RU2460043C1 - Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle - Google Patents
Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460043C1 RU2460043C1 RU2011120525/28A RU2011120525A RU2460043C1 RU 2460043 C1 RU2460043 C1 RU 2460043C1 RU 2011120525/28 A RU2011120525/28 A RU 2011120525/28A RU 2011120525 A RU2011120525 A RU 2011120525A RU 2460043 C1 RU2460043 C1 RU 2460043C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- underwater vehicle
- auv
- navigation
- control
- autonomous
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области навигации, а более конкретно к способам навигации автономных необитаемых подводных аппаратов, именно к области технических средств спутниковой, гидроакустической и инерциальной навигации и стабилизации для морских подводных автономных необитаемых аппаратов.The invention relates to the field of navigation, and more particularly to methods of navigation of autonomous uninhabited underwater vehicles, namely to the field of technical means of satellite, hydroacoustic and inertial navigation and stabilization for marine underwater autonomous uninhabited vehicles.
Разработка высокоточных систем для автоматического приведения и стыковки автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) с причальными сооружениями, спуско-подъемными устройствами и другими объектами связана с использованием гидроакустических навигационных и приводных маяков, а также спутниковой и инерциальной навигации.The development of high-precision systems for automatically bringing and docking autonomous uninhabited underwater vehicles (AUVs) with berthing facilities, hoisting devices and other facilities involves the use of sonar navigation and drive beacons, as well as satellite and inertial navigation.
В известных системах навигации подводного автономного необитаемого аппарата задачи приведения и стыковки под водой решаются при наличии акустического (Allen В., Austin Т., Forrester N. et al. Autonomous Docking Demonstrations with Enhanced REMUS Technology // Proc. of OCEANS'06 MTS/IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1. Utley С, Lee H. Signal Processing Algorithms for High-Precision Three-Dimensional Navigation and Guidance of Unmanned Undersea Vehicles (UUV) // Proc. of OCEANS'06 MTS/IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1. Grant M. de Goede, Donald Norris. Recovering Unmanned Undersea Vehicles With a Homing and Docking Sonar // Proc. of OCEANS 2005 MTS/IEEE. Washington, D.C., USA, 18-23 September 2005. USA CD-ROM. ISBN 0-933957-33-5. [1-3]) или визуального (оптического) контакта в ближней зоне приведения (Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Vaulin Yu.V., Scherbatyuk A.Ph. Algorithms of Autonomous Docking System Operation for Long Term AUV // Proc. of 14th Int. Symp. on Unmanned Untethered Submersible Technology (UUST05), Durham, New Hampshire, USA, August 21-24, 2005. Ваулин Ю.В., Инзарцев А.В., Матвиенко А.В., Павин A.M., Щербатюк А.Ф. Исследование работы элементов системы приведения автономного необитаемого подводного аппарата // Матер, междунар. науч.-техн. конф. «Технические проблемы освоения мирового океана». Владивосток, 14-17 сентября, 2005. Владивосток: Дальнаука, 2005. С.40-45 [4, 5]). При работе АНПА с большой автономностью и дальностью хода необходимо обеспечивать возвращение АНПА к обеспечивающему судну после выполнения длительной миссии. В этих условиях важно организовать приведение АНПА в ближнюю зону с учетом того, что накапливающиеся ошибки бортовой автономной навигации могут составлять сотни и тысячи метров.In well-known navigation systems for an underwater autonomous uninhabited vehicle, the tasks of bringing and docking underwater are solved in the presence of acoustic (Allen B., Austin T., Forrester N. et al. Autonomous Docking Demonstrations with Enhanced REMUS Technology // Proc. Of OCEANS'06 MTS / IEEE. Boston, MA, September 18-21, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1. Utley C, Lee H. Signal Processing Algorithms for High-Precision Three-Dimensional Navigation and Guidance of Unmanned Undersea Vehicles (UUV) // Proc. Of OCEANS'06 MTS / IEEE. Boston, MA, September 18-21, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1. Grant M. de Goede, Donald Norris. Recovering Unmanned Undersea Vehicles With a Homing and Docking Sonar // Proc. Of OCEANS 2005 MTS / IEEE. Washington, DC, USA, 18-23 September 2005. USA CD-ROM. ISBN 0-933957-33-5. [1-3 ]) or visual (optical th) in the near-contact actuation zone (Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Vaulin Yu.V., Scherbatyuk A.Ph. Algorithms of Autonomous Docking System Operation for Long Term AUV // Proc. of 14th Int. Symp on Unmanned Untethered Submersible Technology (UUST05), Durham, New Hampshire, USA, August 21-24, 2005. Vaulin Yu.V., Inzartsev A.V., Matvienko A.V., Pavin A.M., Scherbatyuk A.F. Investigation of the operation of elements of a system for bringing an autonomous uninhabited underwater vehicle // Mater, Int. scientific and technical conf. "Technical problems of the development of the oceans." Vladivostok, September 14-17, 2005. Vladivostok: Dalnauka, 2005. P.40-45 [4, 5]). When operating the AUV with great autonomy and range, it is necessary to ensure the return of the AUV to the supply vessel after a long mission. In these conditions, it is important to organize the bringing of the AUV to the near zone, taking into account the fact that the accumulating errors of autonomous on-board navigation can be hundreds and thousands of meters.
Один из вариантов решения данной задачи связан с приведением аппарата на гидроакустический маяк, выполненный в виде буксируемой антенны или буксируемого антенного модуля (БАМ), входящего в состав судовой гидроакустической навигационной системы (ГАНС) (Киселев Л.В., Инзарцев А.В., Матвиенко Ю.В., Ваулин Ю.В. Навигация и управление в подводном пространстве // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. №11. С.35-42[6]). Данный подход не требует установки на аппарат дополнительного оборудования, а сводится к модификации программного обеспечения системы управления с использованием имеющихся на борту данных от приемников ГАНС. Однако использование обеспечивающего судна с буксируемым антенным модулем для выполнения посредством измерительной аппаратуры, установленной на подводном аппарате исследовательских и изыскательских работ, практически исключает использование подводных аппаратов при наличии сплоченного или дрейфующего льда, т.е. в арктических районах.One of the options for solving this problem is associated with bringing the device to a sonar beacon, made in the form of a towed antenna or towed antenna module (BAM), which is part of the ship's sonar navigation system (HANS) (Kiselev L.V., Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V., Vaulin Yu.V. Navigation and control in the underwater space // Mechatronics, Automation, Management, 2004. No. 11. P.35-42 [6]). This approach does not require installation of additional equipment on the device, but is reduced to modifying the control system software using the data from the HANS receivers available on board. However, the use of a supply vessel with a towed antenna module to perform research and survey work using measuring equipment installed on the underwater vehicle practically excludes the use of underwater vehicles in the presence of solid ice or drift ice, i.e. in arctic areas.
Известен также способ навигации подводного аппарата (A.M.Павин. Автоматическое приведение автономного подводного робота к гидроакустическому маяку // Подводные исследования и роботехника. 2008, №5(1), с.32-38. [7]), который реализуется следующим образом. На подводный аппарат устанавливают средства навигации, которые включают бортовую автономную навигационную систему, обеспечивающую определение координат по принципу счисления пути; гидроакустические и спутниковые системы навигации, позволяющие определять локальные или абсолютные координаты автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) и обеспечивающего судна.There is also a method of navigating an underwater vehicle (A.M. Pavin. Automatic reduction of an autonomous underwater robot to a sonar beacon // Underwater Research and Robotics. 2008, No. 5 (1), p.32-38. [7]), which is implemented as follows. Navigation aids are installed on the underwater vehicle, which include an on-board autonomous navigation system that provides coordinates based on dead reckoning; sonar and satellite navigation systems, allowing to determine the local or absolute coordinates of the autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) and the supporting vessel.
Система счисления пути, в работе которой используется информация навигационно-пилотажных датчиков-измерителей глубины, составляющих поступательной и угловой скоростей, углов курса, крена и дифферента, дает накапливающуюся ошибку порядка нескольких десятков метров за час работы в зависимости от типа используемого измерителя скорости (доплеровского или относительного лага).A track reckoning system that uses information from navigation and flight sensors, depth gauges, components of translational and angular speeds, course angles, roll and trim, gives an accumulating error of the order of several tens of meters per hour of operation, depending on the type of speed meter used (Doppler or relative lag).
Гидроакустическая навигационная система с длинной или ультракороткой базой позволяет определять дальномерные и угловые параметры, которые используются для вычисления локальных или географических координат всех пространственно распределенных объектов навигации. Дальность действия системы ограничена энергетическими и гидрологическими условиями и может составлять 6…15 км в зависимости от района работ и типа используемой ГАНС. Применение маяка-ответчика или маяка-излучателя, погружаемого на кабеле с борта судна (с синхронизированными на АНПА и маяке часами) дает информацию только о дистанции между объектами. Совместное использование системы счисления пути и периодически измеряемых дистанций до гидроакустического маяка позволяет организовать надежное приведение подводного аппарата в малую окрестность маяка.A hydroacoustic navigation system with a long or ultrashort base allows you to determine the rangefinding and angular parameters that are used to calculate the local or geographical coordinates of all spatially distributed navigation objects. The range of the system is limited by energy and hydrological conditions and can be 6 ... 15 km, depending on the area of work and the type of HANS used. The use of a transponder beacon or emitter beacon, immersed on cable from the side of the vessel (with clocks synchronized on the AUV and the beacon) gives information only on the distance between the objects. The joint use of the track reckoning system and periodically measured distances to the sonar beacon allows you to organize a reliable reduction of the underwater vehicle in a small neighborhood of the beacon.
При использовании для приведения маяка-излучателя дистанция Lt от маяка до аппарата определяется как произведение времени dt2 распространения сигнала по трассе и скорости звука Vs. В случае применения маяка-ответчика известно только общее время распространения сигнала (dt12=dt1+dt2) от АНПА до маяка dt и обратно к АНПА dt2 Поэтому при расчете дистанции до маяка-ответчика берется половина временной задержки dt1,2. Координаты АНПА по счислению пути в случае с маяком-излучателем соответствуют местоположению АНПА в момент приема сигнала от маяка s=[Xt2,Yt2,Zt2], a в случае с маяком-ответчиком - среднему положению аппарата S=([Xt2,Yt2,Zt2]+[Xa,Yt1,Zt1]т)/2 между посылкой t1 и приемом t2 акустического сигнала. Так как глубины аппарата и маяка известны, то требуется определить только местоположение источника сигнала в горизонтальной проекции на эту плоскость вектора между положением АНПА и положением маяка:When used to bring the beacon emitter, the distance L t from the beacon to the device is defined as the product of the propagation time dt 2 of the signal along the path and the speed of sound V s . In the case of using the transponder beacon, only the total propagation time of the signal (dt 12 = dt 1 + dt 2 ) from the AUV to the beacon dt and back to the AUU dt 2 is known. Therefore, when calculating the distance to the responder beacon, half the time delay dt 1,2 is taken. AUA coordinates for the reckoning of the path in the case of the emitting beacon correspond to the location of the AUV at the time of receiving the signal from the beacon s = [X t2 , Y t2 , Z t2 ], and in the case of the responder beacon, to the average position of the device S = ([X t2 , Y t2 , Z t2 ] + [X a , Y t1 , Z t1 ] t ) / 2 between sending t 1 and receiving t 2 an acoustic signal. Since the depths of the apparatus and the beacon are known, it is only necessary to determine the location of the signal source in the horizontal projection on this plane of the vector between the position of the AUV and the position of the beacon:
где Rt - расстояние до маяка в плоскости (X,Y) в момент времени t; Lt - расстояние до маяка в трехмерном пространстве (X,Y,Z) в момент времени t; Zt - глубина АНПА в момент времени t; Zмаяк - глубина постановки маяка.where R t is the distance to the beacon in the plane (X, Y) at time t; L t is the distance to the lighthouse in three-dimensional space (X, Y, Z) at time t; Z t is the depth of the AUV at time t; Z lighthouse - depth setting of the lighthouse.
Программный модуль для приведения на маяк входит в состав библиотек координирующего уровня системы управления (СУ) АНПА и активизируется при приеме одной из команд телеуправления или по окончанию миссии. Таким образом, выход на маяк может быть осуществлен из произвольной точки во время выполнения миссии. Процедура приведения АНПА к гидроакустическому маяку включает этапы выполнения начального набора данных, автоматическое приведение АНПА в окрестности маяка, движение АНПА в окрестностях маяка, удержание АНПА в окрестности маяка.The software module for bringing to the lighthouse is part of the libraries of the coordinating level of the control system (SU) of the AUV and is activated when one of the telecommands is received or at the end of the mission. Thus, the exit to the lighthouse can be made from an arbitrary point during the mission. The procedure for bringing AUVs to a hydroacoustic lighthouse includes the steps of performing the initial data set, automatic AUU reduction in the vicinity of the lighthouse, AUV movement in the vicinity of the lighthouse, and AUU retention in the vicinity of the lighthouse.
