gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2017.25.1.064-077gyroscopy-303Research ArticleСтатьиНекоторые алгоритмы определения неизвестного начального местоположения АНПА на основе информации от одномаяковой мобильной навигационной системыAlgorithms for Determining AUV Initial Unknown Position based on Data from Single-Beacon Mobile Navigation SystemВаулинЮ. В.VaulinYu. V.

Ваулин Юрий Валентинович. Кандидат технических наук, и.о. заведующего лабораторией систем навигации и обработки сенсорной информации

ДубровинФ. С.DubrovinF. S.

Дубровин Федор Сергеевич. Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории систем навигации и обработки сенсорной информации

ЩербатюкА. Ф.ScherbatyukA. F.

Щербатюк Александр Федорович. Член-корреспондент РАН, доктор технических наук, директор ФГБУН «Институт проблем морских технологий» ДВО РАН, заведующий лабораторией необитаемых подводных аппаратов и их систем Дальневосточного федерального университета.

ФГБУН «Институт проблем морских технологий» ДВО РАН (г. Владивосток).РоссияInstitute of Marine Technology Problems (IMTP) FEB RAS, VladivostokRussian FederationФГБУН «Институт проблем морских технологий» ДВО РАН (г. Владивосток); Дальневосточный федеральный университет.РоссияInstitute of Marine Technology Problems (IMTP) FEB RAS, VladivostokRussian Federation2017251120252516477Copyright © Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф., 20252025Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф.Vaulin Y.V., Dubrovin F.S., Scherbatyuk A.F.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/303

Рассмотрена задача определения неизвестного начального местоположения автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) на основе информации о дальности до одного мобильного гидроакустического маяка (МГМ), который транспортируется автономным необитаемым водным аппаратом (АНВА). Описаны три алгоритма решения поставленной задачи. Приведены некоторые результаты работы алгоритмов, полученные в процессе морских испытаний с использованием морского автономного робототехнического комплекса (МАРК), включающего АНПА и АНВА.

The paper considers the problem of initial unknown position determination of autonomous underwater vehicle (AUV) based on range to a single mobile sonar bea con transported by an autonomous surface vehicle. After diving the AUV is fixed over the bottom. Three algorithms are considered. Some performance results are given obtained in sea trials using marine autonomous robotic complex (MARC) including AUV and surface vehicle.

