RU2444041C1 - System for simulated and physico-mathematical modelling of manoeuvre processes of autonomous underwater vehicles with onboard hydroacoustic equipment for direction onto underwater objects - Google Patents
System for simulated and physico-mathematical modelling of manoeuvre processes of autonomous underwater vehicles with onboard hydroacoustic equipment for direction onto underwater objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444041C1 RU2444041C1 RU2010134478/08A RU2010134478A RU2444041C1 RU 2444041 C1 RU2444041 C1 RU 2444041C1 RU 2010134478/08 A RU2010134478/08 A RU 2010134478/08A RU 2010134478 A RU2010134478 A RU 2010134478A RU 2444041 C1 RU2444041 C1 RU 2444041C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- apa
- module
- input
- real
- hydroacoustic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области морской техники и может быть использовано в качестве средства для оптимизации технических характеристик и алгоритмов функционирования автономных подводных аппаратов (АПА), проверки и отработки связей между бортовыми системами АПА, оценки точности и устойчивости процессов управления движением и наведения АПА на подводные технические объекты.The invention relates to the field of marine engineering and can be used as a means to optimize the technical characteristics and functioning algorithms of autonomous underwater vehicles (APA), verify and test the connections between onboard APA systems, assess the accuracy and stability of traffic control processes and guide APA to underwater technical objects .
Известны комплексы моделирования гидроакустической аппаратуры подводных аппаратов с дорогостоящими гидробассейнами, специально оборудованными решеткой управляемых излучателей гидроакустических сигналов, воздействующих на погруженное в него антенное устройство АПА (см. Вертешев С.М., Лехин С.Н. Полунатурное моделирование гидроакустических сигналов на основе конструктивных и канонических моделей. Труды VIII Международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», изд. Наука, 2006 г., с.446-449; Колосов К.В. О полунатурном моделировании дальнего поля. Сборник докладов научно-технической конференции по проблемам гидроакустики, изд. ЦАГИ, Москва, 2001 г., с.54-57).There are well-known modeling complexes for hydroacoustic equipment of underwater vehicles with expensive hydro-pools specially equipped with a grating of controlled emitters of hydroacoustic signals acting on an APA antenna device immersed in it (see Verteshev S.M., Lekhin S.N. Semicature modeling of hydroacoustic signals based on constructive and canonical Models. Proceedings of the VIII International Conference "Applied Technologies of Hydroacoustics and Hydrophysics", ed. Nauka, 2006, p. 466-449; Kolosov K.V. m far field simulation. Proceedings of the Scientific-Technical Conference on underwater acoustics problems, ed. TsAGI, Moscow, 2001, s.54-57).
Практически неразрешимой проблемой таких комплексов моделирования является невозможность полностью исключить помеху от переотражения сигналов от дна и стенок бассейна и водной поверхности.The practically insoluble problem of such modeling complexes is the inability to completely eliminate the interference from re-reflection of signals from the bottom and walls of the pool and water surface.
Известен способ построения безбассейнового комплексов полунатурного моделирования гидроакустических сигналов, при котором сигналы излучающей решетки, используемой в бассейновом варианте, преобразуются с помощью электронного имитатора в сигналы, поступающие непосредственно на вход приемной части гидроакустической аппаратуры (см. Вертешев С.М., Лехин С.Н. Вопросы построения безбассейновых комплексов полунатурного моделирования гидроакустических сигналов. Труды IX Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», изд. Наука, СПб, 2008 г., с.649-655).There is a method of constructing a basin-free complexes of semi-natural modeling of hydroacoustic signals, in which the signals of the emitting lattice used in the basin version are converted using an electronic simulator into signals arriving directly to the input of the receiving part of hydroacoustic equipment (see Verteshev S.M., Lekhin S.N. Issues of construction of basin-free complexes for semi-natural modeling of hydroacoustic signals, Proceedings of the IX All-Russian Conference "Applied Hydroacoustic Technologies and Guides" physicists ”, ed. Nauka, St. Petersburg, 2008, p. 649-655).
Такие комплексы моделирования имеют ограниченное применение для отработки выделенной из состава АПА гидроакустической аппаратуры в статических режимах и не позволяют проводить комплексное моделирование динамики процессов управления и пространственного наведения с реальными приборами управления АПА.Such modeling complexes are of limited use for testing the hydroacoustic equipment extracted from the APA in static modes and do not allow complex modeling of the dynamics of control processes and spatial guidance with real APA control devices.