Выполнение начального набора данных. На этом этапе осуществляются инициализация статических переменных модуля и первоначальный набор данных о дистанциях до маяка. При этом аппарат движется с крейсерской скоростью по окружности до тех пор, пока не получит iV>3 откликов от маяка. Во время движения происходят приведения на гидроакустический маяк (БАМ) после завершения аппаратом основной миссии. Приведение осуществляется с дистанции 5 км в режиме стабилизации высоты над грунтом. При этом глубина движения аппарата должна быть гораздо больше глубины положения приводного маяка (примерно 1400 м и 400 м соответственно). По траектории АНПА должен устойчиво двигаться вдоль генерального направления в сторону объекта наведения. При этом сбойные данные при расчете направления на гидроакустический маяк обнаруживаются только в случаях ложных сигналов в каналах ГАНС. При этом сравнительно большая погрешность вычисляемого пеленга (около ±30°) объясняется большим дрейфом ледяного поля вместе с ледоколом (порядка 0,5 км/ч) и отсутствием информации на борту АНПА о текущей глубине положения буксируемого антенного модуля (при этом для расчетов используется заранее заложенное приблизительное значение).Performing an initial dataset. At this stage, initialization of the module's static variables and the initial set of data on the distances to the beacon are carried out. At the same time, the device moves at cruising speed in a circle until it receives iV> 3 responses from the lighthouse. During the movement, casts to the sonar beacon (BAM) occur after the apparatus completes the main mission. Bringing is carried out from a distance of 5 km in the mode of stabilization of height above the ground. At the same time, the depth of movement of the apparatus should be much greater than the depth of the position of the drive beacon (approximately 1400 m and 400 m, respectively). On the trajectory, the AUV should steadily move along the general direction towards the guidance object. In this case, faulty data when calculating the direction to the sonar beacon are detected only in cases of false signals in the GANS channels. In this case, the comparatively large error in the calculated bearing (about ± 30 °) is explained by the large drift of the ice field together with the icebreaker (about 0.5 km / h) and the lack of information on board the AUV about the current depth of the position of the towed antenna module (in this case, it is used in advance for calculations estimated value).
Во время движения АНПА заполняется массив, содержащий координаты аппарата, полученные по счислению пути.During the movement of the AUV, an array is filled containing the coordinates of the device, obtained by reckoning the path.
Автоматическое приведение АНПА в окрестность маяка радиусом 200 м. При этом движение аппарата осуществляется на крейсерской скорости (0,9 м/с). После входа АНПА в окрестность 200 м от маяка выполнение данного этапа прекращается, и аппарат переходит к 3-му этапу.Automatic casting of AUVs in the vicinity of a lighthouse with a radius of 200 m. In this case, the movement of the device is carried out at a cruising speed (0.9 m / s). After the entrance of the AUV to the vicinity of 200 m from the lighthouse, the implementation of this stage is terminated, and the apparatus proceeds to the 3rd stage.
Движение АНПА в окрестности 100-200 м от маяка. Данный этап необходим для того, чтобы АНПА «не проскочил» окрестность маяка в условиях получения дистанций один раз в 30 секунд. При этом устанавливается минимальная скорость АНПА, на которой еще возможно использование вертушечного (относительного лага для счисления («0,5-0,6 м/с). При попадании АНПА в окрестность 100 м от маяка аппарат переходит к этапу 4.AUV movement in the vicinity of 100-200 m from the lighthouse. This stage is necessary so that the AUV “does not slip” around the lighthouse in the conditions of receiving distances once every 30 seconds. In this case, the minimum AUV speed is set, at which it is still possible to use a turntable (relative lag for reckoning (“0.5-0.6 m / s).) If the AUV falls into the vicinity of 100 m from the lighthouse, the unit proceeds to step 4.
Удержание АНПА в окрестности маяка. Движение аппарата на этом этапе осуществляется на малой скорости («0,3 м/с), а его траектория напоминает «ленивую восьмерку», в центре которой находится маяк.AUA retention in the vicinity of the lighthouse. The movement of the device at this stage is carried out at low speed ("0.3 m / s), and its trajectory resembles the" lazy eight ", in the center of which there is a lighthouse.
На этапах 2-4 программа наведения исходя из данных измерения дистанции до маяка формирует заданный курс для СУ АНПА, соответствующий предполагаемому направлению на маяк. По мере приближения к маяку контролируется расстояние до него. Кроме того, аппарат ожидает получения команды телеуправления или внутренний сигнал об окончании отведенного времени приведения (таймаут). После возникновения одного из этих событий происходит выход из программы.At stages 2-4, the guidance program, based on the data of measuring the distance to the lighthouse, forms a predetermined course for SU AUA corresponding to the intended direction to the lighthouse. As you approach the lighthouse, the distance to it is controlled. In addition, the device expects to receive a telecontrol command or an internal signal about the end of the allotted lead time (timeout). After one of these events occurs, the program exits.
Приведение на маяк может происходить как в режиме стабилизации глубины АНПА, так и в режиме стабилизации высоты (отстояния от грунта). Первый режим предпочтителен в районах, где глубина моря не превышает дальность действия доплеровского лага. Если глубины района существенно превышают данную величину, то приведение целесообразно проводить в два этапа:The approach to the lighthouse can occur both in the stabilization mode of the AUV depth and in the stabilization mode of height (distance from the ground). The first mode is preferable in areas where the depth of the sea does not exceed the range of the Doppler lag. If the depths of the area significantly exceed this value, then it is advisable to carry out the reduction in two stages:
- дальнее приведение на высоте от дна, обеспечивающей работу доплеровского лага; ближнее приведение на глубине, соответствующей расположению маяка.- remote casting at a height from the bottom, ensuring the operation of the Doppler lag; close approach at a depth corresponding to the location of the lighthouse.
Определение направления на маяк по дистанции до него и данным системы счисленияDetermining the direction of the lighthouse by the distance to it and the number system data
пути осуществляется в следующем порядке.paths are carried out in the following order.
При определении направления (пеленга) на маяк предполагается, что отклики от источника сигнала обладают погрешностью, имеющей нормальный закон распределения с математическим ожиданием, равным нулю (2):When determining the direction (bearing) to the lighthouse, it is assumed that the responses from the signal source have an error that has a normal distribution law with a mathematical expectation equal to zero (2):
где p - функция распределения погрешности измерения дистанции; σ - среднеквадратичное отклонение погрешности; r - вектор истинного местоположения маяка относительно АНПА; R - измеренная дистанция до маяка; (R-|r|) - погрешность измерения дистанции. В соответствии с принятой моделью определения пеленга на маяк, при использовании трех откликов по положению АНПА (по счислению пути) в моменты определения дистанции до маяка строят «кольца», соответствующие вероятному местоположению источника сигнала для каждого из положений подводного аппарата. Радиусы этих колец равны измеренным согласно (1) дистанциям до маяка в горизонтальной плоскости, ширина соответствует погрешности измерения дальности (при этом «размытость» колец определяется видом функции p), а центры совпадают с координатами АНПА в момент определения дистанции.where p is the distribution function of the error in measuring distance; σ is the standard deviation of the error; r is the vector of the true location of the lighthouse relative to the AUV; R is the measured distance to the lighthouse; (R- | r |) - the error in measuring the distance. In accordance with the adopted model for determining the bearing to the lighthouse, using three responses based on the position of the AUV (according to the dead reckoning) at the time of determining the distance to the lighthouse, “rings” are constructed that correspond to the probable location of the signal source for each of the positions of the underwater vehicle. The radii of these rings are equal to the distances measured to the lighthouse in the horizontal plane, measured according to (1), the width corresponds to the error in measuring the range (the “blur” of the rings is determined by the form of the function p), and the centers coincide with the coordinates of the AUV at the time the distance was determined.
Местонахождением маяка считается область пересечения наибольшего числа колец. Поэтому общая оценка вероятности нахождения маяка в любой точке пространства рассчитывается как суперпозиция оценок от каждого отклика, а пеленг на маяк<pt определяется исходя из максимизации этой суперпозиции для некоторого количества откликов N:The location of the lighthouse is the intersection of the largest number of rings. Therefore, the overall estimate of the probability of finding a beacon at any point in space is calculated as a superposition of estimates from each response, and the bearing to the beacon <p t is determined based on maximizing this superposition for a certain number of responses N:
Поскольку координаты маяка относительно АНПА rn=q-sn, а его местоположение в системе счисления пути определяется выражением q=st+rt (для любого t), то пеленг на маяк может быть найден из:Since the coordinates of the beacon relative to the AUV r n = qs n, and its location in the dead reckoning system is defined by the expression q = s t + r t (for any t), the bearing of the beacon can be found from:
, ,
где rt - местоположение маяка относительно АНПА в момент определения пеленга.where r t is the location of the lighthouse relative to the AUV at the time the bearing was determined.
В свою очередь, местоположение маяка rt относительно АНПА в любой момент времени определяется исходя из дистанции до него Rt и пеленга <pt:In turn, the location of the beacon r t relative to the AUV at any time is determined based on the distance to it R t and the bearing <p t :
Таким образом, для выбора направления на маяк в момент времени t достаточно определить при каком <p выражение (4) принимает максимум, используя (5) для расчета rf. Можо принять, что необходимая точность определения направления на маяк не превышает 1°. При этом процедура вычислений выполняется только при получении нового отклика (два раза в минуту). Тогда для нахождения максимума можно ограничиться простым перебором (p от 0° до 360°) с шагом в 1°. Кроме того, значение выражения (4) дает представление о «степени уверенности» в правильности определения пеленга. Чем больше это значение, тем «вероятнее», что пеленг рассчитан точно (многие отклики подтверждают нахождение маяка в данной точке). Малые значения этой оценки говорят о наличии сбойных данных в величине Rt или массиве Rn. tThus, to select the direction to the lighthouse at time t, it suffices to determine at which <p expression (4) takes a maximum using (5) to calculate r f . It can be accepted that the necessary accuracy in determining the direction to the lighthouse does not exceed 1 °. In this case, the calculation procedure is performed only when a new response is received (twice a minute). Then, to find the maximum, one can restrict oneself to a simple exhaustive search (p from 0 ° to 360 °) with a step of 1 °. In addition, the meaning of expression (4) gives an idea of the “degree of confidence” in the correct determination of the bearing. The larger this value, the more “likely” that the bearing is calculated accurately (many responses confirm the location of the lighthouse at a given point). Small values of this estimate indicate the presence of bad data in the value of R t or an array of R n . t
Однако поскольку решается задача выхода на маяк (а не высокоточного определения его местоположения), то эти оценки можно не учитывать, так как сбойные данные в определении дистанции являются преимущественно единичными, а вызываемые ими изменения траектории АНПА - некритичными.However, since the problem of accessing the lighthouse (rather than high-precision determination of its location) is being solved, these estimates can be ignored, since the faulty data in determining the distance are predominantly single, and the changes in the AUV trajectory caused by them are non-critical.
Недостатками известной системы навигации подводного автономного необитаемого аппарата [7] являются следующие технические решения.The disadvantages of the known navigation system underwater autonomous uninhabited apparatus [7] are the following technical solutions.
При реализации в известном способе инерциального счисления, используют ИНС полуаналитического типа на поплавковых гироскопах. При этом в состав ИНС входят гироскопические системы, обеспечивающие стабилизацию платформ и измерение широты, и акселерометры, измеряющие ускорения АНПА в трех плоскостях.When implemented in the known method of inertial reckoning, an ANN of a semi-analytical type is used on float gyroscopes. At the same time, the ANN includes gyroscopic systems that provide stabilization of the platforms and measure latitude, and accelerometers that measure the accelerations of the AUV in three planes.
Наличие чувствительных элементов этих двух типов и использование относительного лага в качестве демпфирующего элемента приводит к возникновению погрешностей выработки координат со сложной структурой (В.А.Михальский, В.А.Катенин. Метрология в кораблевождении и решение задач навигации. СПб., «Элмор», 2009, с.156). Погрешности выработки широты (и курса инерциального) по характеру их проявления складываются из суточной, шулеровской, случайной составляющих и погрешности обусловленной воздействием подводных течений. В канале выработки долготы (и курса гироазимутального) к этим составляющим добавляется уход (тренд) долготы с почти постоянной скоростью на текущем интервале времени между коррекциями координат по данным СНС или ГАНС. В процессе коррекции в навигационном модуле рассчитываются и вводятся в ИНС поправки координат и поправка на скорость постоянного ухода долготы. При этом существенные соотношения погрешностей ИНС вынуждают применять сглаживание или фильтрацию случайной и шулеровской составляющих. Сглаживание на основе внутренней информации ИНС малоэффективно, поэтому реализуют фильтрацию с использованием дополнительной информации о скорости АНПА от относительного вертушечного лага (постоянно) или от абсолютного гидроакустического лага (периодически). В процессе фильтрации хорошо подавляются случайная и частично - шулеровская составляющие. Но взамен их к суточной и остаточной шулеровской погрешности добавляется нордовая составляющая сноса АНПА подводным течением. Это происходит за счет того, что демпфирование по относительной скорости приводит к частичной компенсации вместе со случайной погрешностью ИНС и скорости подводного течения, которая поэтому не полностью учитывается при расчете перемещения АНПА. В результате этого снос АНПА течением в той или иной мере входит в погрешность ИНС.(В канале долготы в состав погрешностей вносится часть восточной составляющей сноса течением).The presence of sensitive elements of these two types and the use of a relative lag as a damping element leads to errors in the generation of coordinates with a complex structure (V.A. Mikhalsky, V. A. Katenin. Metrology in navigation and solving navigation problems. St. Petersburg, "Elmore" , 2009, p. 156). The errors in the development of latitude (and the inertial rate) by the nature of their manifestation are composed of daily, Schuler, random components and errors due to the influence of underwater currents. In the channel for generating longitude (and the gyro-azimuthal rate), these components are supplemented by the departure (trend) of longitude with an almost constant speed in the current time interval between coordinate corrections according to the SNA or HANS. In the process of correction in the navigation module, coordinate corrections and correction for the speed of constant longitude drift are calculated and entered into the ANN. At the same time, significant correlations of ANN errors compel the use of smoothing or filtering of random and Schuler components. Smoothing based on the internal information of the ANN is ineffective; therefore, filtering is implemented using additional information about the velocity of the AUV from the relative turntable lag (constantly) or from the absolute sonar lag (periodically). During the filtering process, the random and partially Schuler components are well suppressed. But instead of them, the nordic component of the demolition of the AUV by the underwater current is added to the daily and residual Schuler error. This is due to the fact that damping with respect to relative velocity leads to partial compensation, together with a random error of the ANN and the velocity of the underwater flow, which therefore is not fully taken into account when calculating the movement of the AUV. As a result, the drift of the AUV by the flow to one degree or another is included in the error of the ANN (in the longitude channel, part of the eastern component of drift by the flow is included in the errors).
