gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»NZGTADgyroscopy-477Research ArticleСтатьиОб экономичном способе обеспечения навигации недорогих АНПА с использованием гидроакустической навигационной системы с короткой базой.A Cost-Effective Method of Navigation for Inexpensive UUVs Using a Short-Baseline Acoustic Positioning Systemhttps://orcid.org/0000-0002-7600-6711ЩербатюкА. Ф.ShcherbatyukA. F.

Щербатюк Александр Федорович. Член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник

Владивосток

Vladivostok

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАНРоссияInstitute of Automation and Control Processes, FEB RASRussian Federation202512022026334115128Copyright © Щербатюк А.Ф., 20262026Щербатюк А.Ф.Shcherbatyuk 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/477

В статье предложен экономичный способ навигационного обеспечения группы автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), на борту которых отсутствуют дорогостоящие системы точного времени и датчики абсолютной скорости. Подход базируется на применении гидроакустической навигационной системы (ГАНС) с короткой базой (КБ). Разработан метод позиционирования АНПА, предусматривающий оценку координат подводных аппаратов на основе модели их движения. Рассматривается вариант ГАНС с КБ, в котором блок обработки принятых сигналов для формирования измерений временных задержек на АНПА дополняется функцией измерения частоты принятого сигнала. Для него построен алгоритм оценивания местоположения на основе фильтра частиц, предназначенный для работы на борту каждого АНПА в режиме реального времени. Приведены описания предложенных алгоритмов и результаты компьютерного моделирования их работы.

The paper presents a cost-effective way to solve the problem of navigation support for a group of autonomous unmanned underwater vehicles (UUV) which do not have expensive accurate time systems and absolute speed sensors. The proposed method is based on the use of an acoustic positioning system (APS) with a short baseline. A method for determining the UUV location is proposed with the coordinates of underwater vehicles being estimated according to their motion model. A short-baseline version of the APS is presented, in which the received signal processing unit for generating the time delay measurements on the UUV additionally measures the received signal frequency. A location estimation algorithm based on a particle filter has been developed for this signal processing unit; it is designed to work on each UUV in real time. The descriptions of the proposed algorithms and the results of computer simulation of their operation are presented.

гидроакустическая навигационная система с короткой базойгрупповая навигацияавтономный необитаемый подводный аппарат.short-baseline acoustic positioning systemgroup navigationautonomous unmanned underwater vehicle.Исследование выполнено в рамках государственного задания ИАПУ ДВО РАН (разработка усовершенствованного алгоритма групповой навигации АНПА на основе ГАНС КБ) и за счет гранта Российского научного фонда № 23-61-10024, https://rscf.ru/project/23-61-10024/ (моделирование работы алгоритма на основе фильтра частиц).ReferencesВаулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф., Щербатюк Д.А. Разностно-дальномерная система навигации для обеспечения групповой работы морских робототехнических комплексов // Подводные исследования и робототехника. 2020. №2. С. 22–33.Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф., Щербатюк Д.А. Разностно-дальномерная система навигации для обеспечения групповой работы морских робототехнических комплексов // Подводные исследования и робототехника. 2020. №2. С. 22–33.Дубровин Ф.С., Родионов А.Ю., Щербатюк А.Ф. О повышении точности гидроакустической навигационной системы с короткой базой для обеспечения навигации группы АНПА // Материалы XХХI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб., 2024.Дубровин Ф.С., Родионов А.Ю., Щербатюк А.Ф. О повышении точности гидроакустической навигационной системы с короткой базой для обеспечения навигации группы АНПА // Материалы XХХI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб., 2024.Щербатюк А.Ф. О способе обеспечения навигации группы АНПА с использованием КБ ГАНС // Материалы XХХII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб., 2025.Щербатюк А.Ф. О способе обеспечения навигации группы АНПА с использованием КБ ГАНС // Материалы XХХII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб., 2025.Бородин В., Смирнов Г., Толстякова Н. и др. Гидроакустические навигационные средства. Л.: Судостроение, 1983. 263 с.Бородин В., Смирнов Г., Толстякова Н. и др. Гидроакустические навигационные средства. Л.: Судостроение, 1983. 263 с.Stergiopoulos, S., Urban, H., An Experimental Study in Forming a Long Synthetic Aperture at Sea, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1992, vol. 17, no. 1, р. 62.Stergiopoulos, S., Urban, H., An Experimental Study in Forming a Long Synthetic Aperture at Sea, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1992, vol. 17, no. 1, р. 62.Edelson, G., Sullivan, E., Limitations on the Overlap-Correlator Method Imposed by Noise and Signal Characteristics, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1992, vol. 17, no. 1, р. 30.Edelson, G., Sullivan, E., Limitations on the Overlap-Correlator Method Imposed by Noise and Signal Characteristics, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1992, vol. 17, no. 1, р. 30.Kim, S., Youn, D., Lee, C., Temporal Domain Processing for a Synthetic Aperture Array, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2002, vol. 27, no. 2, р. 322.Kim, S., Youn, D., Lee, C., Temporal Domain Processing for a Synthetic Aperture Array, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2002, vol. 27, no. 2, р. 322.Wang, Y., Gong, Z., Zhang, R., Phase correction in extended towed array method, J. Acoust. Soc. Am., 2017, 141, 3916.Wang, Y., Gong, Z., Zhang, R., Phase correction in extended towed array method, J. Acoust. Soc. Am., 2017, 141, 3916.Sullivan, E., Holmes J., Carey, W., Lynch, J., Broadband passive synthetic aperture: Experimental results, J. Acoust. Soc. Am., 2006, no. 4.Sullivan, E., Holmes J., Carey, W., Lynch, J., Broadband passive synthetic aperture: Experimental results, J. Acoust. Soc. Am., 2006, no. 4.Кpасовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория коppеляционно-экстpемальных навигационных систем. М.: Наука, 1979. 448 с.Кpасовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория коppеляционно-экстpемальных навигационных систем. М.: Наука, 1979. 448 с.Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб.: ГНЦ РФ – ЦНИИ «Электроприбор», 1998. 370 с.Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб.: ГНЦ РФ – ЦНИИ «Электроприбор», 1998. 370 с.Gustafsson, F., Gunnarsson, F., Bergman, N. et al., Particle filters for positioning, navigation, and tracking, IEEE Transactions on Signal Processing, 2002.Gustafsson, F., Gunnarsson, F., Bergman, N. et al., Particle filters for positioning, navigation, and tracking, IEEE Transactions on Signal Processing, 2002.Васильев В.А., Исаев А.М., Степанов О.А., Торопов А.Б. Методы Монте-Карло в задачах обработки измерительной информации с использованием процедур перевыборки // Известия РАН. Теория и системы управления. 2026. №1.Васильев В.А., Исаев А.М., Степанов О.А., Торопов А.Б. Методы Монте-Карло в задачах обработки измерительной информации с использованием процедур перевыборки // Известия РАН. Теория и системы управления. 2026. №1.Scherbatyuk, A., The AUV positioning using ranges from one transponder LBL, IEEE Proceedings of OCEANS ‘95 MTS, 1995, San Diego, CA, USA, pp. 1620–1623.Scherbatyuk, A., The AUV positioning using ranges from one transponder LBL, IEEE Proceedings of OCEANS ‘95 MTS, 1995, San Diego, CA, USA, pp. 1620–1623.

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