Моделирование динамики процессов пространственного маневрирования АПА с реальными приборами управления возможно с помощью специальных электрогидравлических стендов, обеспечивающих угловое перемещение установленных на них приборов управления АПА и воздействие на них линейных ускорений. Финансовые затраты на создание таких стендов с приемлемыми частотными характеристиками и достаточной грузоподъемностью огромны.Modeling the dynamics of APA’s spatial maneuvering processes with real control devices is possible with the help of special electro-hydraulic stands providing angular movement of APA control devices installed on them and the effect of linear accelerations on them. The financial costs of creating such stands with acceptable frequency characteristics and sufficient carrying capacity are huge.
Близким аналогом заявляемого комплекса моделирования по перечню решаемых задач и технологии моделирования является комплекс моделирования, созданный специалистами департамента кораблестроения и вооружения ВМС Франции (см. А.Валентинов. Моделирование ССН торпед ВМС Франции // «Зарубежное военное обозрение», №5, 1995 г., с.75-76).A close analogue of the claimed modeling complex according to the list of tasks and modeling technology is a modeling complex created by specialists of the Department of Shipbuilding and Armament of the French Navy (see A. Valentinov. Simulation of torpedo systems of the French Navy // Foreign Military Review, No. 5, 1995 , p. 75-76).
Прототип позволяет выполнять цифровое (имитационное) моделирование динамики процессов управления и наведения с использованием математических моделей реальной аппаратуры и приборов управления и гибридное (физико-математическое) моделирование с включением в состав комплекса реальных гидроакустической аппаратуры и приборов управления.The prototype allows you to perform digital (simulation) modeling of the dynamics of control and guidance processes using mathematical models of real equipment and control devices and a hybrid (physico-mathematical) simulation with the inclusion of real sonar equipment and control devices in the complex.
Задачей изобретения является создание безбассейнового комплекса аппаратно-программных средств моделирования динамики процессов функционирования АПА с гидроакустической аппаратурой при поиске подводных объектов и наведения на них с различных дистанций обнаружения в любых гидролого-акустических условиях применения АПА.The objective of the invention is the creation of a pool-free complex of hardware and software for modeling the dynamics of APA functioning processes with hydroacoustic equipment when searching for underwater objects and pointing at them from different detection distances in any hydrological-acoustic conditions of APA application.
Исключение из состава комплекса моделирования гидробассейна, оборудованного решеткой управляемых излучателей гидроакустических сигналов и погруженной в него антенной АПА, достигается подачей суммарного гидроакустического сигнала в реальном времени непосредственно на вход приемной части гидроакустической аппаратуры АПА. Для этого в состав аппаратно-программных средств комплекса моделирования дополнительно включены компьютерные модули: модуль преобразования гидроакустических сигналов и помех в точке приема антенными устройствами АПА и модуль синтеза в реальном времени сигналов и помех на входе приемной части гидроакустической аппаратуры АПА (при физико-математическом моделировании) или на входе ее компьютерной модели (при имитационном моделировании).An exception to the composition of the modeling complex of a hydro-basin equipped with a grating of controlled emitters of hydroacoustic signals and an APA antenna immersed in it is achieved by applying a total hydroacoustic signal in real time directly to the input of the receiving part of the APA hydroacoustic equipment. For this purpose, computer modules are additionally included in the hardware and software of the modeling complex: a module for converting hydroacoustic signals and interference at the point of reception by the APA antenna devices and a module for real-time synthesis of signals and interference at the input of the receiving part of the APA hydroacoustic equipment (for physical and mathematical modeling) or at the input of its computer model (for simulation).
Возможность моделирования динамики пространственного процесса наведения АПА на подводный объект с реальными приборами управления без использования сложных и дорогостоящих стендов, обеспечивающих угловое перемещение установленных на них приборов управления АПА и воздействие на них линейных ускорений, достигается включением в состав аппаратно-программных средств заявляемого комплекса моделирования АПА электронного имитатора блока датчиков угловых скоростей и ускорений приборов управления АПА.The ability to simulate the dynamics of the spatial process of pointing the APA to an underwater object with real control devices without using complex and expensive stands that provide angular movement of the APA control devices installed on them and the effect of linear accelerations on them is achieved by incorporating the electronic modeling complex of the claimed APA modeling complex simulator of the block of sensors of angular velocities and accelerations of APA control devices.