Кроме того, использование в качестве судна обеспечения надводного судна с буксируемым антенным модулем (приводным маяком) в ледовых условиях существенно ограничивает радиус действия АНПА наличием полыньи. Проведение сеанса связи возможно только при стоянке обеспечивающего судна на якоре. При этом обсервованные координаты посредством гидроакустической навигационной системы определяют по отношению к фиксированной точке (антенному модулю), размещенному на буксируемом средстве или на морском дне методом «крюйс-дальности», так как используется только один маяк-ответчик. Запрос и прием сигнала осуществляется в три различных момента времени из трех точек, в каждой из которых определяется наклонная дальность. При известной скорости АНПА по этим данным вычисляются координаты точки (φ0, λ0), в которой АНПА находится в момент времени t2. Метод «крюйс-дальности» имеет невысокую точность, так как ошибка счисления при движении АНПА между тремя точками вносит дополнительную погрешность в определение координат. Кроме того, ввиду направленности система работает при относительно небольших углах крена и дифферента.In addition, the use as a vessel of providing a surface vessel with a towed antenna module (drive beacon) in ice conditions significantly limits the radius of the AUV to the presence of wormwood. A communication session is only possible when the support vessel is anchored. At the same time, the observable coordinates are determined by means of a hydroacoustic navigation system with respect to a fixed point (antenna module) placed on a towed vehicle or on the seabed using the cruise range method, since only one transponder beacon is used. The request and reception of the signal is carried out at three different points in time from three points, in each of which the slant range is determined. At a known AUV speed, these coordinates are used to calculate the coordinates of the point (φ 0 , λ 0 ) at which the AUV is located at time t 2 . The cruise range method has low accuracy, since the calculation error during the movement of the AUV between three points introduces an additional error in the determination of coordinates. In addition, due to its directivity, the system operates at relatively small roll and trim angles.
Энергетический потенциал системы невелик, и с учетом ограниченной мощности сигналов от маяка-ответчика и шумов моря определение координат возможно на расстоянии до 10 км от маяков-ответчиков (Ю.А.Лукомский, В.Г.Пешехонов, Д.А.Скороходов. Навигация и управление движением судов. СПб, «Элор», 2002, с.106-107).The energy potential of the system is small, and taking into account the limited power of the signals from the transponder beacon and sea noise, coordinates can be determined at a distance of up to 10 km from the transponder beacons (Yu.A. Lukomsky, V.G. Peshekhonov, D.A. Skorokhodov. Navigation and ship traffic control. St. Petersburg, "Elor", 2002, p.106-107).
Кроме того, дискретный во времени характер поступления информации от навигационных спутников предполагает использование счисления между обсервациями, порождающего ошибки, которые превышают погрешность спутниковой навигационной системы. Относительно невысокая точность определения координат и достаточно длительное время навигационного определения оказываются неприемлемыми для приложений, таких как обеспечение позиционирования АНПА, выполнение детальной съемки морского дна на шельфе.In addition, the time-discrete nature of the information received from navigation satellites involves the use of dead reckoning between observations, generating errors that exceed the error of the satellite navigation system. The relatively low accuracy of determining the coordinates and a sufficiently long time for navigational determination are unacceptable for applications such as ensuring the positioning of AUVs, performing detailed surveys of the seabed on the shelf.
Также необходимо учитывать, что измеряемые и определяемые параметры отсчитываются в различных системах пространственных координат, измерения ведутся в системе навигационного искусственного спутника Земли (НИСЗ), в то время как результаты навигационных определений фиксируются в системах, связанных с Землей (с ее центром в геоцентрической системе или с ее поверхностными точками в топоцентрических системах). Поэтому необходимо приводить эти данные к единой системе отсчета или, иными словами, согласовывать начала отсчета пространственных координат. Ввиду того, что орбитальное движение НИСЗ возмущается рядом факторов (таких как нецентральность поля тяготения Земли, притяжение Солнца и Луны, давление солнечного света и т.д.), то начала отсчета расходятся непрерывно, поэтому согласование необходимо проводить в каждом навигационном сеансе, а для этого АНПА должен всплывать при наличии полыньи во льдах, которой в период сеанса может не оказаться.It is also necessary to take into account that the measured and determined parameters are counted in various spatial coordinate systems, the measurements are carried out in the navigation artificial satellite system of the Earth (NISS), while the results of navigation determinations are recorded in systems connected to the Earth (with its center in the geocentric system or with its surface points in topocentric systems). Therefore, it is necessary to bring this data to a single reference frame or, in other words, to coordinate the reference points of spatial coordinates. Due to the fact that the orbital motion of the NLH is disturbed by a number of factors (such as the noncentrality of the Earth's gravitational field, the attraction of the Sun and the Moon, the pressure of sunlight, etc.), then the reference points diverge continuously, therefore, coordination must be carried out in each navigation session, and for this AUV should emerge in the presence of wormwood in the ice, which during the session may not be.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности навигации АНПА в условиях использования его в арктических морях.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of navigation AUV in conditions of its use in the Arctic seas.
Поставленная задача решается за счет того, что в системе навигации автономного необитаемого подводного аппарата, включающей обеспечивающее судно, подводный автономный необитаемый подводный аппарат, комплект маяков-ответчиков, при этом обеспечивающее судно оснащено приемником спутниковой навигационной системы, системой единого времени, судовой аппаратурой управления, обработки и отображения, автономный необитаемый подводный аппарат оснащен приемопередающими блоками гидроакустической системы навигации, телеуправления и связи, навигационно-пилотажными датчиками, локальной вычислительной сетью, гидроакустическим доплеровским лагом для измерения скорости автономного необитаемого подводного аппарата относительно морского дна, лагом для измерения скорости автономного необитаемого подводного аппарата относительно водной поверхности, инерциальной навигационной системой, приемником спутниковой навигационной системы, магнитным компасом, измерителем глубины, системой управления рулевыми механизмами, а еще автономный необитаемый подводный аппарат оснащен аппаратурой для выполнения гидрологических исследований, включающей гидролокатор бокового обзора, профилограф, измерители температуры и электропроводности морской среды, фотокамеры, - обеспечивающее судно выполнено в виде подводной лодки, снабженной приемопередающими блоками гидроакустической системы навигации, лаг для измерения скорости автономного необитаемого подводного аппарата относительно водной поверхности выполнен в виде индукционного измерителя продольной и поперечной составляющих скорости и угла дрейфа и дополнительно снабжен n приемными датчиками, расположенными в носовой и кормовой частях корпуса автономного необитаемого подводного аппарата для определения скорости погружения автономного необитаемого подводного аппарата, гирокомпас выполнен в виде корректируемого гирокомпаса, построенного на базе динамически настраиваемого гироскопа и кварцевых акселерометров, инерциальная навигационная система построена на основе прецизионного гироскопа с электростатическим подвесом ротора, автономный необитаемый подводный аппарат также снабжен измерителем скорости звука, судовая аппаратура управления, обработки и отображения дополнительно содержит блок данных об эфемеридной информации о навигационных спутниках Земли, находящихся в регионе выполняемых исследовательских работ, электронную картографическую информационную навигационную систему и видеоплоттер.The problem is solved due to the fact that in the navigation system of an autonomous uninhabited underwater vehicle, including a supplying vessel, an underwater autonomous uninhabited underwater vehicle, a set of transponder beacons, while the providing vessel is equipped with a satellite navigation receiver, a single time system, ship control and processing equipment and display, an autonomous uninhabited underwater vehicle is equipped with transceiver units of a hydroacoustic navigation, telecontrol and communication system, nav navigation sensors, a local area network, a hydroacoustic Doppler lag for measuring the speed of an autonomous uninhabited underwater vehicle relative to the seabed, a lag for measuring the speed of an autonomous uninhabited underwater vehicle relative to the water surface, an inertial navigation system, a satellite navigation receiver, a magnetic compass, a depth gauge, steering control system, as well as an autonomous uninhabited underwater vehicle equipped with an apparatus a tour to carry out hydrological studies, including a side-scan sonar, a profilograph, temperature and electrical conductivity meters of the marine environment, cameras — the supplying vessel is made in the form of a submarine equipped with transceiver units of a hydroacoustic navigation system, a lag for measuring the speed of an autonomous uninhabited underwater vehicle relative to the water surface is made in the form of an induction meter for the longitudinal and transverse components of the velocity and drift angle and It is equipped with n receiving sensors located in the fore and aft parts of the body of an autonomous uninhabited underwater vehicle for determining the speed of immersion of an autonomous uninhabited underwater vehicle, the gyrocompass is made in the form of an adjustable gyrocompass based on a dynamically tuned gyroscope and quartz accelerometers, the inertial navigation system is based on a precision gyroscope with electrostatic suspension of the rotor, the autonomous uninhabited underwater vehicle is also equipped with a meter with the speed of sound, the ship’s control, processing and display equipment additionally contains a block of data on ephemeris information about the Earth’s navigation satellites located in the region of research work, an electronic cartographic information navigation system and a video plotter.
Новые отличительные признаки, заключающиеся в том, что обеспечивающее судно выполнено в виде подводной лодки, снабженной приемопередающими блоками гидроакустической системы навигации, лаг для измерения скорости автономного необитаемого подводного аппарата относительно водной поверхности выполнен в виде индукционного измерителя продольной и поперечной составляющих скорости и угла дрейфа и снабжен n приемными датчиками, расположенными в носовой и кормовой частях корпуса автономного необитаемого подводного аппарата для определения скорости погружения автономного необитаемого подводного аппарата, гирокомпас выполнен в виде корректируемого гирокомпаса, построенного на базе динамически настраиваемого гироскопа и кварцевых акселерометров, инерциальная навигационная система построена на основе прецизионного гироскопа с электростатическим подвесом ротора, автономный необитаемый подводный аппарат также снабжен измерителем скорости звука, судовая аппаратура управления, обработки и отображения дополнительно содержит блок данных об эфемеридной информации о навигационных спутниках Земли, находящихся в регионе выполняемых исследовательских работ, электронную картографическую навигационную информационную систему и видеоплоттер, позволяют существенно повысить точность навигации АНПА в условиях использования его в арктических морях.New distinctive features, namely, that the supplying vessel is designed as a submarine equipped with transceiver units of a hydroacoustic navigation system, the lag for measuring the speed of an autonomous uninhabited underwater vehicle relative to the water surface is made in the form of an induction meter for the longitudinal and transverse components of the velocity and drift angle and is equipped n receiving sensors located in the bow and stern of the body of an autonomous uninhabited underwater vehicle to determine the immersion speed of an autonomous uninhabited underwater vehicle, the gyrocompass is made in the form of an adjustable gyrocompass built on the basis of a dynamically tuned gyroscope and quartz accelerometers, the inertial navigation system is based on a precision gyroscope with an electrostatic rotor suspension, the autonomous uninhabited underwater apparatus is also equipped with a sound velocity meter, , processing and display further comprises a data block on the ephemeris information about navigation Earth satellites located in the region of research work, electronic cartographic navigation information system and video plotters, can significantly improve the accuracy of AUV navigation in conditions of its use in the Arctic seas.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами (фиг.1…фиг.6).The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings (figure 1 ... figure 6).