Автономные необитаемые подводный и водный аппаратыодномаяковая навигациямобильный гидроакустический маяк.Аutonomous underwater and surface vehiclessingle-beacon navigationmobile sonar beacon.ReferencesАгеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В. и др. Автоматические подводные аппараты. Л.: Судостроение, 1981. 223 с.Ageev M.D., Kasatkin B.A., Kiselev L.V. et al. Avtomaticheskie podvodnye apparaty (Autonomous underwater vehicles). Leningrad: Sudostroenie, 1981.Агеев М.Д., Золотарев В.В., Инзарцев А.В., Касаткин Б.А., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Щербатюк А.Ф. Автономные подводные роботы. Системы и технологии. М.: Наука, 2005. 400 с.Ageev M.D., Kiselev L.V., Matvienko Yu.V. et al. Avtonomnye podvodnye roboty. Sistemy i tekhnologii (Autonomous Underwater Robots. Systems and Technologies). Ageev M.D., Ed. Moscow: Nauka, 2005.Fallon M., Papadopoulos G., Leonard J., Patrikalakis J. Cooperative AUV Navigation using a Single Maneuvering Surface Craft. Journal of Robotics Research. 2010. 29(12). P. 1461–1474.Fallon M., Papadopoulos G., Leonard J., and Patrikalakis J. Cooperative AUV navigation using a single maneuvering surface craft. Journal of Robotics Research. 2010. 29 (12). P. 1461–1474.Eustice R.M., Singh H., Whitcomb L.L. Synchronous-Clock One-Way-Travel-Time Acoustic Navigation for Underwater Vehicles. Field Robotics. Special Issue on State of the Art in Maritime Autonomous Surface and Underwater Vehicles. 2011.Eustice R.M., Singh H., and Whitcomb L.L. Synchronous-clock one-way-travel-time acoustic navigation for underwater vehicles. Field Robotics. Special Issue on State of the Art in Maritime Autonomous Surface and Underwater Vehicles. 2011.Matsuda T., Maki T., Sakamaki T. Ura T. Large area navigation method of multiple AUVs based on mutual measurements. Proc. of the OCEANS 2011 MTS/IEEE Conference. 2011. Kona, USA.Matsuda T., Maki T., Sakamaki T., and Ura T. Large area navigation method of multiple AUVs based on mutual measurements. Proc. of the OCEANS 2011 MTS/IEEE Conference. 2011. Kona, USA.Teck T., Chatre M. Single Beacon Cooperative Path Planning Using Cross-Entropy Method. Proc. of the OCEANS 2011 MTS/IEEE Conference. 2011. Kona, USA.Teck T. and Chatre M. Single beacon cooperative path planning using cross-entropy method. Proc. of the OCEANS 2011 MTS/IEEE Conference. 2011. Kona, USA.Bahr А., Leonard J., Martinoli A. Dynamic Positioning of Beacon Vehicles for Cooperative Underwater Navigation. IEEE/RSJ Intl. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). Algarve, Portugal, 2012.Bahr А., Leonard J., and Martinoli A. Dynamic positioning of beacon vehicles for cooperative underwater navigation. IEEE/RSJ Intl. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). Algarve, Portugal, 2012.Кебкал К.Г., Кебкал А.Г., Кебкал В.К. Инструментальные средства синхронизации гидроакустических устройств связи в задачах управления подводными сенсорами, распределенными антеннами, автономными аппаратами // Гироскопия и навигация. 2014. № 2 (85). С. 70–85.Kebkal K.G., Kebkal A.G., and Kebkal V.K. Synchronization tools of acoustic communication devices in control of underwater sensors, distributed antennas, and autonomous underwater vehicles. Gyroscopy and Navigation. 2014. Vol. 5. No. 4. P. 257–265.Almeida R., Melo R., Cruz N. Characterization of Measurement Errors in a LBL Positioning System. Proceedings of the OCEANS 2016 MTS/IEEE Conference. Shanghai, China. ISBN: 978-1-4673-7164-3.Almeida R., Melo R., and Cruz N. Characterization of measurement errors in a LBL positioning system. Proceedings of the OCEANS 2016 MTS/IEEE Conference. Shanghai, China. ISBN: 978-1-4673-7164-3.Scherbatyuk A.Ph., Dubrovin F.S. Some Algorithms of AUV Positioning Based on One Moving Beacon. Proceedings of the IFAC Workshop Navigation, Guidance and Control of Underwater Vehicles. Porto, Portugal, 2012.Scherbatyuk A.Ph. and Dubrovin F.S. Some algorithms of AUV positioning based on one moving beacon. Proceedings of the IFAC Workshop Navigation, Guidance and Control of Underwater Vehicles. Porto, Portugal, 2012.Scherbatyuk A.Ph., Dubrovin F.S., Sergeenko N.S. Some Algorithms of Cooperative AUV Navigation with Mobile Surface Beacon. Proceedings of the OCEANS 2013 MTS/IEEE Conference, September 23–27, 2013. San Diego, USA. ISBN CD-ROM: 978-0-933957-40-4.Scherbatyuk A.Ph., Dubrovin F.S., and Sergeenko N.S. Some algorithms of cooperative AUV navigation with mobile surface beacon. Proceedings of the OCEANS 2013 MTS/IEEE Conference, September 23-27, 2013. San Diego, USA. ISBN CD-ROM: 978-0-933957-40-4.Scherbatyuk A.Ph., Dubrovin F.S. About Accuracy Estimation of AUV Single-Beacon Mobile Navigation Using ASV, Equipped with DGPS. Proceedings of the OCEANS 2016 MTS/IEEE Conference. Shanghai, China. ISBN: 978-1-4673-7164-3.Scherbatyuk A.Ph. and Dubrovin F.S. About accuracy estimation of AUV single-beacon mobile navigation using ASV equipped with DGPS. Proceedings of the OCEANS 2016 MTS/IEEE Conference. Shanghai, China. ISBN: 978-1-4673-7164-3.Scherbatyuk A.Ph., Dubrovin F.S., Rodionov A.Yu., Unru P.P. Group Navigation and Control for Marine Autonomous Robotic Complex Based on Hydroacoustic Communication. Proceedings of the IROS 2016 IEEE/RSJ Conference. October 9–14, 2016. Daejeon, Korea.Scherbatyuk A.Ph., Dubrovin F.S., Rodionov A.Yu., and Unru P.P. Group navigation and control for marine autonomous robotic complex based on hydroacoustic communication. Proceedings of the IROS 2016 IEEE/RSJ Conference, October 9-14, 2016. Daejeon, Korea.