На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого комплекса моделирования. На схеме показаны:Figure 1 shows the structural diagram of the inventive modeling complex. The diagram shows:
- модуль расчета взаимоположения АПА и подводных объектов 1;- module for calculating the relative position of APA and underwater objects 1;
- модуль расчета гидроакустических сигналов и помех в точке приема 2;- a module for calculating sonar signals and interference at reception point 2;
- модуль преобразования гидроакустических сигналов и помех антенными устройствами АПА 3;- a module for converting sonar signals and interference by APA 3 antenna devices;
- модуль синтеза в реальном времени сигналов и помех на входе приемной части гидроакустической аппаратуры АПА 4;- a module for real-time synthesis of signals and interference at the input of the receiving part of the APA 4 sonar equipment;
- приемная часть реальной гидроакустической аппаратуры АПА (или ее компьютерная модель) 5;- the receiving part of the real hydroacoustic equipment APA (or its computer model) 5;
- модуль динамики движения АПА 6;- APA 6 motion dynamics module;
- имитатор блока датчиков угловых скоростей и ускорений приборов управления движением АПА 7;- simulator of the block of sensors for angular velocities and accelerations of the APA 7 motion control devices;
- реальные приборы управления движением АПА (или их компьютерная модель) 8;- real APA motion control devices (or their computer model) 8;
- модуль компьютерных моделей рулевых машин АПА 9;- APA 9 steering machine computer models module;
На фиг.1 показано соединение входов и выходов модулей и устройств комплекса моделирования.Figure 1 shows the connection of the inputs and outputs of the modules and devices of the modeling complex.
Заявляемый комплекс моделирования функционирует следующим образом. Перед пуском на первый вход модуля расчета взаимоположения АПА и подводных объектов 1 в качестве начальных условий вводятся начальные координаты АПА и объектов поиска, а на первый вход модуля расчета гидроакустических сигналов и помех в точке приема 2 в качестве начальных условий вводятся гидролого-акустические характеристики района применения АПА. Значения изменяющихся в процессе движения координат АПА рассчитываются в модуле динамики движения АПА 6 и с первого выхода модуля 6 поступают на второй вход модуля расчета взаимоположения АПА и подводных объектов 1. С выхода модуля 1 относительные координаты АПА и подводных объектов и их положение относительно границ раздела сред (поверхности, дна) поступают на второй вход модуля расчета гидроакустических сигналов и помех в точке приема 2. Результаты расчета характеристик сигналов и помех в каждом цикле излучения-приема в цифровой форме с выхода модуля 2 поступают на вход модуля преобразования гидроакустических сигналов и помех антенными устройствами АПА 3, с выхода которого также в цифровой форме поступают на вход модуля синтеза в реальном времени сигналов и помех на входе приемной части гидроакустической аппаратуры АПА 4. Синтезированный в модуле 4 суммарный сигнал в виде цифрового спектра преобразуется в аналоговый сигнал реального времени и поступает на вход приемной части реальной гидроакустической аппаратуры АПА (или ее компьютерной модели) 5. Команды управления движением АПА в соответствии с заданными алгоритмами функционирования с выхода реальной гидроакустической аппаратуры 5 поступают на второй вход реальных приборов управления 8 по штатной схеме моделируемого образца АПА. Выработанные приборами управления рулевые команды с выхода приборов управления 8 поступают на вход модуля компьютерных моделей рулевых машин АПА 9. Значения отклонений рулей с модуля 9 поступают на вход модуля динамики движения АПА 6 и изменяют угловые координаты АПА и сигнально-помеховую ситуацию в процессе функционирования АПА. Со второго выхода модуля 6 на вход имитатора блока датчиков угловых скоростей и ускорений приборов управления движением АПА 7 поступают текущие значения составляющих угловых скоростей и ускорений АПА, которые преобразуются в электрические сигналы, полностью идентичные сигналам, снимаемым с реальных датчиков приборов управления моделируемого образца АПА, и с выхода имитатора 7 поступают на первый вход реальных приборов управления (на электронные сумматоры). С помощью имитатора 7 исключается необходимость применения при моделировании динамики движения АПА сложных и дорогостоящих динамических стендов.The inventive modeling complex operates as follows. Before starting at the first input of the module for calculating the relationship between the APA and underwater objects 1, the initial coordinates of the APA and the objects to be searched are entered as initial conditions, and the hydrological-acoustic characteristics of the application area are introduced as the initial conditions at the first input of the module for calculating hydroacoustic signals and interference at reception point 2 APA. The values of the APA coordinates changing during the movement of the APA coordinates are calculated in the APA 6 motion dynamics module and from the first output of module 6 go to the second input of the module for calculating the relationship between the APA and underwater objects 1. From the output of module 1, the relative coordinates of the APA and underwater objects