Фиг.1. Блок-схема системы навигации автономного необитаемого подводного аппарата. На блок-схеме позициями обозначены: 1 - обеспечивающее судно, оснащенное приемоиндикатором 2 спутниковой навигационной системы (GPS), системой единого времени 3, судовой аппаратурой управления, обработки и отображения информации 4, автономный необитаемый подводный аппарат 5, оснащенный приемопередающими блоками гидроакустических систем навигации, телеуправления и связи 6, навигационно-пилотажными датчиками 7, локальной вычислительной сетью 8, гидроакустическим доплеровским лагом 9 для измерения скорости автономного необитаемого подводного аппарата относительно морского дна, лагом 10 для измерения скорости автономного необитаемого подводного аппарата относительно водной поверхности, инерциальной навигационной системой 11, приемником спутниковой навигационной системы 12, магнитным компасом 13, измерителем глубины 14, системой управления движением 15, аппаратурой для выполнения гидрологических исследований, включающей гидролокатор бокового обзора 16, профилограф 17, многолучевой эхолот 18 измеритель скорости звука 19 в морской среды, фотокамерами 20, 21 - комплект маяков-ответчиков.Figure 1. The block diagram of the navigation system autonomous uninhabited underwater vehicle. Positions on the flowchart are: 1 - a supply vessel equipped with a receiver-
Фиг.2. Блок-схема функциональной схемы лага для измерения относительной скорости. Индукционный первичный преобразователь скорости 22, предварительный усилитель 23, измеритель полезного сигнала с компенсатором квадратурной помехи 24, интегрирующее устройство 25, корректор 26, фазирующее устройство 27, вычислительное устройство 28.Figure 2. Block diagram of a functional diagram of a lag for measuring relative velocity. Induction
Фиг.3. Схема размещения измерительных электродов индукционного первичного преобразователя скорости. Измерительные электроды 29, 30, 31, 32. V - вектор относительной скорости, ДП - диаметральная плоскость судна, β - угол дрейфа.Figure 3. The layout of the measuring electrodes of the induction primary speed converter. Measuring
Фиг.4. Блок-схема поста управления движением автономного необитаемого подводного аппарата. Пост управления движением автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) включает пульт 33 управления глубиной при отсутствии скорости хода АНПА; прибор отображения информации 34 о рекомендованных значениях курса и глубины; указатель крена 35; указатель курса 36; указатель положения вертикального руля 37; указатель положения большого кормового горизонтального руля 38; указатель положения носового горизонтального руля 39; указатель положения малого кормового горизонтального руля 40; указатель глубины (0…60 м) 41; указатель глубины под килем 42; указатель дифферента 43; пульт управления движением 44 АНПА в нормальных режимах эксплуатации; пульт управления движением 45 АНПА в аварийных ситуациях, индикаторную панель 46 для отображения заданных и текущих навигационных параметров АНПА, картографической и топографической информации.Figure 4. The block diagram of the post control the movement of an autonomous uninhabited underwater vehicle. The motion control post of an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) includes a
Фиг.5. Структурная схема системы управления, размещенная на АНПА. Структурная схема системы управления, размещенная на АНПА, включает блок управления 47, блок усилителей 48, измеритель глубины 14, навигационно-пилотажные датчики 7, включающие измерители крена 49 и дифферента 50, приборы обратной связи 51 носового горизонтального руля, соединительные коробки 52, золотник 53 аварийного управления, золотник 54 управления, приборы обратной связи 55 вертикальных рулей, гидропривод 56 с краном манипулятором, приборы обратной связи 57 системы стабилизации без хода, гидравлический привод 58 вертикальных рулей 59, гидравлический привод 60 горизонтальных рулей 61, предсказатель 62, золотник 63 переключения, прибор обратной связи 64 кормового горизонтального руля 65, цистерны 66 стабилизации без хода.Figure 5. Block diagram of the control system, located at the AUV. The block diagram of the control system, located on the AUV, includes a
Фиг.6. Функциональная схема системы управления движением АНПА-9. Позициями обозначены: рули 78; датчики соответственно заданных значений дифферента 79, курса 80, глубины погружения 81, датчики обратной связи текущих значений глубины погружения 82, курса 83, дифферента 84, скорости 85, положения горизонтальных рулей 86, положения вертикальных рулей 87, суммирующее устройство 88, вычислитель 89, блок суммарного электрического сигнала управления 90, электрогидравлический преобразователь 91.6. Functional diagram of the motion control system ANPA-9. Positions marked:
В качестве обеспечивающего судна 1 использована подводная лодка со штатным навигационным оборудованием и штатными техническими средствами движения и судовой автоматики, списанная из состава ВМФ.As the supporting
Аналогом обеспечивающего судна 1 является известная подводная лодка для морских исследований (Новинки в мире ВВТ в 2008 году, nvo.ng.ru, 2008-12-26. 2. Тарас А.Е. Атомный подводный флот 1955-2005. М.: ACT, Харвест, 2006, с.41-216. ISBN 985-13-8436-4), которая имеет следующие характеристики.An analogue of the
Скорость: надводная 4,5 уз, подводная 3,5 уз. Предельная глубина погружения 915 м. Автономность 16 суток, предельная 25 суток. Экипаж 13 человек. Водоизмещение 400 т. Длина 45 м, прочный корпус 29,3 м, ширина 3.8 м, по стабилизаторам 48 м. Осадка 4,6 м.Speed: surface 4.5 knots, underwater 3.5 knots. The maximum immersion depth is 915 m. Autonomy is 16 days, the limit is 25 days. The crew of 13 people. Displacement 400 tons. Length 45 m, sturdy hull 29.3 m, width 3.8 m, stabilizers 48 m. Draft 4.6 m.
Известная подводная лодка для морских исследований имеет следующее оборудование.Famous submarine for marine research has the following equipment.
Реактор, 2 электромотора, 2 гребных вала, 4 подруливающих устройства.Reactor, 2 electric motors, 2 propeller shafts, 4 thrusters.
Основой энергетической установки является атомный реактор, передающий энергию на генератор переменного тока. Генератор питает два электромотора, которые вращают два гребных винта. Рули глубины размещены на рубке, вертикальный руль имеет обычную конструкцию и размещен в хвосте. Маневренность лодки улучшают четыре поворотных подруливающих устройства.The basis of a power plant is a nuclear reactor that transfers energy to an alternator. The generator feeds two electric motors that rotate two propellers. The depth rudders are placed on the wheelhouse, the vertical rudder has the usual design and is located in the tail. Four rotary thrusters improve boat maneuverability.
Она также оснащена комплексом электронного, компьютерного и гидроакустического оборудования, который решает задачи навигации, связи, обнаружения и идентификации подводных объектов, а также подъема находок на поверхность. Лодка способна изучать морское дно, измерять температуру и направление течений, получать различную информацию для коммерческого и научного использования. Она обладает очень высокой маневренностью. Ценной особенностью является способность висеть в воде без движения, позиционируясь с высокой точностью. Атомный реактор обеспечивает независимость от надводных кораблей обеспечения и позволяет двигаться в погруженном состоянии длительное время.It is also equipped with a complex of electronic, computer and sonar equipment, which solves the problems of navigation, communication, detection and identification of underwater objects, as well as raising finds to the surface. The boat is able to study the seabed, measure the temperature and direction of currents, receive various information for commercial and scientific use. It has a very high maneuverability. A valuable feature is the ability to hang in the water without movement, positioning with high accuracy. The nuclear reactor provides independence from surface support ships and allows you to move in a submerged state for a long time.
Для глубоководных работ лодка оснащена выдвижными колесами, тремя иллюминаторами, системой внешнего освещения, неподвижными и подвижными телекамерами, многоцелевым захватом-манипулятором, корзиной для образцов и вспомогательных приспособлений. Ориентирование на поверхности осуществляется при помощи телекамеры, зафиксированной на неопускаемой мачте на крыше рубки вместо выдвижного перископа.For deep-sea operations, the boat is equipped with retractable wheels, three portholes, an external lighting system, fixed and movable cameras, a multi-purpose gripper-manipulator, a basket for samples and accessories. Orientation to the surface is carried out using a camera fixed on an unmanned mast on the roof of the cabin instead of a retractable periscope.
Благодаря способности оставаться длительное время под водой, лодка является главным инструментом глубоководного поиска. При этом она работает даже тогда, когда погодные условия на поверхности и морское волнение заставляют все надводные суда возвращаться в порт.Due to the ability to stay for a long time under water, the boat is the main tool for deep sea searching. Moreover, it works even when weather conditions on the surface and sea waves cause all surface ships to return to the port.
Применение подводной лодки в качестве обеспечивающего судна при проведении широкомасштабных подводных исследований с использованием АНПА в условиях замерзающих морей диктуется тем, что использование надводных судов в ледовых условиях практически невозможно. Кроме того, наличие на обеспечивающем судне приемопередающих устройств гидроакустической навигационной системы, позволяет использовать ее в качестве приводного маяка. При этом обеспечивающее судно, в условиях даже очень сложной ледовой обстановки имеет возможность широкого маневрирования, что позволяет использовать его в качестве обеспечивающего судна для нескольких АНПА одновременно, а при оснащении ее устройством подледного приема сигналов спутниковой навигационной системы (патент RU 2342746) обеспечивается определение с требуемой точностью поправки к истинному курсу, вырабатываемому ИНС подводного объекта, при нахождении его подо льдом.The use of a submarine as a support vessel during large-scale underwater research using AUVs in the conditions of freezing seas is dictated by the fact that the use of surface ships in ice conditions is practically impossible. In addition, the presence on the supporting vessel of the transceiver devices of a sonar navigation system allows it to be used as a drive beacon. At the same time, the supplying vessel, in conditions of even very difficult ice conditions, has the possibility of wide maneuvering, which makes it possible to use it as a supplying vessel for several AUVs at the same time, and when equipped with an ice-tracking device for receiving signals from a satellite navigation system (patent RU 2342746), the definition with the required accuracy of corrections to the true rate generated by the ANN of an underwater object when it is under ice.
Сущность данного способа (патент RU 2342746) заключается в том, что в способе подледного приема сигналов СНС производится приледнение подводного объекта к нижней кромке льда рубкой и носовой частью в местах, где установлены антенны приемников СНС, ввод этих антенн в искусственно образованные полости во льду, при этом освобождаются полости от воды и принимаются на "сухие" антенны сигналы космического аппарата, по которым определяют обсервованные координаты мест размещения указанных антенн и по полученным данным определяют расчетным путем поправку к истинному курсу, вырабатываемому ИНС подводного объекта. При этом при нахождении АНПА на одной вертикальной линии с обеспечивающим судном (подводной лодкой) эти поправки могут вводиться и в ИНС АНПА при невозможности его всплытия по ледовым условиям.The essence of this method (patent RU 2342746) lies in the fact that in the method of under-ice reception of SNA signals, the underwater object is glazed to the bottom edge of the ice by the cockpit and bow in places where the antennas of the SNA receivers are installed, these antennas are inserted into artificially formed ice cavities, in this case, the cavities are freed from water and signals from the spacecraft are received on the “dry” antennas, which determine the observable coordinates of the locations of the indicated antennas and determine equal to the true rate generated by the ANN of the underwater object. Moreover, when the AUV is on the same vertical line with the supporting vessel (submarine), these amendments can be introduced into the ANA of the AUV if it is impossible to ascend under ice conditions.
Поскольку в сетевых СНС измерения проводятся одновременно по нескольким НИСЗ (которые выбираются из числа НИСЗ, находящихся над радиогоризонтом), то на обеспечивающем судне 1 имеется априорная информация о положении и движении всех НИСЗ, входящих в систему, которая уточняется при каждом сеансе связи. Так как при каждом сеансе связи каждый НИСЗ наряду с собственными эфемеридами ретранслирует на борт обеспечивающего судна эфемериды всех остальных НИСЗ системы, то в навигационном модуле обеспечивающего судна создается альманах о положении и движении всех НИСЗ, входящих в систему с прогнозом на пять недель, что позволяет заранее выбрать благоприятные условия для всплытия обеспечивающего судна как по ледовым условиям, так и по выбору из общей совокупности видимых НИСЗ рабочего созвездия для расчета для выбранной группы НИСЗ ожидаемых значений угловых координат, дальности и радиальной скорости.Since in the network SNA the measurements are carried out simultaneously for several NESSs (which are selected from among the NISS located above the radio horizon), then on the supplying
В предлагаемом техническом решении используется дальномерная система из восьми маяков-ответчиков, расположенных в точках с координатами φi, λi на глубине Hi. Бортовая аппаратура АНПА измеряет времена распространения гидроакустического сигнала для маяков ti, по которым определяются наклонные дальности Di. При известных заранее координатах маяков φi, λi, Hi и определенных дальностях Di на борту АПНА вычисляют его координаты φ0, λ0.The proposed technical solution uses a rangefinder system of eight transponder beacons located at points with coordinates φi, λi at depth Hi. AUVA on-board equipment measures the propagation times of the hydroacoustic signal for beacons ti, from which the inclined ranges Di are determined. With the coordinates of the beacons φi, λi, Hi known beforehand and certain distances Di on board the APNA, its coordinates φ0, λ0 are calculated.
При этом при каждой обсервации выделяются наиболее устойчивые сигналы от маяков-ответчиков, находящихся в рабочей зоне приема гидроакустических сигналов.At the same time, during each observation, the most stable signals from the transponder beacons located in the working area for receiving hydroacoustic signals are distinguished.
Формируемая на морском дне ГАНС имеет наклонную дальность связи с маяками-ответчиками не менее 10 км. Флуктуационная ошибка определения координат не превышает 10 м. Способ разделения маяков-ответчиков по каналам частотный. Диапазон рабочих частот 7-14 кГц. Автономность маяков-ответчиков по энергоресурсу с элементами питания «alkaline» LR20, емкостью 16 А·ч 3 года. Диаграмма направленности антенны - верхняя полусфера.The HANS formed on the seabed has an inclined communication range of at least 10 km with the transponder beacons. The fluctuation error in determining the coordinates does not exceed 10 m. The method of dividing the transponder beacons into channels is frequency. Range of working frequencies is 7-14 kHz. Autonomy of energy-responder beacons with alkaline LR20 batteries, 16 Ah · 3 years. The antenna pattern is the upper hemisphere.
