RU2488842C1 - More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons - Google Patents
More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488842C1 RU2488842C1 RU2011152152/28A RU2011152152A RU2488842C1 RU 2488842 C1 RU2488842 C1 RU 2488842C1 RU 2011152152/28 A RU2011152152/28 A RU 2011152152/28A RU 2011152152 A RU2011152152 A RU 2011152152A RU 2488842 C1 RU2488842 C1 RU 2488842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- beacon
- positioning
- responder
- positioning object
- hydroacoustic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к подводной навигации и может быть использовано при подводно-технических работах общехозяйственного и специального назначения с применением автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) с автоматическим или супервизорным управлением, автономно выполняющих операции, требующие уточненного позиционирования АНПА.The invention relates to underwater navigation and can be used for underwater technical work for general and special purposes using autonomous uninhabited underwater vehicles (AUVs) with automatic or supervisory control, autonomously performing operations that require updated positioning of AUVs.
Для повышения точности позиционирования подводных объектов известны технические решения, основанные на использовании избыточного числа траекторных определений различными навигационными средствами. Это гидроакустические навигационные системы с длинными базами (ГАНС-ДБ) и с ультракороткими (ГАНС-УКБ), инерциальные навигационные системы (ИНС) со стабилизированными платформами и спутниковая система глобального позиционирования GPS. В случае подводного позиционирования АНПА спутниковая навигация используется в режиме периодических корректировок координат при всплытиях АНПА или в режиме регулярных корректировок при работе АНПА с обеспечивающим судном (ОС) и наличии гидроакустической связи между ними.To increase the accuracy of positioning of underwater objects, technical solutions based on the use of an excessive number of trajectory definitions by various navigation aids are known. These are hydroacoustic navigation systems with long bases (HANS-DB) and ultrashort (HANS-UKB), inertial navigation systems (ANNs) with stabilized platforms and satellite-based GPS global positioning system. In the case of underwater positioning of the AUV, satellite navigation is used in the mode of periodical corrections of coordinates during the ascent of the AUV or in the mode of regular adjustments during the operation of the AUV with a supply vessel (OS) and the presence of sonar communication between them.
Наиболее полное представление этих решений приводится в монографии «Автономные подводные работы: системы и технологии», авторы М.Д. Агеева, Л.В. Киселев, Ю.В. Матвиенко и др., под общей редакцией М.Д. Агеева, Институт проблем морских технологий. М.: Наука, 2005 г.The most complete representation of these solutions is given in the monograph "Autonomous underwater work: systems and technologies", authors M.D. Ageeva L.V. Kiselev, Yu.V. Matvienko et al., Edited by M.D. Ageeva, Institute of Marine Technology Problems. M .: Nauka, 2005.
В указанной работе в навигационном комплексе ИПМТ ДВО РАН (стр.157-160) позиционирование АНПА решается комплексированием ГАНС-ДБ и ГАНС-УКБ с использованием маяков-ответчиков и с участием GPS судового навигационного комплекса ОС. При этом сеть маяков-ответчиков с определением их координат готовится предварительно и снова с участием GPS навигационного комплекса ОС, а для обеспечения приемлемой точности обсервации сеть маяков-ответчиков подвергается периодической автокалибровке (стр.117-118). В этом случае система ГАНС-УКБ комплексированная с ГАНС-ДБ с дальностью действия 6-10 км дает относительную погрешность 10-2 (с.157).In this work, in the navigation complex of the IPMT FEB RAS (pp. 157-160), the positioning of the AUV is solved by combining GANS-DB and GANS-UKB using beacon transponders and with the participation of the GPS shipboard navigation complex OS. At the same time, the network of responder beacons with the determination of their coordinates is prepared previously and again with the participation of the GPS navigation complex of the OS, and to ensure acceptable accuracy of observation, the network of responder beacons is subjected to periodic auto-calibration (p. 117-118). In this case, the GANS-UKB system integrated with GANS-DB with a range of 6-10 km gives a relative error of 10 -2 (p. 157).