and their position relative to the interface (surface, bottom) are fed to the second input of the module for calculating hydroacoustic signals and interference at the receiving point 2. The results of calculating the characteristics of signals and interference in each cycle of radiation-reception in digital form with the outputs of module 2 are fed to the input of the module for converting hydroacoustic signals and interference by APA 3 antenna devices, the output of which is also digitally fed to the input of the module for real-time synthesis of signals and noise at the input of the receiving part of the hydroacoustic equipment APA 4. The total signal synthesized in module 4 in the form of a digital spectrum, it is converted into an analog real-time signal and fed to the input of the receiving part of the APA real hydroacoustic equipment (or its computer model) 5. Control commands zheniem APA in accordance with predetermined algorithms of operation of the output of real sonar apparatus 5 provided to a second input of the real control device 8 to sample standard scheme modeled APA. The steering commands generated by the control devices from the output of the control devices 8 go to the input of the APA steering computer models module 9. The rudder deviations from the module 9 go to the input of the APA 6 motion dynamics module and change the angular coordinates of the APA and the signal-noise situation during the operation of the APA. From the second output of module 6, the current values of the components of the angular velocities and accelerations of the APA 7 are transmitted to the input of the simulator of the block of sensors of angular velocities and accelerations of the APA 7, which are converted into electrical signals that are completely identical to the signals taken from real sensors of the control devices of the simulated APA model, and from the output of the simulator 7 go to the first input of real control devices (electronic adders). Using simulator 7, the need to use complex and expensive dynamic stands when modeling the dynamics of APA motion is eliminated.
Совокупность описываемых признаков позволяет создать мощный инструмент для исследования и отработки алгоритмов функционирования бортовой аппаратуры и приборов управления разрабатываемых образцов АПА. Отказ от строительства гидробассейна для погружения в него гидроакустической аппаратуры и исключение из процесса моделирования дорогостоящего динамического стенда для установки приборов управления при одновременном исключении погрешностей, связанных с переотражением гидроакустических сигналов в бассейне и неидеальностью частотных характеристик динамических стендов, позволяет существенно повысить качество моделирования, сократить объем и сроки проведения натурных испытаний АПА и дает большой экономический эффект.The combination of the described features allows you to create a powerful tool for research and development of algorithms for the functioning of on-board equipment and control devices developed APA samples. The refusal to build a hydro-basin for immersion of hydroacoustic equipment into it and the exclusion of an expensive dynamic test bench from the modeling process for installing control devices while eliminating errors associated with the re-reflection of hydroacoustic signals in the pool and the imperfect frequency characteristics of dynamic stands can significantly improve the quality of modeling, reduce the volume and the timing of field testing of APA and gives a great economic effect.
К моменту заявления разработаны математические модели и программное обеспечение и собран функционирующий макет комплекса имитационного и физико-математического моделирования процессов маневрирования автономных подводных аппаратов с бортовой гидроакустической аппаратурой наведения на подводные объекты.By the time of the announcement, mathematical models and software had been developed and a functioning mock-up of a complex of simulation and physico-mathematical modeling of maneuvering processes of autonomous underwater vehicles with on-board sonar guidance equipment for underwater objects was assembled.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010134478/08A RU2444041C1 (en) | 2010-08-17 | 2010-08-17 | System for simulated and physico-mathematical modelling of manoeuvre processes of autonomous underwater vehicles with onboard hydroacoustic equipment for direction onto underwater objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010134478/08A RU2444041C1 (en) | 2010-08-17 | 2010-08-17 | System for simulated and physico-mathematical modelling of manoeuvre processes of autonomous underwater vehicles with onboard hydroacoustic equipment for direction onto underwater objects |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2444041C1 true RU2444041C1 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010134478/08A RU2444041C1 (en) | 2010-08-17 | 2010-08-17 | System for simulated and physico-mathematical modelling of manoeuvre processes of autonomous underwater vehicles with onboard hydroacoustic equipment for direction onto underwater objects |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444041C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU197982U1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-06-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | AUTOMATED CALIBRATION DEVICE FOR PRESSURE SENSORS OF CONTROL UNITS |