Для реализации предлагаемого технического решения используется ИНС геометрического типа на электростатических гироскопах, посредством которой вырабатывают координаты АНПА, курс и составляющие вектора скорости по осям координат, динамические параметры - углы крена и дифферента АНПА, а также линейные скорости и ускорения. При этом математическая модель построена на основе метода протяженной коррекции с использованием информации от гидроакустического абсолютного лага, работающего в непрерывном режиме.To implement the proposed technical solution, a geometric type ANN is used on electrostatic gyroscopes, through which the coordinates of the AUV, the course and components of the velocity vector along the coordinate axes are generated, the dynamic parameters are the roll angles and trim of the AUV, as well as linear speeds and accelerations. In this case, the mathematical model is built on the basis of the method of extended correction using information from the absolute acoustic lag operating in a continuous mode.
На АНПА небольших размеров, вместо ИНС может быть установлен гирокомпас. В конкретной промышленной реализации использован гирокомпас типа «Гюйс», который представляет собой корректируемый гирокомпас, построенный на базе динамически настраиваемого гироскопа и кварцевых акселерометров.On AUVs of small size, instead of ANN, a gyrocompass can be installed. In a specific industrial implementation, the gyus gyrocompass was used, which is an adjustable gyrocompass built on the basis of a dynamically tuned gyroscope and quartz accelerometers.
Корректируемая инерциальная система (ИНС), используя информацию гироскопов и акселерометров, обеспечивает автономную выработку навигационных и динамических параметров движения морского объекта, используя корректирующую информацию спутниковой навигационной системы о координатах места объекта. В сложных условиях эксплуатации спутниковой системы, при сокращении орбитальной группировки космических аппаратов, реализуется резервный режим коррекции инерциальной системы по данным первичных измерений. Система работает таким образом, что по данным внешней информации и навигационных данных ИНС формируются сигналы коррекции системы, что повышает точность навигационных определений в штатных условиях функционирования.The corrected inertial system (ANN), using the information of gyroscopes and accelerometers, provides autonomous generation of navigation and dynamic parameters of the movement of the marine object, using the corrective information of the satellite navigation system about the coordinates of the object. In difficult operating conditions of the satellite system, while reducing the orbital constellation of spacecraft, a standby mode for inertial system correction is implemented according to primary measurements. The system works in such a way that according to external information and navigation data of the ANNs, system correction signals are generated, which increases the accuracy of navigation definitions under normal operating conditions.
Лаг для измерения относительной скорости представляет собой индукционный лаг, основанный на законе электромагнитной индукции и измеряющий модуль вектора относительной скорости (V) и угол дрейфа (β) АНПА (фиг.2, фиг.3). Аналогом лага является индукционный лаг - дрейфомер (Судовые измерители скорости. Под ред. Хребтова А.А., Л., Судостроение, 1978, с.52-54). При этом на наружной поверхности индукционного первичного преобразователя (датчика) скорости 22, размещают измерительные электроды 29, 30, 31, 32. Если АНПА движется без дрейфа (β=0), то направление потока воды будет параллельно диаметральной плоскости АНПА и оси симметрии датчика. При этом скорости обтекания потоком воды электродов 29, 30 и 31, 32 будут одинаковы, а значит, и разности потенциалов на этих электродах будут равны по величине и пропорциональны относительной скорости АНПА.The lag for measuring relative velocity is an induction lag based on the law of electromagnetic induction and measuring the modulus of the relative velocity vector (V) and the drift angle (β) of the AUV (FIG. 2, FIG. 3). An analog of the lag is an induction lag - drift meter (Ship speed meters. Edited by A. A. Khrebtov, L., Sudostroenie, 1978, p.52-54). At the same time, measuring
При наличии дрейфа симметрия поля скоростей потоков, обтекающих датчик 22, нарушается. Скорости обтекания со стороны электродов 29, 30 увеличатся, а со стороны электродов 31, 32 уменьшатся. Разности потенциалов на электродах 29, 31 и 30, 32 будут отличны друг от друга, и это различие будет тем больше, чем больше будет угол дрейфа АНПА.In the presence of a drift, the symmetry of the velocity field of the flows flowing around the
Информацию, вырабатываемую лагом 10 и магнитным компасом 13, используют для определения счислимых координат, в случаях отсутствия информации от других технических средств навигации.The information generated by the
При размещении еще двух пар электродов по бортам АНПА в носовой и кормовой частях, при погружении АНПА без хода можно измерить скорость погружения АНПА в вертикальной плоскости, что позволит заблаговременно исключить возникшую неблагоприятную тенденцию увеличения скорости погружения АНПА в придонных слоях водной среды, путем введения в алгоритмы автоматического управления вертикальной скорости Vz.When two more pairs of electrodes are placed on the sides of the AUV in the bow and stern parts, when the AUV is immersed without running, it is possible to measure the AUV rate of immersion in a vertical plane, which will allow to eliminate in advance the unfavorable tendency to increase the AUV rate of immersion in the bottom layers of the aquatic environment by introducing algorithms Automatic vertical speed control Vz.
Измерение скорости погружения АНПА в вертикальной плоскости, при решении задач оценивания координат АНПА, инструментально не производится, а выполняется путем восстановления, как неизмеряемых координат посредством фильтра Калмана, с помощью уравнения Риккати, решение которого в реальном времени на бортовых вычислителях затруднено ввиду большой размерности (Решение задачи оценивания координат подводных аппаратов / Л.В.Евстигнеева, Г.Э.Острецов, Н.Н.Тарасов, М.Г. Тахтамышев // Судостроение, 2010, №1, с.38-39).Measuring the speed of immersion of the AUV in the vertical plane, when solving the problems of estimating the coordinates of the AUV, is not performed instrumentally, but is carried out by reconstructing, as unmeasured coordinates, using the Kalman filter, using the Riccati equation, whose solution in real time on-board computers is difficult due to the large dimension (Solution problems of estimating the coordinates of underwater vehicles / L.V. Evstigneeva, G.E. Ostretsov, N.N. Tarasov, M.G. Takhtamyshev // Shipbuilding, 2010, No. 1, p. 38-39).
Измеритель скорости звука 19 в морской среде выполнен в виде циклического скоростемера, который представляет собой замкнутое через морскую воду акустическое кольцо синхронизации, образованное двумя акустическими преобразователями (излучающий преобразователь) и (приемный преобразователь), усилителем и импульсным генератором, запускаемым по сигналам с выхода усилителя. Частота следования импульсов в подобном кольце пропорциональна скорости звука в воде. В частотном дискриминаторе эта частота следования сравнивается с частотой излучаемого гидроакустическими средствами (гидроакустического лага или эхолота, или профилографа, или гидролокатора бокового обзора, или бортовым приемо-передатчиком ГАНС) сигнала, который представляет собой гармонику сигнала в кольце. При изменении скорости звука в воде на выходе частотного дискриминатора появляется управляющее напряжение того или иного знака, изменяющее соответствующим образом частоту излучаемого гидроакустическим средством сигнала. При этом автоматически поддерживается постоянной длина волны колебаний, излучаемых тем или иным гидроакустическим средством. Делитель частоты соединен своим входом с выходом генератора, управляемого напряжением, который своим входом соединен с выходом частотного дискриминатора, а своим выходом соединен с усилителем мощности излучаемого сигнала. (Судовые измерители скорости. Под ред. Хребтова А.А., Л., Судостроение, 1978, с.133).The
Излучающий и приемный преобразователи измерителя скорости звука 19 в морской среде установлены на корпусе АНПА на горизонте излучающих и приемных антенн гидроакустических средств.The radiating and receiving transducers of the
Электронная картографическая навигационная информационная система (ЭКНИС) представляет собой ЭКНИС типа «СОЭНКИ 4000-19» (Судостроение, №4, 2010, с.54) и предназначена за контролем передвижения АНПА при производстве исследовательских работ в прибрежной зоне, в надводном положении.The Electronic Cartographic Navigation Information System (ECDIS) is an ECDIS of the "SOENKI 4000-19" type (Shipbuilding, No. 4, 2010, p. 54) and is designed to control the movement of AUVs during research work in the coastal zone, in the surface.
Видеоплоттер подключен к штатным гидроакустическим средствам (эхолоту, гидролокатору бокового обзора) обеспечивающего судна, и при нахождении АНПА в зоне действия этих средств оператор получает изображение о местонахождении АНПА относительно дна и обеспечивающего судна. Аналогом является панорамный эхолот-видеоплоттер типа ПЭВ-К (В.А.Воронин, С.П.Тарасов, В.И.Тимошенко. ЭКНИС и видеоплоттер входят в состав судовой аппаратуры управления, обработки и отображения информации 4.The video plotter is connected to standard sonar equipment (echo sounder, side-scan sonar) of the providing vessel, and when the AUV is in the range of these means, the operator receives an image of the AUV location relative to the bottom and the supply vessel. An analogue is a panoramic sounder-video plotter of the PEV-K type (V.A. Voronin, S.P. Tarasov, V.I. Timoshenko. ECDIS and video plotters are part of the shipboard equipment for managing, processing and displaying
Гидроакустические параметрические системы. Ростов-на-Дону, Ростиздат. 2004, с.302-307).Hydroacoustic parametric systems. Rostov-on-Don, Rostizdat. 2004, p.302-307).
Система управления движением подводного аппарата (СУД ПА) предназначена для автоматического, дистанционного и аварийного управления движением ПА по курсу, глубине, а также для управления его дифферентом.The motion control system of the underwater vehicle (VESSEL PA) is designed for automatic, remote and emergency control of the PA movement at the heading, depth, and also for controlling its trim.
Аналогами гидроакустических средств зондирования (многолучевой эхолот, профилограф, гидролокатор бокового обзора) являются аналогичные средства, приведенные в кн. Воронин В.А., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Гидроакустические параметрические системы. Ростов-на-Дону, Ростиздат, 2004. - 400 с.Analogs of sonar sounding aids (multi-beam echo sounder, profilograph, side-scan sonar) are similar means given in the book. Voronin V.A., Tarasov S.P., Timoshenko V.I. Hydroacoustic parametric systems. Rostov-on-Don, Rostizdat, 2004 .-- 400 p.
При конкретной практической реализации применены многолучевой эхолот типа «R2Sonic 2022» с центральным лучом 1 градус, профилограф с линейно-частотной модуляцией типа «Chirp» с глубиной проникновения под поверхность дна около 200 м, батиметрический гидролокатор типа «Benthos C3D» с шириной полосы обзора 1,2 км.For a specific practical implementation, a multi-beam echo sounder of the R2Sonic 2022 type with a central beam of 1 degree, a linear frequency modulation profilograph of the Chirp type with a penetration depth of about 200 m below the bottom surface, and a Benthos C3D bathymetric sonar with a viewing bandwidth of 1 are used , 2 km.
Система управления движением АНПА (СУД АНПА) предназначена для автоматического, дистанционного и аварийного управления движением АНПА по курсу, глубине, а также для управления его дифферентом.The AUV motion control system (AUV court) is designed for automatic, remote and emergency control of AUV movement according to course, depth, and also for controlling its trim.
Управление маневрированием АНПА и его пространственное движение условно разделяют на движение в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В качестве критерия динамической устойчивости используют критерий:AUV maneuvering control and its spatial movement are conventionally divided into movement in the vertical and horizontal planes. As a criterion of dynamic stability, use the criterion:
, ,
где Cy, - гидродинамические коэффициенты момента подъемной силы и момента демпфирования соответственно;where C y - hydrodynamic coefficients of the moment of lifting force and the moment of damping, respectively;
где M - масса АНПА; D - полное водоизмещение; L - длина АНПА.where M is the mass of AUV; D is the total displacement; L is the length of the AUV.
АНПА динамически устойчив при отрицательной величине коэффициента x. При x=0 АНПА динамически нейтрален. При x>0 ПА динамически неустойчив. Высокие скорости движения и сравнительно небольшие глубины погружения современных АНПА обеспечивают его динамическую устойчивость при движении в вертикальной плоскости. При движении в горизонтальной плоскости явление неустойчивости АНПА не грозит пагубными последствиями, такими как возможность его провала за рабочую глубину. Однако АНПА обладают инверсной скоростью, при которой АНПА не управляется кормовыми горизонтальными рулями (ГР). В этом случае центр давления ГР проходит через центр балансировки. При сравнительно высоких скоростях хода положительная перекладка рулей приводит к погружению АНПА. На малых скоростях та же перекладка становится причиной всплытия АНПА. Для современных АНПА инверсная скорость обычно составляет 1,5…4 уз. Для носовых ГР инверсная скорость не имеет значения, т.к. они расположены вне центра перемещения балансировки.AUV is dynamically stable at a negative value of the coefficient x. At x = 0, the AUV is dynamically neutral. For x> 0, PA is dynamically unstable. High speeds and relatively small immersion depths of modern AUVs provide its dynamic stability when moving in a vertical plane. When moving in the horizontal plane, the instability phenomenon of the AUV does not threaten detrimental consequences, such as the possibility of its failure for the working depth. However, the AUVs have an inverse speed at which the AUVs are not controlled by aft horizontal rudders (GR). In this case, the center of pressure of the GR passes through the center of balancing. At relatively high speeds, a positive shift of the rudders leads to the immersion of the AUV. At low speeds, the same shifting causes the emergence of the AUV. For modern AUVs, the inverse speed is usually 1.5 ... 4 knots. For nasal GRs, the inverse speed does not matter, because they are located outside the center of movement of the balancing.
