementation for solving problems of map-aided navigation, Advances in Systems Science and Applications, 2020, vol. 20, no. 4, pp. 45–49. DOI: 10.25728/assa.2020.20.4.972. Published online at https://ijassa.ipu.ru.Пешехонов В.Г., Степанов О.А., Августов Л.И. и др. Современные методы и средства измерения параметров гравитационного поля Земли / под общей ред. В.Г. Пешехонова; науч. редактор О.А. Степанов. Санкт-Петербург: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017.Пешехонов В.Г., Степанов О.А., Августов Л.И. и др. Современные методы и средства измерения параметров гравитационного поля Земли / под общей ред. В.Г. Пешехонова; науч. редактор О.А. Степанов. Санкт-Петербург: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017.Киселев Л.В., Костоусов В.Б., Медведев А.В., Тарханов А.Е. О гравиметрии с борта автономного подводного робота и оценках ее информативности для навигации по карте // Подводные исследования и робототехника. 2019. 1(27). С. 21–30.Киселев Л.В., Костоусов В.Б., Медведев А.В., Тарханов А.Е. О гравиметрии с борта автономного подводного робота и оценках ее информативности для навигации по карте // Подводные исследования и робототехника. 2019. 1(27). С. 21–30.Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. В 3 книгах. Книга 2. Изд. 2-е, перераб. и дополнен. М.: «Сов. радио», 1975. 392 с.Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. В 3 книгах. Книга 2. Изд. 2-е, перераб. и дополнен. М.: «Сов. радио», 1975. 392 с.Киселев Л.В., Медведев А.В. Модели динамики и алгоритмы управления движением автономного подводного робота при траекторном обследовании аномальных физических полей // Подводные исследования и робототехника. 2011. №1 (11). С. 24–31.Киселев Л.В., Медведев А.В. Модели динамики и алгоритмы управления движением автономного подводного робота при траекторном обследовании аномальных физических полей // Подводные исследования и робототехника. 2011. №1 (11). С. 24–31.Михайлов Д.Н., Сенин Р.Н., Дубровин Ф.С., Борейко А.А., Стыркул Р.И., Храмов О.А. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для гидрографических исследований в Охотском море // Подводные исследования и робототехника. 2017. №2 (24). C. 4–13.Михайлов Д.Н., Сенин Р.Н., Дубровин Ф.С., Борейко А.А., Стыркул Р.И., Храмов О.А. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для гидрографических исследований в Охотском море // Подводные исследования и робототехника. 2017. №2 (24). C. 4–13.Коноплин А.Ю., Михайлов Д.Н., Щербатюк А.Ф. и др. Технология использования АНПА для исследования глубоководных экосистем Атлантического сектора Антарктики // Подводные исследования и робототехника. 2020. 2 (32). C. 13–21.Коноплин А.Ю., Михайлов Д.Н., Щербатюк А.Ф. и др. Технология использования АНПА для исследования глубоководных экосистем Атлантического сектора Антарктики // Подводные исследования и робототехника. 2020. 2 (32). C. 13–21.Степанов О.А. Методы оценки потенциальной точности в корреляционно-экстремальных навигационных системах. Санкт-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 1993. 85 с.Степанов О.А. Методы оценки потенциальной точности в корреляционно-экстремальных навигационных системах. Санкт-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 1993. 85 с.EvoLogics S2C M Mini Modems [Электронный ресурс]. URL: 17.08.2017. https://www.evologics.de/ en/products/acoustics/s2cm_series.html (дата обращения: 17.08.2017).EvoLogics S2C M Mini Modems [Электронный ресурс]. URL: 17.08.2017. https://www.evologics.de/ en/products/acoustics/s2cm_series.html (дата обращения: 17.08.2017).EvoLogics S2CR18/34 USBL Underwater Acoustic USBL System [Электронный ресурс]. URL: https://www.evologics.de/en/products/USBL/s2cr_18_34_usbl.html (дата обращения: 20.01.2021).EvoLogics S2CR18/34 USBL Underwater Acoustic USBL System [Электронный ресурс]. URL: https://www.evologics.de/en/products/USBL/s2cr_18_34_usbl.html (дата обращения: 20.01.2021).Applanix POS MV V5 – Position and Orientation System for Marine Vessels [Электронный ресурс]. URL: https://www.applanix.com/products/posmv.html (дата обращения: 20.01.2021).Applanix POS MV V5 – Position and Orientation System for Marine Vessels [Электронный ресурс]. URL: https://www.applanix.com/products/posmv.html (дата обращения: 20.01.2021).Parzen, E., On the estimation of a probability density function and mode, Annals of Mathematical Statistics, 1962, vol. 33, pp. 1065–1076.Parzen, E., On the estimation of a probability density function and mode, Annals of Mathematical Statistics, 1962, vol. 33, pp. 1065–1076.

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