CN112306076A (en) * | 2020-11-06 | 2021-02-02 | 西北工业大学 | Hybrid drive underwater robot dynamics model establishment method |
CN113050449A (en) * | 2020-09-21 | 2021-06-29 | 湖南大学 | Cable underwater operation robot simulation system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5719584A (en) * | 1996-09-03 | 1998-02-17 | Harris Corporation | System and method for determining the geolocation of a transmitter |
RU2109316C1 (en) * | 1994-12-29 | 1998-04-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Тульский левша" | Combined control system with dynamic modified circuit |
RU2114373C1 (en) * | 1997-04-10 | 1998-06-27 | Конструкторское бюро приборостроения | Method of missile control and device for its realization |
RU2304298C2 (en) * | 2005-10-05 | 2007-08-10 | Закрытое акционерное общество "ЭлеСи" | Mode of self-adjustment of the system for control over an object and an arrangement for its realization |
-
2010
- 2010-08-17 RU RU2010134478/08A patent/RU2444041C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2109316C1 (en) * | 1994-12-29 | 1998-04-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Тульский левша" | Combined control system with dynamic modified circuit |
US5719584A (en) * | 1996-09-03 | 1998-02-17 | Harris Corporation | System and method for determining the geolocation of a transmitter |
RU2114373C1 (en) * | 1997-04-10 | 1998-06-27 | Конструкторское бюро приборостроения | Method of missile control and device for its realization |
RU2304298C2 (en) * | 2005-10-05 | 2007-08-10 | Закрытое акционерное общество "ЭлеСи" | Mode of self-adjustment of the system for control over an object and an arrangement for its realization |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU197982U1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-06-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | AUTOMATED CALIBRATION DEVICE FOR PRESSURE SENSORS OF CONTROL UNITS |
CN113050449A (en) * | 2020-09-21 | 2021-06-29 | 湖南大学 | Cable underwater operation robot simulation system |
CN112306076A (en) * | 2020-11-06 | 2021-02-02 | 西北工业大学 | Hybrid drive underwater robot dynamics model establishment method |
CN112306076B (en) * | 2020-11-06 | 2021-09-14 | 西北工业大学 | Hybrid drive underwater robot dynamics model establishment method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bingham et al. | Toward maritime robotic simulation in gazebo | |
Amundsen et al. | Autonomous ROV inspections of aquaculture net pens using DVL | |
CN107024863B (en) | UUV trajectory tracking control method for avoiding differential explosion | |
Martin et al. | Experimental identification of six-degree-of-freedom coupled dynamic plant models for underwater robot vehicles | |
CN108334677A (en) | A kind of UUV Realtime collision free planing methods based on GRU networks | |
Ridao et al. | NEPTUNE: A HIL simulator for multiple UUVs | |
Barisic et al. | Sigma-point Unscented Kalman Filter used for AUV navigation | |
Malik et al. | Research Article Numerical Simulations for the Prediction of Wave Forces on Underwater Vehicle using 3D Panel Method Code | |
RU2444041C1 (en) | System for simulated and physico-mathematical modelling of manoeuvre processes of autonomous underwater vehicles with onboard hydroacoustic equipment for direction onto underwater objects | |
Banazadeh et al. | Identification of the equivalent linear dynamics and controller design for an unmanned underwater vehicle | |
Caccia et al. | Variable-configuration UUVs for marine science applications | |
Gartner et al. | Hydrodynamic parameters estimation using varying forces and numerical integration fitting method | |
Chin | Systematic modeling and model-based simulation of a remotely operated vehicle using matlab and simulink | |
Zhang et al. | Automatic inspection of subsea optical cable by an autonomous underwater vehicle | |
Melo et al. | Bottom estimation and following with the MARES AUV | |
Go et al. | 6DOF Simulation and Determination of Hydrodynamic Derivatives of Underwater Tow-Fish Using CFD | |
Staffa et al. | Leveraging the robomaker service on AWS cloud platform for marine drone digital twin construction | |
Kamarlouei et al. | Robust control for horizontal plane motions of autonomous underwater vehicles | |
Vaz et al. | A localization approach for autonomous underwater vehicles: A ROS-Gazebo framework | |
Rist-Christensen | Autonomous robotic intervention using ROV | |
Burunina et al. | Experimental study of group control laws for an autonomous unmanned underwater vehicle as a group agent | |
Antonelli et al. | Real-time path planning and obstacle avoidance for an autonomous underwater vehicle | |
Paull et al. | A multi-agent framework with MOOS-IvP for autonomous underwater vehicles with sidescan sonar sensors | |
Rojas et al. | Parameter identification and optimization of an oceanographic monitoring remotely operated vehicle | |
Bruzzone et al. | A simulation environment for unmanned underwater vehicles development |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120818 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140420 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160818 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190603 |