В ходе проведения исследовательских работ с использованием АНПА в процессе пространственной циркуляции совершается маневрирование АНПА по курсу, с одновременным движением в поперечной плоскости по крену. При этом при появлении угла дрейфа возникает поперечное обтекание АНПА, при котором появляются возмущающие гидродинамические силы в вертикальной плоскости, меняются условия балансировки АНПА и возникает необходимость стабилизации АНПА по глубине.During research using the AUV in the process of spatial circulation, AUU maneuvering along the course is performed, with simultaneous movement in the transverse plane along the roll. In this case, when a drift angle appears, a transverse flow around the AUV occurs, at which disturbing hydrodynamic forces appear in the vertical plane, the conditions for balancing the AUV change, and there is a need to stabilize AUV in depth.
Также была выявлена структурная неустойчивость движения АНПА, установлена существенная зависимость кренящих моментов от знака балансировочных углов дифферента и кормовых горизонтальных рулей при циркуляции, что требует координированного управления перьями вертикальных и горизонтальных рулей АНПА при пространственной циркуляции. При циркуляции в подводном положении современные АНПА имеют внутренний крен, вызванный превышением центра давления над центром тяжести из-за наличия выступающих конструктивных элементов корпуса, например рубки. При этом угол крена АНПА может достигать 30…35° в начальный период выполнения маневра и 7…10° на установившейся циркуляции.The structural instability of the AUV movement was also revealed, a significant dependence of the heeling moments on the sign of the balancing angles of the trim and the stern horizontal rudders during circulation was found, which requires coordinated control of the feathers of the vertical and horizontal rudders of the AUV during spatial circulation. When circulating in the underwater position, modern AUVs have an internal roll caused by the excess of the center of pressure over the center of gravity due to the presence of protruding structural elements of the hull, for example, cutting. In this case, the angle of heel of the AUV can reach 30 ... 35 ° in the initial period of the maneuver and 7 ... 10 ° in the steady circulation.
При пространственном маневрировании АНПА осуществляется одновременный переход по курсу и глубине при координированном управлении креном. Основной критерий при пространственном маневрировании - быстродействие переходных процессов по курсу и глубине при наложении ограничений на текущие координаты по углу крена и дифферента. Кроме того, требуется обеспечить выход АНПА на заданную глубину и курс с определенной величиной перерегулирования, не превышающей заданные параметры. Натурные испытания АНПА показали, что наблюдается существенное влияние кренящих моментов как на устойчивость процесса стабилизации АНПА, так и на динамику пространственных маневров. Координированное управление рулями при пространственном маневрировании позволило повысить на 40…60% быстродействие управления АНПА для сильных маневров по глубине, углы дифферента АНПА при подводном маневрировании достигают 20…30°, а скорость погружения или всплытия 6…9 м/с.With spatial maneuvering of the AUV, a simultaneous transition along the course and depth is carried out with the coordinated roll control. The main criterion for spatial maneuvering is the speed of transient processes along the course and depth when imposing restrictions on the current coordinates by the angle of heel and trim. In addition, it is required to ensure the output of the AUV to a given depth and course with a certain amount of overshoot that does not exceed the specified parameters. Full-scale tests of AUVs showed that there is a significant influence of heeling moments both on the stability of the AUVU stabilization process and on the dynamics of spatial maneuvers. Coordinated steering control during spatial maneuvering made it possible to increase the AUV control performance for strong depth maneuvers by 40 ... 60%, AUA trim angles during underwater maneuvering reach 20 ... 30 °, and the speed of immersion or
Возможны три случая маневрирования ПА по курсу, в которых предполагается:There are three cases of maneuvering the PA at the rate in which it is assumed:
1) наличие запаса по мощности ГЭУ;1) the availability of power reserve of the power plant;
2) отсутствие запаса по мощности ГЭУ;2) lack of power reserve for power plants;
3) движение на минимальной скорости хода.3) movement at minimum speed.
В первом случае необходимо увеличение скорости до значения, обеспечивающего оптимальное маневрирование АНПА с учетом ограничений на углы перекладки. Во втором случае требуется снижение скорости хода до значения, соответствующего максимально возможной угловой скорости циркуляции при ограничении на кладку нижнего пера ВР. В третьем случае возникает необходимость форсированного увеличения скорости хода АНПА при циркуляции с одновременным выходом в конце переходного периода по заданным значениям курса и скорости хода. Эти мероприятия обеспечивают сокращение времени выхода на заданный курс на 30…50%. В целом координированное управление рулями и оборотами главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА) существенно повышает маневренные характеристики АНПА.In the first case, it is necessary to increase the speed to a value that ensures optimal maneuvering of the AUV, taking into account restrictions on the angles of shift. In the second case, it is necessary to reduce the speed to a value corresponding to the maximum possible angular velocity of circulation, while restricting the laying of the lower pen of BP. In the third case, there is a need for a forced increase in the speed of the AUV during circulation with a simultaneous exit at the end of the transition period according to the set course and speed values. These measures provide a reduction in time to reach a given course by 30 ... 50%. In general, the coordinated control of the rudders and revolutions of the main turbo-gear unit (GTZA) significantly increases the maneuverability of the AUV.
При движении АНПА на малых скоростях хода в целях обеспечения его форсированного выхода на глубину, позволяющую использовать спутниковый канал связи, возникает задача совместного управления рулями и цистернами вспомогательного и специального балласта. Управление рулями строится по бездифферентной схеме, при которой кормовые рули стабилизируют дифферент АНПА, а носовые рули, совместно с управлением плавучестью балластных цистерн, создают подъемную или топящую силу для маневрирования АНПА по глубине. Совместное управление плавучестью и рулями позволило повысить быстродействие АНПА при управлении глубиной погружения и в целом существенно улучшить его маневренные характеристики на малых скоростях.When AUV moves at low speeds in order to ensure its forced exit to a depth that allows the use of a satellite communication channel, the problem arises of joint control of rudders and tanks of auxiliary and special ballast. The control of the rudders is based on an undifferentiated scheme, in which the stern rudders stabilize the AUV trim, and the nasal rudders, together with the control of the buoyancy of ballast tanks, create a lifting or drowning force for maneuvering the AUV in depth. Joint management of buoyancy and rudders made it possible to increase the speed of the AUV while controlling the depth of immersion and, on the whole, to significantly improve its maneuverability at low speeds.
Стабилизация невозмущенного движения включает режим плавания дифферентованного АНПА на больших глубинах, где практически отсутствует влияние взволнованной поверхности моря, придонных течений. В целом, в этом режиме плавания влияние внешних возмущающих воздействий не соизмеримо с эффективностью регулирующих органов, в качестве которых используются горизонтальные и вертикальные рули с разрезной конструкцией баллера. В данном режиме плавания осуществляется автоматическая стабилизация угловых пространственных координат движения АНПА: крена, дифферента, курса и глубины погружения. В зависимости от скорости хода АНПА рули подключаются к управлению в различном сочетании, определяемом условиями эксплуатации АНПА. В частности, стабилизация курса осуществляется на максимальных скоростях хода в подводном положении с использованием верхнего пера руля, либо верхнего и нижнего пера руля, в надводном положении - с использованием нижнего пера вертикального руля.Stabilization of the unperturbed movement includes the regime of swimming of the differentiated AUV at great depths, where the influence of the excited sea surface and bottom currents is practically absent. In general, in this swimming mode, the influence of external disturbances is not commensurate with the effectiveness of regulatory bodies, which are used as horizontal and vertical rudders with a split construction of the balloon. In this swimming mode, automatic stabilization of the angular spatial coordinates of the AUV movement is performed: roll, trim, course and depth of immersion. Depending on the speed of the AUV, the rudders are connected to the control in a different combination, determined by the operating conditions of the AUV. In particular, the stabilization of the course is carried out at maximum speeds underwater using the upper feather of the steering wheel, or the upper and lower feathers of the steering wheel, in the surface position - using the lower feather of the vertical steering wheel.
Стабилизация крена осуществляется при использовании кормовых, носовых и вертикальных рулей раздельно и совместно со стабилизацией курса и глубины погружения. Стабилизация дифферента осуществляется с использованием кормовых больших и малых горизонтальных рулей. Стабилизация глубины погружения осуществляется с использованием больших и малых кормовых горизонтальных рулей совместно с носовыми рулями. Бездифферентное управление АНПА обеспечивается использованием носовых рулей по глубине, а кормовых рулей по дифференту. На средних и малых скоростях хода на АНПА начинают влиять внешние возмущения, такие как обжатие корпуса, изменение плотности морской воды, течения моря и т.п., приводящие к раздифферентовке АНПА по силе и моменту.The stabilization of the roll is carried out using aft, bow and vertical rudders separately and together with stabilization of the course and depth of immersion. Trim stabilization is carried out using aft large and small horizontal rudders. Stabilization of the immersion depth is carried out using large and small aft horizontal rudders together with bow rudders. The differential control of the AUV is ensured by the use of bow rudders in depth, and stern rudders by trim. At medium and low speeds, external disturbances, such as compression of the hull, changes in the density of sea water, sea currents, etc., begin to influence the AUV, leading to differentiation of the AUV in terms of force and moment.
При плавании на небольшой глубине от поверхности воды, серьезной проблемой становится обеспечение устойчивой стабилизации глубины и дифферента АНПА. Это обусловлено влиянием взволнованной поверхности моря, воздействием экранных сил, зависящих от глубины погружения, скорости хода и курсового угла движения к направлению распространения волн, существенно меняющих устойчивость стабилизации АНПА [3, 4]. В связи с неопределенностью спектральных характеристик волнения, значений положительной нормальной силы, способствующей выбрасыванию АНПА на поверхность, при всплытии на малую глубину практически невозможна точная дифферентовка АНПА по силе и моменту. Это приводило к срыву режима стабилизации, подвсплытию АНПА, оголению винтов при изменении дифферента. При этом исследования показали, что введение носовых горизонтальных рулей для стабилизации АНПА на перископной глубине обеспечивает устойчивость стабилизации АНПА в целом. Однако влияние волновых помех приводит к уменьшению компенсационных возможностей носовых рулей, и устойчивость резко снижается. При волнении ухудшается управляемость АНПА в надводном положении, и, в частности, при изменении курса возникают большие перерегулирования относительно нового курса.When swimming at a shallow depth from the surface of the water, ensuring stabilization of the depth and trim of the AUV becomes a serious problem. This is due to the influence of the excited surface of the sea, the influence of screen forces, which depend on the depth of immersion, speed and course angle of movement to the direction of wave propagation, which significantly change the stability of ANPA stabilization [3, 4]. Due to the uncertainty of the spectral characteristics of the waves, the values of the positive normal force that contributes to the ejection of the AUV to the surface, when surfacing to a shallow depth, it is practically impossible to accurately differentiate the AUV in terms of force and moment. This led to the failure of the stabilization mode, sub-floatation of the AUV, exposure of the screws when changing the trim. At the same time, studies have shown that the introduction of horizontal nasal rudders to stabilize the AUV at the periscopic depth ensures the stability of the AUV stabilization as a whole. However, the influence of wave interference leads to a decrease in the compensatory capabilities of the nasal rudders, and stability is sharply reduced. With agitation, the controllability of the AUV in the surface position worsens, and, in particular, when the course changes, large overshoots arise relative to the new course.
Специфика применения способа всплытия "без хода" для приледнения АНПА в высокоширотных акваториях относит этот режим плавания к числу наиболее важных. Особенность построения алгоритмов управления заключается в необходимости обеспечения требуемого запаса устойчивости стабилизации при существенном влиянии сил обжатия прочного корпуса АНПА, всплытия с регулируемой скоростью изменения глубины погружения и учета дифферентующих моментов АНПА, вызванных смещением плеча цистерн управления плавучестью относительно его центра тяжести.The specifics of the use of the “no-go” ascent method for ice-covered AUV in high-latitude water areas makes this swimming regime one of the most important. The peculiarity of constructing control algorithms is the need to ensure the required margin of stability of stabilization with a significant influence of the compression forces of the durable AUV body, the ascent with an adjustable rate of change in the depth of immersion, and taking into account the differentiating moments of the AUV caused by the displacement of the shoulder of the buoyancy control tanks relative to its center of gravity.