Щербатюк А.Ф., Дубровин Ф.С. Исследование некоторых алгоритмов одномаяковой мобильной навигации АНПА: результаты моделирования и морских испытаний // Гироскопия и навигация. 2015. № 4. С. 47–52.Scherbatyuk A.Ph. and Dubrovin F.S. Studying some algorithms for AUV navigation using a single beacon: The results of simulation and sea trials. Gyroscopy and Navigation. 2016. Vol. 7. No. 2. P. 189–197.Щербатюк А.Ф., Дубровин Ф.С. О методе оценивания точности работы одномаяковой мобильной навигационной системы подводного аппарата с помощью водного аппарата, оснащенного DGPS // Подводные исследования и робототехника. № 1. 2016. С. 31–40.Scherbatyuk A.Ph. and Dubrovin F.S. Method of estimating the accuracy of single-beacon mobile navigation system of an underwater vehicle using a vehicle equipped with DGPS. Podvodnye issledovaniya i robototekhnika. 2016. No. 1. P. 31–40.Boreyko A.A., Moun S.A., Scherbatyuk A.Ph. Precise UUV positioning based on images processing for underwater construction inspection. Proc. of PACOMS’08, November 10-13. Bangkok, Thailand, 2008.Boreyko A.A., Moun S.A., and Scherbatyuk A.Ph. Precise UUV positioning based on images processing for underwater construction inspection. Proc. of PACOMS’08, November 10–13. Bangkok, Thailand, 2008.Борейко А.А., Воронцов А.В., Кушнерик А.А., Щербатюк А.Ф. Алгоритмы обработки видео изображений для решения некоторых задач управления и навигации автономных необитаемых подводных аппаратов // Подводные исследования и робототехника. 2010. № 1. С. 29–39.Boreyko A.A., Vorontsov A.V., Kushnerik A.A., and Scherbatyuk A.Ph. Video processing algorithms to solve some problems of navigation and control of autonomous underwater vehicles. Podvodnye issledovaniya i robototekhnika. 2010. No. 1. P. 29–39.Щербатюк А.Ф., Гой В.А., Дубровин Ф.С., Кушнерик А.А., Михайлов Д.Н., Сергеенко Н.С., Туфанов И.Е. Морской робототехнический комплекс, включающий автономные необитаемые подводный и водный аппараты // Мехатроника, автоматизация, управление.2014. № 3. С. 67–72.Scherbatyuk A.Ph., Goi V.A., Dubrovin F.S., Kushnerik A.A., Mikhailov D.N., Sergeenko N.S., and Tufanov I.E. Marine robotic complex including autonomous underwater and surface vehicles. Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie. 2014. No. 3. P. 67–72.Inzartsev A.V., Pavin A.M., Eliseenko G., Lebedko O., and Panin M. A Reconfigurable Webbased Simulation Environment for AUV. Proceedings of the OCEANS 2015 MTS/IEEE Conference, October 19–22. Washington, USA, 2015.Inzartsev A.V., Pavin A.M., Eliseenko G., Lebedko O., and Panin M.A. Reconfigurable Webbased simulation environment for AUV. Proceedings of the OCEANS 2015 MTS/IEEE Conference, October 19-22. Washington, USA, 2015.Melman S., Bobkov V., Inzartsev A., and Pavin A. Distributed Simulation Framework for Investigation of Autonomous Underwater Vehicles' Real-Time Behavior. Proceedings of the OCEANS 2015 MTS/IEEE Conference, October 19–22. Washington, USA, 2015.Melman S., Bobkov V., Inzartsev A., and Pavin A. Distributed simulation framework for investigation of autonomous underwater vehicles' real-time behavior. Proceedings of the OCEANS 2015 MTS/IEEE Conference, October 19-22. Washington, USA, 2015.Касаткин Б.А., Косарев Г.В. Использование траверсного метода для определения абсолютных координат маяков-ответчиков // Морские технологии. 1998. Вып. 2. С. 65–69.Kasatkin B.A. and Kosarev G.V. Using traverse method to determine the absolute coordinates of responder beacons. Morskie tekhnologii (Marine Technologies). No. 2. Vladovostok: Dal’nauka, 1998. P. 65–69.Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Рылов Р.Н., Каморный А.В. Гидроакустическая навигационная система подводного робота без опорных навигационных маяков // Подводные исследования и робототехника. 2009. № 1. С. 15–21.Matvienko Yu.V., Rylov N.I., Rylov R.N., and Kamornyi A.V. Hydroacoustic navigation system of an underwater robot without reference navigation beacons. Podvodnye issledovaniya i robototekhnika. 2009. No. 1. P. 15–21.Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Рылов Р.Н. Способ определения горизонтальных координат неподвижного подводного источника гидроакустических навигационных сигналов: Пат. 2378663 Российская Федерация, МПК G01S 15/06. № 2008123343/28; заявл. 09.06.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1.Matvienko Yu.V., Rylov N.I., Rylov R.N. A method to determine horizontal coordinates of stationary underwater source of hydroacoustic navigation signals: patent 2378663 Russian Federation.

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