gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2015.23.4.160-172gyroscopy-429Research ArticleСтатьиИсследование некоторых алгоритмов одномаяковой мобильной навигации АНПА: результаты моделирования и морских испытанийStudy of the algorithms for the single beacon mobile navigation of unmanned underwater vehicles: results of simulation and sea trialsДубровинФ. С.DubrovinF. S.

Дубровин Федор Сергеевич, кандидат технических наук, научный сотрудник. 

ЩербатюкА. Ф.ScherbatyukA. F.

Щербатюк Александр Федорович, член-корреспондент РАН, доктор технических наук, заведующий лабораторией.

Дальневосточный федеральный университет, лаборатория необитаемых подводных аппаратов и их систем (г. Владивосток).РоссияFar Eastern Federal University, VladivostokRussian FederationИнститут проблем морских технологий ДВО РАН, лаборатория навигации и обработки сенсорной информации, Дальневосточный федеральный университет, лаборатория необитаемых подводных аппаратов и их систем (г. Владивосток).РоссияFar Eastern Federal University, VladivostokRussian Federation201523122025234160172Copyright © Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф., 20252025Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф.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/429

Данная статья посвящена вопросу навигации автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) с помощью одного мобильного гидроакустического маяка, транспортируемого автономным необитаемым водным аппаратом (АНВА), движущимся по поверхности. Исследованы два алгоритма оценивания местоположения АНПА, использующие информацию о дальности до маяка и данные бортовой автономной навигационной системы. Первый алгоритм основан на применении расширенного фильтра Калмана, а второй использует фильтр частиц. Приведены данные моделирования работы рассмотренных алгоритмов и некоторые результаты морских испытаний с использованием морского робототехнического комплекса МАРК, содержащего АНПА и АНВА.

This paper is devoted to the navigation of an autonomous underwater vehicle (AUV) with a mobile hydroacoustic beacon, which is transported by an autonomous surface vehicle (ASV). Two algorithms for AUV position using information on the distance to a single mobile acoustical beacon and data from the onboard reckoning system were used. The first algorithm is based on the extended Kalman filter and the second one uses the particle filter. The simulation and the marine trial results of the considered algorithms operation using AUV and ASV are discussed.