Для управления движением АНПА на обеспечивающем судне организуется пост управления движением автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), который включает (фиг.2) пульт 33 управления глубиной при отсутствии скорости хода АНПА; прибор отображения информации 34 о рекомендованных значениях курса и глубины; указатель крена 35; указатель курса 36; указатель положения вертикального руля 37; указатель положения большого кормового горизонтального руля 38; указатель положения носового горизонтального руля 39; указатель положения малого кормового горизонтального руля 40; указатель глубины (0…60 м) 41; указатель глубины под килем 42; указатель дифферента 43; пульт управления движением 44 АНПА в нормальных режимах эксплуатации; пульт управления движением 45 АНПА в аварийных ситуациях, индикаторную панель 46 для отображения заданных и текущих навигационных параметров АНПА, картографической и топографической информации.To control the movement of the AUV on the supplying vessel, a post for controlling the movement of an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) is organized, which includes (Fig. 2) a
Маневрирование АНПА в пространстве при наличии скорости хода обеспечивают рулевые комплексы. Для более эффективного управления рули максимально удалены от корпуса АНПА. В зависимости от места расположения рули могут быть кормовыми, носовыми, средними и рубочными (при наличии рубки). В свою очередь, кормовые рули подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные рули обеспечивают управление курсом АНПА, горизонтальные рули - дифферентом и глубиной погружения. Применение на АНПА двух пар горизонтальных рулей объясняется, прежде всего, наличием инверсионной скорости хода. При этом значении скорости и более низких скоростях управление АНПА с помощью кормовых горизонтальных рулей становится невозможным. В таких случаях управление производится носовыми горизонтальными рулями.Maneuvering AUVs in space in the presence of speed provide steering systems. For more efficient steering, the rudders are as far removed as possible from the AUV body. Depending on the location of the steering wheels can be aft, bow, middle and chopping (if chopping). In turn, the aft steering wheels are divided into vertical and horizontal. Vertical rudders provide control over the AUV course, horizontal rudders provide trim and immersion depth. The use of two pairs of horizontal rudders on the AUV is explained, first of all, by the presence of an inverse speed. With this speed value and lower speeds, control of the AUV with the help of aft horizontal rudders becomes impossible. In such cases, the control is performed by horizontal bow rudders.
Функционально система управления движением представляет собой совокупность следующих подсистем:Functionally, the motion control system is a combination of the following subsystems:
- подсистема нормального управления на ходу, осуществляющая формирование алгоритмов нормального управления как автоматического, так и дистанционного;- a subsystem of normal control on the go, carrying out the formation of normal control algorithms both automatic and remote;
- подсистема противоаварийного управления, осуществляющая алгоритмы выявления аварийных ситуаций, выработку рекомендаций по локализации аварийных ситуаций и выработку управляющих воздействий на исправные технические средства;- emergency control subsystem that implements emergency detection algorithms, develops recommendations for localizing emergencies, and develops control actions for operational equipment;
- подсистема управления глубиной при отсутствии хода;- depth control subsystem in the absence of progress;
- локальная система управления, осуществляющая по управляющим сигналам от подсистемы нормального и противоаварийного управления выработку сигналов управления на исполнительные органы.- a local control system that generates control signals to the executive bodies based on control signals from the normal and emergency control subsystem.
Подсистема нормального управления представляет собой двух- или трехканальную систему (в зависимости от проекта АНПА и принятого на нем числа каналов, а также гидравлики управления рулевой машиной). При этом число каналов решающей части во всех случаях одинаково и составляет три. Подсистема управления глубиной погружения в режиме стабилизации глубины "без хода" представляет собой одноканальную систему автоматического и дистанционного управления.The normal control subsystem is a two- or three-channel system (depending on the AUV project and the number of channels adopted on it, as well as the steering hydraulics). Moreover, the number of channels of the decisive part is the same in all cases and is three. The subsystem for controlling the depth of immersion in the stabilization depth mode "without stroke" is a single-channel automatic and remote control system.
Структура алгоритмов управления имеет следующий вид:The structure of control algorithms is as follows:
а) but)
где ψ'=ψ-ψзад - рассогласование по дифференту; kψ, - коэффициенты регулирования.where ψ '= ψ-ψ ass is the difference in trim; k ψ , - regulation factors.
Этот вид управления обеспечивает стабилизацию дифферента:This type of control stabilizes the trim:
б) b)
где Δη - рассогласование по глубине; kψA, - коэффициенты регулирования,where Δη is the mismatch in depth; k ψA , - regulation factors,
где - сигнал управления по глубине кормовых горизонтальных рулей; - сигнал управления по глубине носовых горизонтальных рулей; , , - коэффициенты регулирования.Where - a control signal for the depth of the horizontal aft steering wheels; - a control signal for the depth of the horizontal nasal rudders; , , - regulation factors.
Автоматическое управление с помощью кормовых горизонтальных рулей осуществляется на основе алгоритмов (9) и (10) и обеспечивает устойчивое управление с требуемым качеством в режимах стабилизации и маневрирования. Автоматическое управление глубиной с помощью носовых горизонтальных рулей осуществляется на основе алгоритма (11). Одновременное использование кормовых горизонтальных рулей по алгоритму (11) позволит получить новое качество - управление с малым дифферентом (2…3°), определяемым статическими свойствами алгоритма (8).Automatic control using aft horizontal rudders is based on algorithms (9) and (10) and provides stable control with the required quality in stabilization and maneuvering modes. Automatic depth control with the help of bow horizontal rudders is carried out on the basis of algorithm (11). The simultaneous use of aft horizontal rudders according to the algorithm (11) will allow to obtain a new quality - control with a small trim (2 ... 3 °), determined by the static properties of the algorithm (8).
в) управление курсом осуществляется с помощью вертикальных рулей на основе алгоритма:c) course control is carried out using vertical rudders based on the algorithm:
где kφ, , k∫ - коэффициенты регулирования.where k φ , k ∫ - regulation coefficients.
Система управления движением подводного аппарата (СУД ПА) предназначена для автоматического, дистанционного и аварийного управления движением ПА по курсу, глубине, а также для управления его дифферентом и включает следующие узлы и механизмы (фиг.3): блок управления 47, блок усилителей 48, измеритель глубины 19, навигационно-пилотажные датчики 12, включающие измерители крена 49 и дифферента 50, приборы обратной связи 51 носового горизонтального руля, соединительные коробки 52, золотник 53 аварийного управления, золотник 54 управления, приборы обратной связи 55 вертикальных рулей, гидропривод 56 с краном-манипулятором, приборы обратной связи 57 системы стабилизации без хода, гидравлический привод 58 вертикальных рулей 59, гидравлический привод 60 горизонтальных рулей 61, предсказатель 62, золотник 63 переключения, прибор обратной связи 64 кормового горизонтального руля 65, цистерны 66 стабилизации без хода.The motion control system of the underwater vehicle (SUD PA) is designed for automatic, remote and emergency control of the movement of the PA in the course, depth, and also for controlling its trim and includes the following components and mechanisms (Fig. 3):
Основные функции системы и, соответственно, основные каналы: управление движением по курсу; управление движением по глубине; стабилизация заданного дифферента; стабилизация глубины без хода.The main functions of the system and, accordingly, the main channels: traffic control on the course; depth movement control; stabilization of a given trim; depth stabilization without stroke.
В каждом канале управления осуществляются следующие виды управления:The following types of control are carried out in each control channel:
- автоматическое управление (АУ);- automatic control (AU);
- дистанционное управление (ДУ);- remote control (DU);
- аварийное управление (АВУ).- emergency management (AVU).
Между перечисленными видами управления существует определенная система приоритетов, которую необходимо иметь в виду при эксплуатации. Смысл ее заключается в следующем. Во-первых, в качестве основного режима управления в системе принят режим автоматического управления. Этот режим используется в подавляющем большинстве случаев. Однако если в режиме АУ оператор примет управление "на себя" одновременно с действием автоматики (т.е. начнет осуществлять дистанционное управление), то регулирующие органы (рули) будут реагировать на сигналы ДУ, а не АУ. В то же время, если при включенном режиме АУ или ДУ производим аварийное управление рулями, то рули не будут реагировать на сигналы АУ или ДУ. Таким образом, режим аварийного управления обладает наивысшим приоритетом по сравнению со всеми остальными; в то же время режим автоматического управления оказывается основным по использованию.Between the listed types of management, there is a certain system of priorities that must be kept in mind during operation. Its meaning is as follows. Firstly, the automatic control mode is adopted as the main control mode in the system. This mode is used in the vast majority of cases. However, if in the AU mode the operator will take control "upon himself" simultaneously with the action of the automation (ie, will begin to carry out remote control), then the regulatory bodies (rudders) will respond to the remote control signals, not the AU. At the same time, if the rudders are in emergency control when the AU or DU mode is on, the rudders will not respond to AU or DU signals. Thus, emergency control mode has the highest priority compared to all others; at the same time, the automatic control mode turns out to be the main one for use.
По характеру используемых источников энергии система является электрогидравлической. Это означает, что функционально СУД состоит из двух частей - электрической и гидравлической. Электрическая часть представляет собой электронную схему формирования сигнала управления, который, воздействуя на гидравлическую часть, осуществляет изменение положения регулирующих органов.By the nature of the energy sources used, the system is electro-hydraulic. This means that functionally the COURT consists of two parts - electrical and hydraulic. The electrical part is an electronic circuit for generating a control signal, which, acting on the hydraulic part, changes the position of regulatory bodies.
Поскольку в системе управления движением АНПА используются классические принципы построения САУ, в частности принцип регулирования "по отклонению", в ее состав входят все функциональные элементы, присущие такой системе: объект регулирования; датчик и задатчик регулируемой величины; суммирующее устройство (сумматор); усилитель; исполнительный механизм; исполнительные органы.Since the AUVA motion control system uses the classical principles of ACS construction, in particular the “deviation” regulation principle, it includes all the functional elements inherent in such a system: regulation object; sensor and adjuster; summing device (adder); amplifier; actuating mechanism; executive bodies.
Функциональная схем СУД АНПА приведена на фиг.5. АНПА-9, рули 78; датчики соответственно заданных значений дифферента 79, курса 80, глубины погружения 81, датчики обратной связи текущих значений глубины погружения 82, курса 83, дифферента 84, скорости 85, положения горизонтальных рулей 86, положения вертикальных рулей 87, суммирующее устройство 88, вычислитель 89, блок суммарного электрического сигнала управления 90, электрогидравлический преобразователь 91.Functional schemes of the AUVA COURT are shown in Fig.5. ANPA-9,
Объект регулирования системы - АНПА-9; его регулируемыми параметрами, в зависимости от режима работы, могут быть: глубина погружения, курс, дифферент. Их текущие значения вырабатывают соответствующие датчики. Напряжение, пропорциональное текущему значению регулируемых параметров, поступает на суммирующее устройство (СУ). Это устройство вырабатывает сигнал в виде электрического напряжения, пропорциональный разности текущего и заданного значения регулируемой величины (сигнал рассогласования).The object of regulation of the system is ANPA-9; its adjustable parameters, depending on the operating mode, can be: immersion depth, course, trim. Their current values are generated by the corresponding sensors. A voltage proportional to the current value of the adjustable parameters is supplied to the summing device (CS). This device generates a signal in the form of an electrical voltage proportional to the difference between the current and the setpoint value of the controlled variable (mismatch signal).
В качестве датчика регулируемой величины служит линейный вращающийся трансформатор, разворотом ротора которого оператор задает требуемое значение с пульта управления в соответствии со значениями дифферента 79, курса 80, глубины погружения 81. Сформированный суммирующим устройством 88 сигнал рассогласования поступает в вычислительное устройство (вычислитель 89) вместе с другими параметрами, необходимыми для формирования сигнала управления исполнительными органами.A linear rotary transformer is used as a controlled variable sensor, by turning the rotor of which the operator sets the required value from the control panel in accordance with the values of the trim 79,
Вычислительное устройство (ВУ) предназначено для формирования закона управления объектом в виде суммарного электрического сигнала управления (СЭСУ). В ВУ поступают сигналы: текущей глубины погружения, текущего курса, угла поворота рулей и др. Вычислительное устройство формирует из этих сигналов величины их производных и интегралов, необходимых для формирования СЭСУ (блок суммарного электрического сигнала управления 90). Порядок формирования СЭСУ зависит от режима работы и управления, включенного в системе, и будет рассмотрен отдельно для каждой подсистемы. Сформированный СЭСУ усиливается по мощности и поступает через электрогидравлический преобразователь на исполнительный механизм.A computing device (WU) is intended to form an object control law in the form of a total electrical control signal (SESU). The VU receives signals: the current depth of immersion, the current course, the angle of rotation of the rudders, etc. The computing device generates from these signals the values of their derivatives and integrals necessary for the formation of the SESU (block of the total electrical control signal 90). The procedure for the formation of SESU depends on the mode of operation and control included in the system, and will be considered separately for each subsystem. Formed SESU is amplified by power and enters the actuator through an electro-hydraulic converter.
Исполнительный механизм (ИМ) системы предназначен для непосредственного управления исполнительными органами. Кроме того, он обеспечивает преобразование СЭСУ в гидравлический сигнал. Функционально ИМ состоит из гидравлического сервомотора (ГСМ), непосредственно воздействующего на рули АНПА. Исполнительные органы системы - горизонтальные и вертикальный рули, изменяющие положение АНПА в пространстве.The executive mechanism (IM) of the system is intended for direct control of executive bodies. In addition, it provides the conversion of SESU into a hydraulic signal. Functionally, the MI consists of a hydraulic servomotor (fuel), directly affecting the steering wheels of the AUV. The executive bodies of the system are horizontal and vertical rudders that change the position of the AUV in space.
