A Cost-Effective Method of Navigation for Inexpensive UUVs Using a Short-Baseline Acoustic Positioning System
EDN: NZGTAD
Abstract
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.
About the Author
A. F. Shcherbatyuk
Institute of Automation and Control Processes, FEB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Vladivostok
References
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Бородин В., Смирнов Г., Толстякова Н. и др. Гидроакустические навигационные средства. Л.: Судостроение, 1983. 263 с.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. Wang, Y., Gong, Z., Zhang, R., Phase correction in extended towed array method, J. Acoust. Soc. Am., 2017, 141, 3916.
9. Sullivan, E., Holmes J., Carey, W., Lynch, J., Broadband passive synthetic aperture: Experimental results, J. Acoust. Soc. Am., 2006, no. 4.
10. Кpасовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория коppеляционно-экстpемальных навигационных систем. М.: Наука, 1979. 448 с.
11. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб.: ГНЦ РФ – ЦНИИ «Электроприбор», 1998. 370 с.
12. Gustafsson, F., Gunnarsson, F., Bergman, N. et al., Particle filters for positioning, navigation, and tracking, IEEE Transactions on Signal Processing, 2002.
13. 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.
14. 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.
Review
For citations:
Shcherbatyuk A.F. A Cost-Effective Method of Navigation for Inexpensive UUVs Using a Short-Baseline Acoustic Positioning System. Giroskopiya i Navigatsiya. 2025;33(4):115-128. (In Russ.) EDN: NZGTAD
Views:
104
JATS XML
Email this article 