Оценка практически достижимой точности современных гидроакустических навигационных систем с ультракороткой измерительной базой для подводных роботов

Предложен метод построения гидроакустических навигационных систем с ультракороткой базой (ГАНС УКБ), и показана возможность их применения для навигационной поддержки подводных роботов. Представлены оценки используемых антенн и навигационных сигналов для определения их потенциальной точности. Отмечено, что высокая точность угловых измерений достижима в случае применения разреженных антенн. Описана математическая модель расчета случайной составляющей погрешности для различных многоэлементных антенн. Проанализированы источники систематических погрешностей, возникающих в реальных антеннах, и изложена методика градуировки точности ГАНС УКБ, основанная на точном измерении дальности, а также на данных бортовой навигационной системы подводного робота и судовых средств навигации. Приведен пример обработки реальных данных, полученных во время работы системы в глубоком море. Сделан вывод о возможности построения высокоточных ГАНС УКБ при применении круговых осесимметричных антенн с небольшим числом элементов и статистических методов обработки сигналов.

1. Romeo, J., Lester, G., Navigation is Key to AUV Missions, Sea Technology, 2001, vol. 42, no. 12, pp. 24–29.

2. Инзарцев А.В., Киселев Л.В., Костенко В.В., Матвиенко Ю.В., Павин А.М., Щербатюк А.Ф. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение. Владивосток: ФГБУН «Ин-т проблем морских технологий ДВО РАН», 2018. 368 с.

3. Kebkal, K.G.,Kebkal, O.G., Bannash, R., Yakovlev, S.G., Performance of Combined USBL Positioning and Communication System Using S2C Technology, Proceeding of the OCTANS 2012 IEEE Yeosu Conference and Exhibition, Korea, 2012.

4. Кебкал К.Г., Машошин А.И. Гидроакустические методы позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов // Гироскопия и навигация. 2016. № 3 (94). С. 115–130.

5. Матвиенко Ю.В., Ваулин Ю.В., Каморный А.В. Градуировка навигационных средств подводных роботов // Подводные исследования и робототехника. 2015. № 1(19).С. 16–23.

6. Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы: системы и технологии / под общ. ред. акад. М.Д. Агеева; отв. ред. Л.В. Киселев. Москва: Наука, 2005. 398 с.

7. Инзарцев А.В., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Навигационный комплекс автономного подводного робота и особенности его применения в условиях Арктики // Подводные исследования и робототехника. 2008. № 1(5). С. 24–31.

8. Inzartsev, A.V., Kiseljev, L.V., Matviyenko, Yu.V. et al., Integrated Positioning System of Autonomous Underwater Robot and Its Application in High Latitudes of Arctic Zone, Gyroscopy and Navigation, 2010, vol. 1, no. 2, pp. 107–112.

9. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. Л.: Судостроение, 1989. 316 с.

10. Watson, M., Loggins, C., and Ochi, Y.T., A New High Accuracy Super Short Base Line (SSBL) System, Underwater Technology, Tokyo, Japan, 1998, pp. 210–215.

11. Zielinski, A., Zhou, L., Precision acoustic navigation for remotely operated vehicles (ROV), Gdansk, PolskieTowarzystwoAkustyczne, Hydroacoustics, 2005, vol. 8, pp. 255–264.

12. URL: https://www.sonardyne.com/products/ranger-2-subsea-positioning-usbl/ (дата обращения 12.04.2023).

13. Posidonia 6000. Underwater acoustic positioning system. URL: www.ixsea-oceano.com (дата обращения 10.02.2023).

14. Системы подводного позиционирования USBL. URL: https://evologics.de/usbl (дата обращения 10.02.2023).

15. www.kongsberg.com/ru/maritime/products/Acoustics-Positioning-and-Communication (дата обращения 08.12.2022).

16. Luo Q, Yan X, Ju C, Chen Y, Luo Z. An Ultra-Short Baseline Underwater Positioning System with Kalman Filtering. Sensors (Basel). 2020 Dec 28;21(1):143, doi: 10.3390/s21010143. PMID: 33379311; PMCID: PMC7796008.

17. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь, 1981. 416 с.

18. Матвиенко Ю.В. Навигация подводного робота. Гидроакустические системы с ультракороткой базой. Саарбрюкен, 2013. 199 с.

19. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И., Нургалиев Р.Ф., Рылов Р.Н., Касаткин Б.А. Пеленгатор гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой. Патент РФ №2179730. Бюл. изобр. №5, 2002.

20. Douglas, B. and Pietsch, R., Optimal Beamforming Techniques for Imperfectly Calibrated Arrays, Proceeding of Ocean – 96.