Многоальтернативный алгоритм одномаяковой навигации автономного необитаемого подводного аппарата без априорных данных о его местоположении. Часть 1. Математическое описание
https://doi.org/10.17285/0869-7035.0035
Аннотация
Рассматривается задача позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) по измерениям дальности и, возможно, радиальной скорости относительно одного гидроакустического маяка, составляющим скорости и приращениям координат от инерциальной навигационной системы, а также данным относительного либо абсолютного лага. Допускаются перерывы в поступлении гидроакустических измерений. Наличия априорной информации о взаимном расположении АНПА и маяка не предполагается. Для решения задачи предлагается многоальтернативный алгоритм на основе банка обобщенных фильтров Калмана, которые независимо друг от друга оценивают начальную горизонтальную дальность и погрешности используемых данных при различных гипотезах о значении начального азимута АНПА относительно маяка. Текущие координаты АНПА определяются по результатам работы фильтров с учетом апостериорных вероятностей соответствующих им гипотез. Алгоритм достаточно прост для программирования и не требует чрезмерных вычислительных ресурсов.
Об авторе
Д. А. КошаевРоссия
Кошаев Дмитрий Анатольевич. Доктор технических наук, ведущий научный сотрудник. Действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением».
Список литературы
1. Scherbatyuk, A.P. The AUV positioning using ranges from one transponder LBL. Proceedings of OCEANS ‘95 MTS/IEEE, Oct. 9-12, 1995. San Diego, CA, USA. P. 1620–1623.
2. Paull, L., Saeedi, S., Seto M., Li H., AUV Navigation and Localization: A Review, IEEE Journal of oceanic engineering, 2014, vol. 39, no. 1, pp. 131–149.
3. Кебкал К.Г., Машошин А.И. Гидроакустические методы позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов // Гироскопия и навигация. 2016. №3. C. 115–130.
4. Борейко А.А., Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф. Современные подходы к организации навигационного обеспечения работы морских робототехнических комплексов // ИПМТ ДВО РАН. XIII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2019: Труды [Электронный ресурс] 17–20 июня 2019 г., Москва. С. 420–432.
5. Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф. Исследование некоторых алгоритмов одномаяковой мобильной навигации АНПА: результаты моделирования и морских испытаний // Гироскопия и навигация. 2015. №4. C. 160–172.
6. Webster, S.E., Eustice, R.M., Singh, H., Whitcomb, L.L., Advances in single-beacon one-way-traveltime acoustic navigation for underwater vehicles, The International Journal of Robotics Research, 2012, vol. 31, no. 8, pp. 935–950.
7. Машошин А.И. Исследование точности одномаяковой навигации автономных необитаемых подводных аппаратов // Подводные исследования и робототехника. 2017. №2. C. 20–27.
8. Ferreira, B., Matos, A., Cruz, N., Single Beacon Navigation: Localization and Control of the MARES AUV, Proceedings of OCEANS ‘10 MTS/IEEE, September 20–23, 2010. Seattle, WA, USA.
9. Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф. Некоторые алгоритмы определения неизвестного начального местоположения АНПА на основе информации от одномаяковой мобильной навигационной системы // Гироскопия и навигация. 2017. №1. C. 64–77.
10. Пелевин А.Е. Определение местоположения АНПА по информации о дальности и скорости ее изменения при одномаяковой навигации // Материалы XXXI конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н. Острякова, 2–4 октября 2018. Санкт-Петербург. С. 155–162.
11. Степанов О.А., Васильев В.А., Торопов А.Б., Лопарев А.В., Басин М.В. Сравнительный анализ алгоритмов фильтрации в задачах обработки навигационных измерений полиномиального типа // Материалы XXXI конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н. Острякова, 2-4 октября 2018. Санкт-Петербург. С. 146–154.
12. Stepanov, O.A., Vasiliev, V.A., Toropov, A.B., Loparev, A.V., Basin, М.V., Efficiency analysis of a filtering algorithm for discrete-time linear stochastic systems with polynomial measurements, Journal of the Franklin Institute, 2019, vol. 356, no. 10, pp. 5573–5591.
13. Palomeras, N., Ridao, P., Ribas, D., Vallicrosa, G., Autonomous I-AUV Docking for Fixed-base Manipulation, Proceedings of the 19th IFAC World Congress, Aug. 24–29, 2014. Cape Town, South Africa, pp. 12160–12165.
14. Vallicrosa, G., Ridao, P., Ribas, D., Palomer, A., Active Range-Only Beacon Localization for AUV Homing, Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Sep. 14–18, 2014. Chicago, IL, USA, pp. 2286–2291.
15. Vallicrosa, G.; Ridao, P. Sum of Gaussian single beacon range-only localization for AUV homing. Annual Reviews in Control. 2016. Vol. 42. P. 177–187.
16. Magill, D.T., Optimal Adaptive Estimation of Sampled Stochastic Processes, IEEE Transactions on Automatic Control, 1965, vol. 10, issue 4, pp. 434–439.
17. Bar-Shalom, Y., Li, X.R., Kirubarajan, T., Estimation with Applications to Tracking and Navigation, J. Wiley and Sons, 2001.
18. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. 3-е изд. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ Электроприбор, 2003.
19. Дмитриев С.П., Степанов О.А. Многоальтернативная фильтрация в задачах обработки навигационной информации // Радиотехника. 2004. № 7. C. 11–17.
20. Li, X.R., Jilkov, V.P., Survey of maneuvering target tracking. Part V. Multiple-model methods, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2005, vol. 41, no. 4, pp. 1255–1321.
21. Кошаев Д.А. Многоальтернативный метод обнаружения и оценки нарушений на основе расширенного фильтра Калмана // Автоматика и телемеханика. 2010. №5. С. 70–83.
22. Степанов О.А., Моторин А.В. Методы адаптивного оценивания в задачах обработки навигационной информации // XIII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2019: Труды [Электронный ресурс] 17-20 июня, 2019 г., Москва. С. 1359–1366.
23. Сиек Ю.Л., Борисов А.Н. Многомодельное оценивание вектора состояния автономного необитаемого подводного аппарата // Материалы Восьмой Всероссийской научно-технической конференции «Технические проблемы освоения мирового океана», 30 сентября – 3 октября 2019 г. Владивосток. С. 334–339.
24. Julier, S.J., Uhlmann, J.K., Unscented filtering and nonlinear estimation, Proceedings of the IEEE, 2004, vol. 92, no. 3, pp. 401–422.
25. Куликова М.В., Куликов Г.Ю. Численные методы нелинейной фильтрации для обработки сигналов и измерений // Вычислительные технологии. 2016. С. 64–98.
26. Ривкин С.С., Ивановский Р.И., Костров А.В. Статистическая оптимизация навигационных систем. Л.: Судостроение, 1976.
27. Doucet, A., Johansen, A., A Tutorial on Particle Filtering and Smoothing: Fifteen Years Later, The Oxford Handbook of Nonlinear Filtering / D. Crisan, B. Rozovsky. Oxford University Press, 2011, pp. 656–704.
Рецензия
Для цитирования:
Кошаев Д.А. Многоальтернативный алгоритм одномаяковой навигации автономного необитаемого подводного аппарата без априорных данных о его местоположении. Часть 1. Математическое описание. Гироскопия и навигация. 2020;28(2):109-130. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0035
For citation:
Koshaev D.A. Multiple Model Algorithm for Single-Beacon Navigation of Autonomous Underwater Vehicle without Its Apriori Position. Part 1. Mathematical Formulation. Giroskopiya i Navigatsiya. 2020;28(2):109-130. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0035
Послать статью по эл. почте 