Предлагаемая система навигации необитаемого подводного аппарата может быть реализована на основе узлов и элементов, измерительной аппаратуры, представленной на рынке.The proposed navigation system for uninhabited underwater vehicles can be implemented on the basis of components and elements, measuring equipment, available on the market.
Источники информацииInformation sources
1. Allen В., Austin Т., Forrester N. et al. Autonomous Docking Demonstrations with Enhanced REMUS Technology // Proc. of OCEANS'06 MTS/IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1.1. Allen B., Austin T., Forrester N. et al. Autonomous Docking Demonstrations with Enhanced REMUS Technology // Proc. of OCEANS'06 MTS / IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1.
2. Utley С, Lee H. Signal Processing Algorithms for High-Precision Three-Dimensional Navigation and Guidance of Unmanned Undersea Vehicles (UUV) // Proc. of OCEANS'06 MTS/IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1.2. Utley C, Lee H. Signal Processing Algorithms for High-Precision Three-Dimensional Navigation and Guidance of Unmanned Undersea Vehicles (UUV) // Proc. of OCEANS'06 MTS / IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1.
3. Grant M. de Goede, Donald Norris. Recovering Unmanned Undersea Vehicles With a Homing and Docking Sonar // Proc. of OCEANS 2005 MTS/IEEE. Washington, D.C., USA, 18-23 September 2005. USA CD-ROM. ISBN 0-933957-33-5.3. Grant M. de Goede, Donald Norris. Recovering Unmanned Undersea Vehicles With a Homing and Docking Sonar // Proc. of OCEANS 2005 MTS / IEEE. Washington, D.C., USA, September 18-23, 2005. USA CD-ROM. ISBN 0-933957-33-5.
4. Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Vaulin Yu.V., Scherbatyuk A.Ph. Algorithms of Autonomous Docking System Operation for Long Term AUV // Proc. of 14th Int. Symp. on Unmanned Untethered Submersible Technology (UUST05), Durham, New Hampshire, USA, August 21-24, 2005.4. Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Vaulin Yu.V., Scherbatyuk A.Ph. Algorithms of Autonomous Docking System Operation for Long Term AUV // Proc. of 14th Int. Symp on Unmanned Untethered Submersible Technology (UUST05), Durham, New Hampshire, USA, August 21-24, 2005.
5. Ваулин Ю.В., Инзарцев А.В., Матвиенко А.В., Павин A.M., Щербатюк А.Ф. Исследование работы элементов системы приведения автономного необитаемого подводного аппарата // Матер, междунар. науч.-техн. конф. «Технические проблемы освоения мирового океана». Владивосток, 14-17 сентября, 2005. Владивосток: Дальнаука, 2005. С.40-45.5. Vaulin Yu.V., Inzartsev A.V., Matvienko A.V., Pavin A.M., Shcherbatyuk A.F. Investigation of the operation of elements of a system for bringing an autonomous uninhabited underwater vehicle // Mater, Int. scientific and technical conf. "Technical problems of the development of the oceans." Vladivostok, September 14-17, 2005. Vladivostok: Dalnauka, 2005. P.40-45.
6. Киселев Л.В., Инзарцев А.В., Матвиенко Ю.В., Ваулин Ю.В. Навигация и управление в подводном пространстве // Мехатроника, автоматизация, управление 2004. №11. С.35-42.6. Kiselev L.V., Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V., Vaulin Yu.V. Navigation and control in the underwater space // Mechatronics, automation, control 2004. No. 11. S.35-42.
7. A.M.Павин. Автоматическое приведение автономного подводного робота к гидроакустическому маяку // Подводные исследования и роботехника. 2008 №5(1) с 32-38.7. A.M. Pavin. Automatic reduction of an autonomous underwater robot to a sonar beacon // Underwater research and robotics. 2008 No. 5 (1) from 32-38.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120525/28A RU2460043C1 (en) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120525/28A RU2460043C1 (en) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2460043C1 true RU2460043C1 (en) | 2012-08-27 |
Family
ID=46937878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011120525/28A RU2460043C1 (en) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460043C1 (en) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483327C2 (en) * | 2011-08-01 | 2013-05-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Integrated system for navigation and controlling movement for self-contained unmanned underwater vehicles |
RU2522168C2 (en) * | 2012-10-12 | 2014-07-10 | Долбунова Ирина Ивановна | Device for receipt of on-line data on underwater situation in global ocean |
RU2524052C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Method for providing navigation of self-contained underwater robot |
CN103955138A (en) * | 2014-04-15 | 2014-07-30 | 北京控制工程研究所 | Moving imaging satellite attitude control method based on incremental type drift angle |
RU2538440C2 (en) * | 2013-03-25 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Underwater situation presenting system |
RU2555479C2 (en) * | 2013-11-26 | 2015-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation |
RU2556326C1 (en) * | 2014-03-25 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Navigation method of submersible robot using single-beacon system |
RU2613342C1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-03-16 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП "ОРТИКС" | Compact navigation system of atmosphere radiosonde observation |
CN107757848A (en) * | 2017-11-16 | 2018-03-06 | 中科探海(苏州)海洋科技有限责任公司 | One kind can the underwater autonomous robot of formation work |
RU2677099C1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-01-15 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for calibrating errors of cardanless inertial system on electrostatic gyroscopes under conditions of orbital flight |
RU2713516C2 (en) * | 2018-05-29 | 2020-02-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for controlling route of unmanned underwater vehicle with possibility of removing technical information and device for realizing said method |
RU2714539C1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-02-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of navigation support of autonomous unmanned underwater vehicles |
RU2717578C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Method of determining geographic coordinates of an underwater object |
RU2725706C1 (en) * | 2019-11-18 | 2020-07-03 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method of scanning space by sonar for providing safe navigation of an autonomous unmanned underwater vehicle |
RU2733565C1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-10-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Robot system for survey of water area bottom |
RU2789714C1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method for checking the accuracy of navigation of an autonomous uninhabited underwater vehicle |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2084923C1 (en) * | 1995-01-11 | 1997-07-20 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАМ | Hydroacoustic long-range navigation system |
RU2119172C1 (en) * | 1992-12-17 | 1998-09-20 | Тома Юбер | Method of remote control over unmanned underwater craft and device for its implementation |
RU52197U1 (en) * | 2005-09-20 | 2006-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | SYSTEM OF CONTROL OF POSITION OF LOADED OBJECT OF MARINE EQUIPMENT |
EP1275012B1 (en) * | 2000-03-03 | 2010-09-08 | Atlas Elektronik Gmbh | Methods and systems for navigating under water |
US20110051555A1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-03 | Mitchell James B | System and Method for Determining Location of Submerged Submersible Vehicle |
RU102814U1 (en) * | 2010-08-31 | 2011-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | SYSTEM OF CONTROL OF POSITION OF LOADED OBJECT OF MARINE EQUIPMENT |
-
2011
- 2011-05-20 RU RU2011120525/28A patent/RU2460043C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2119172C1 (en) * | 1992-12-17 | 1998-09-20 | Тома Юбер | Method of remote control over unmanned underwater craft and device for its implementation |
RU2084923C1 (en) * | 1995-01-11 | 1997-07-20 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАМ | Hydroacoustic long-range navigation system |
EP1275012B1 (en) * | 2000-03-03 | 2010-09-08 | Atlas Elektronik Gmbh | Methods and systems for navigating under water |
RU52197U1 (en) * | 2005-09-20 | 2006-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | SYSTEM OF CONTROL OF POSITION OF LOADED OBJECT OF MARINE EQUIPMENT |
US20110051555A1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-03 | Mitchell James B | System and Method for Determining Location of Submerged Submersible Vehicle |
RU102814U1 (en) * | 2010-08-31 | 2011-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | SYSTEM OF CONTROL OF POSITION OF LOADED OBJECT OF MARINE EQUIPMENT |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ваулин Ю.В., Инзарцев А.В., Матвиенко А.В., Павин A.M., Щербатюк А.Ф. Исследование работы элементов системы приведения автономного необитаемого подводного аппарата. Материалы международной научно-технической конференции «Технические проблемы освоения мирового океана». - Владивосток, 14-17 сентября, 2005, Владивосток: Дальнаука, 2005, с.40-45. * |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483327C2 (en) * | 2011-08-01 | 2013-05-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Integrated system for navigation and controlling movement for self-contained unmanned underwater vehicles |
RU2522168C2 (en) * | 2012-10-12 | 2014-07-10 | Долбунова Ирина Ивановна | Device for receipt of on-line data on underwater situation in global ocean |
RU2524052C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Method for providing navigation of self-contained underwater robot |
RU2538440C2 (en) * | 2013-03-25 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Underwater situation presenting system |
RU2555479C2 (en) * | 2013-11-26 | 2015-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation |
RU2556326C1 (en) * | 2014-03-25 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Navigation method of submersible robot using single-beacon system |
CN103955138A (en) * | 2014-04-15 | 2014-07-30 | 北京控制工程研究所 | Moving imaging satellite attitude control method based on incremental type drift angle |
CN103955138B (en) * | 2014-04-15 | 2016-06-01 | 北京控制工程研究所 | A kind of dynamic middle imaging satellite attitude control method based on increment type drift angle |
RU2613342C1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-03-16 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП "ОРТИКС" | Compact navigation system of atmosphere radiosonde observation |
CN107757848A (en) * | 2017-11-16 | 2018-03-06 | 中科探海(苏州)海洋科技有限责任公司 | One kind can the underwater autonomous robot of formation work |
RU2677099C1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-01-15 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for calibrating errors of cardanless inertial system on electrostatic gyroscopes under conditions of orbital flight |
RU2713516C2 (en) * | 2018-05-29 | 2020-02-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for controlling route of unmanned underwater vehicle with possibility of removing technical information and device for realizing said method |
RU2714539C1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-02-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of navigation support of autonomous unmanned underwater vehicles |
RU2717578C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Method of determining geographic coordinates of an underwater object |
RU2725706C1 (en) * | 2019-11-18 | 2020-07-03 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method of scanning space by sonar for providing safe navigation of an autonomous unmanned underwater vehicle |
RU2733565C1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-10-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Robot system for survey of water area bottom |
RU2789714C1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method for checking the accuracy of navigation of an autonomous uninhabited underwater vehicle |
RU2793810C1 (en) * | 2023-01-17 | 2023-04-06 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Berthing device for receiving / releasing, storing, transporting and holding an autonomous unmanned underwater vehicle on the high seas |
RU2812089C1 (en) * | 2023-10-19 | 2024-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Hydroacoustic positioning and communication complex for navigation and information support of unmanned underwater vehicles |
RU2812006C1 (en) * | 2023-11-02 | 2024-01-22 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Control system for group of autonomous uninhabited underwater vehicles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2460043C1 (en) | Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle | |
US11072405B2 (en) | Autonomous underwater survey apparatus and system | |
CN108698677B (en) | Method for setting path of underwater vehicle, method for optimally controlling underwater vehicle using the same, and underwater vehicle | |
Ferreira et al. | Autonomous bathymetry for risk assessment with ROAZ robotic surface vehicle | |
Hegrenas et al. | Model-aided inertial navigation for underwater vehicles | |
Venkatesan | AUV for Search & Rescue at sea-an innovative approach | |
RU2483327C2 (en) | Integrated system for navigation and controlling movement for self-contained unmanned underwater vehicles | |
Stateczny et al. | Hydrodron—New step for professional hydrography for restricted waters | |
RU2483280C1 (en) | Navigation system | |
RU2563332C2 (en) | Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle | |
US20240118444A1 (en) | Autonomous surface and subsurface marine vehicle survey system, marine vehicle for same, and method of use | |
Braginsky et al. | Development of an autonomous surface vehicle capable of tracking autonomous underwater vehicles | |
RU2610149C1 (en) | Towed underwater vehicle, equipped with sonar equipment for detecting silting facilities and pipelines, and their subsequent monitoring | |
CN110333369B (en) | UUV DVL speed measurement system based on water surface GPS correction and self-adaptive denoising method | |
Stateczny et al. | Precise bathymetry as a step towards producing bathymetric electronic navigational charts for comparative (terrain reference) navigation | |
Lyon | The navigation of arctic polar submarines | |
JP2022145659A (en) | Coupling system between water surface relay machine and underwater vehicle, and operation method for the same | |
Brown et al. | An overview of autonomous underwater vehicle research and testbed at PeRL | |
CN117970248A (en) | Collaborative navigation positioning method for underwater vehicle based on accompanying acoustic beacon assistance | |
CN115390012B (en) | Multi-transponder coordinate measuring method, device and system for HOV (Hov) accurate positioning | |
KR102682319B1 (en) | Apparatus and method for controlling USV(Unmanned Surface Vehicle) for structural monitoring of offshore power plants | |
RU165915U1 (en) | SYSTEM OF AUTOMATIC WIRING OF VESSELS ON A PRESENT MOTION TRAJECTORY | |
Antonov et al. | Navigation and motion control systems of the autonomous underwater vehicle | |
Rasal | Navigation & control of an automated swath surface vessel for bathymetric mapping | |
Cadena | Development of a low cost Autonomous Underwater Vehicle for Antarctic exploration |