Одномаяковая мобильная навигацияавтономный необитаемый подводный аппаратавтономный необитаемый водный аппаратмоделированиеморские испытания.Аutonomous surface and underwater vehiclessingle beacon navigationmobile hydroacoustic beaconReferencesАгеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В., Молоков Ю.Г., Никифоров В.В., Рылов Н.И. Автоматические подводные аппараты. - Л.: Судостроение, 1981. - 223 с.Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В., Молоков Ю.Г., Никифоров В.В., Рылов Н.И. Автоматические подводные аппараты. - Л.: Судостроение, 1981. - 223 с.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.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.Matos A., Cruz N. AUV Navigation and Guidance in a Moving Acoustic Network // Proc. of OCEANS’05 MTS/IEEE. Brest, France, 2005.Matos A., Cruz N. AUV Navigation and Guidance in a Moving Acoustic Network // Proc. of OCEANS’05 MTS/IEEE. Brest, France, 2005.Curcio J., Leonard J., Vaganay J., Patrikalakis A., Bahr A., Battle D., Schmidt H., Grund M. Experiments in Moving Baseline Navigation using Autonomous Surface Craft // Proc. of OCEANS’05 MTS/IEEE. Washington, USA, 2005.Curcio J., Leonard J., Vaganay J., Patrikalakis A., Bahr A., Battle D., Schmidt H., Grund M. Experiments in Moving Baseline Navigation using Autonomous Surface Craft // Proc. of OCEANS’05 MTS/IEEE. Washington, USA, 2005.Twiggs B., Kitts C., Ballou P. Self-Positioning Smart Buoys, The “Un-Buoy” Solution: Logistic Considerations using Autonomous Surface Craft Technology and Improved Communications Infrastructure // Proc. of OCEANS’06 MTS/IEEE. Boston, USA, 2006.Twiggs B., Kitts C., Ballou P. Self-Positioning Smart Buoys, The “Un-Buoy” Solution: Logistic Considerations using Autonomous Surface Craft Technology and Improved Communications Infrastructure // Proc. of OCEANS’06 MTS/IEEE. Boston, USA, 2006.Santos N., Matos A., Cruz N. Navigation of an Autonomous Underwater Vehicle in a Mobile Network // Proc. of OCEANS’08 MTS/IEEE. Quebec, Canada, 2008.Santos N., Matos A., Cruz N. Navigation of an Autonomous Underwater Vehicle in a Mobile Network // Proc. of OCEANS’08 MTS/IEEE. Quebec, Canada, 2008.Eustice R.M., Whitcomb L.L., Singh H., Grund M. Experimental Results in Synchronous-Clock One-Way-Travel-Time Acoustic Navigation for Autonomous Underwater Vehicles. // Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation. Rome, Italy, 2007.Eustice R.M., Whitcomb L.L., Singh H., Grund M. Experimental Results in Synchronous-Clock One-Way-Travel-Time Acoustic Navigation for Autonomous Underwater Vehicles. // Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation. Rome, Italy, 2007.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., 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.Ваулин Ю.В., Матвиенко Ю.В., Щербатюк А.Ф. Навигационное обеспечение автономного необитаемого подводного аппарата ММТ-3000 // XIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор, 2007. - C. 251-256.Ваулин Ю.В., Матвиенко Ю.В., Щербатюк А.Ф. Навигационное обеспечение автономного необитаемого подводного аппарата ММТ-3000 // XIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор, 2007. - C. 251-256.Hageh O.K. at al. Underwater Transponder Positioning and Navigation of Autonomous Underwater Vehicles // Proc. of OCEANS’09 MTS/IEEE, October 26-29. Biloxi, USA, 2009.Hageh O.K. at al. Underwater Transponder Positioning and Navigation of Autonomous Underwater Vehicles // Proc. of OCEANS’09 MTS/IEEE, October 26-29. Biloxi, USA, 2009.Webster S.E., Eustice R.M., Singh H., Whitcomb L.L. Preliminary Deep Water Results in Single Beacon One Way Travel Time Acoustic Navigation for Underwater Vehicles // Proc. of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2009, St. Louis, MO, 2009.Webster S.E., Eustice R.M., Singh H., Whitcomb L.L. Preliminary Deep Water Results in Single Beacon One Way Travel Time Acoustic Navigation for Underwater Vehicles // Proc. of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2009, St. Louis, MO, 2009.Ferreira B., Matos A., Cruz N. Single Beacon Navigation: Localization and Control of the MARES AUV // Proc. of OCEANS’10 MTS/IEEE, September 20-23. Seattle, USA, 2010.Ferreira B., Matos A., Cruz N. Single Beacon Navigation: Localization and Control of the MARES AUV // Proc. of OCEANS’10 MTS/IEEE, September 20-23. Seattle, USA, 2010.Webster S.E., Whitcomb L.L., Eustice R.M. Advances in Decentralized Single-Beacon Acoustic Navigation for Underwater Vehicles: Theory and Simulation // Proc. of IEEE/OES Autonomous Underwater Vehicles Conference. Monterey, CA, USA, 2010.Webster S.E., Whitcomb L.L., Eustice R.M. Advances in Decentralized Single-Beacon Acoustic Navigation for Underwater Vehicles: Theory and Simulation // Proc. of IEEE/OES Autonomous Underwater Vehicles Conference. Monterey, CA, USA, 2010.Jouffroy J., Reger J. An Algebraic Perspective to Single-Transponder Underwater Navigation // Proc. of IEEE 2006 Conference. Munich, Germany, 2006.Jouffroy J., Reger J. An Algebraic Perspective to Single-Transponder Underwater Navigation // Proc. of IEEE 2006 Conference. Munich, Germany, 2006.Morice C., Veres S. Geometric Bounding Techniques for Underwater Localisation using Range-Only Sensors // Systems and Control. 2010.Morice C., Veres S. Geometric Bounding Techniques for Underwater Localisation using Range-Only Sensors // Systems and Control. 2010.Scherbatyuk A.Ph. Algorithms of AUV MMT3000 Positioning Based on Use of Towed Acoustic Transducer // Proceedings of 15th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology (UUST07). August 19-22, 2007. Durham, New Hampshire, USA, 2007.Scherbatyuk A.Ph. Algorithms of AUV MMT3000 Positioning Based on Use of Towed Acoustic Transducer // Proceedings of 15th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology (UUST07). August 19-22, 2007. Durham, New Hampshire, USA, 2007.Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф. Исследование некоторых алгоритмов одномаяковой навигации АНПА // IV Всероссийская науч.-техн. Конференция «Технические проблемы освоения Мирового океана»: материалы докл. - Владивосток: Дальнаука, 2011. - С. 405-413.Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф. Исследование некоторых алгоритмов одномаяковой навигации АНПА // IV Всероссийская науч.-техн. Конференция «Технические проблемы освоения Мирового океана»: материалы докл. - Владивосток: Дальнаука, 2011. - С. 405-413.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, April 10-12, 2012, FEUP, Porto, Portugal.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, April 10-12, 2012, FEUP, Porto, Portugal.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). – C. 70-85.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). – C. 70-85.Okuma K., Taleghani A., Freitas N.D., Little J.J., Lowe D.G.. A boosted particle filter: Multitarget detection and tracking. Proc. ECCV, pp.28-39, 2004.Okuma K., Taleghani A., Freitas N.D., Little J.J., Lowe D.G.. A boosted particle filter: Multitarget detection and tracking. Proc. ECCV, pp.28-39, 2004.Arulampalam S., Maskell S., Gordon N., and Clapp T.. A tutorial on particle filters for on-line non-linear/non-Gaussian Bayesian tracking. IEEE Trans. Signal Processing, 50(2):174–188, February, 2002.Arulampalam S., Maskell S., Gordon N., and Clapp T.. A tutorial on particle filters for on-line non-linear/non-Gaussian Bayesian tracking. IEEE Trans. Signal Processing, 50(2):174–188, February, 2002.

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