Значительная трудоемкость этой технологии позиционирования АНПА при ее не высокой точности стоит дорого и она не может быть использована для большого объема работ, связанных с техническим и экологическим мониторингом нефтегазопроводных труб на морском дне.The considerable laboriousness of this AUV positioning technology with its low accuracy is expensive and it cannot be used for a large amount of work related to the technical and environmental monitoring of oil and gas pipelines on the seabed.
Известны технические решения (см. «Способ определения горизонтальных координат неподвижного подводного источника гидроакустических навигационных сигналов», патент РФ №2378663; и «Способ определения пеленга на источник излучения и устройство для его осуществления» Патент РФ №2158430), которые направлены только на обеспечение предварительного позиционирования маяков-ответчиков для последующих навигационных определений АНПА по системам ГАНС-ДБ и ГАНС-УКБ с участием GPS навигационного комплекса ОС.Known technical solutions (see "The method of determining the horizontal coordinates of a stationary underwater source of hydroacoustic navigation signals", patent of the Russian Federation No. 2378663; and "The method of determining bearing on a radiation source and device for its implementation" Patent of the Russian Federation No. 2158430), which are aimed only at providing preliminary positioning of responder beacons for subsequent navigational determinations of the AUV on the GANS-DB and GANS-UKB systems with the participation of the GPS navigation complex OS.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрана система GAPS (Глобальная Акустическая Система Позиционирования) фирмы iXsea, Франция (см. фирменный каталог «GAPSru 0509», 2005 г.или Интернет-ресурс http:www.ixsea.com).The GAPS (Global Acoustic Positioning System) system of iXsea, France (see the GAPSru 0509 corporate catalog, 2005 or the Internet resource http: www.ixsea.com) was selected as a prototype of the invention.
В этом техническом решении для повышения точности позиционирования подводных объектов реализовано слияние гидроакустических и инерциальных технологий с использованием GPS через обеспечивающее судно.In this technical solution, to improve the accuracy of positioning of underwater objects, a fusion of sonar and inertial technologies using GPS through a supporting vessel is implemented.
При этом для инерциальных навигационных определений используется инерциальная навигационная система (ИНС) со стабилизированной платформой объемом до нескольких десятков кубических дециметров, а для гидроакустических определений координат используется ГАНС-УКБ с дальномером и пеленгатором с двумя взаимно перпендикулярными ультракороткими базами для определения углов пеленга и высоты, а маяки-ответчики устанавливаются на акватории с определением их глобальных географических координат.At the same time, for inertial navigation definitions, an inertial navigation system (ANS) with a stabilized platform of up to several tens of cubic decimeters is used, and for sonar coordinates, a HANS-UKB with a range finder and direction finder with two mutually perpendicular ultrashort bases is used to determine bearing angles and heights, and defendant beacons are installed in the waters with the definition of their global geographical coordinates.
В прототипе слияние инерциальных и гидроакустических технологий позиционирования автономного подводного объекта с использованием данных GPS происходит через оценку среднеарифметического между координатами объекта и углами его ориентации полученных одномоментно в различных системах навигации. Точность позиционирования в прототипе оценивается по координатам в 0,2% при дальности до 4000 м (это плюс минус 8 м) и по углам плюс минус 0,12 градусов.In the prototype, the merger of inertial and hydroacoustic technologies for positioning an autonomous underwater object using GPS data occurs through the evaluation of the arithmetic mean between the coordinates of the object and its orientation angles obtained simultaneously in different navigation systems. The positioning accuracy in the prototype is estimated at coordinates of 0.2% at a range of up to 4000 m (this is plus minus 8 m) and at angles plus minus 0.12 degrees.
В основу изобретения поставлена задача, разработать такой способ уточненного позиционирования в подводном навигационном пространстве, образованном произвольно расставленными гидроакустическими маяками-ответчиками и систему для его осуществления, которые позволят повысить точность позиционирования по координатам и углам ориентации.The basis of the invention is the task to develop such a method of refined positioning in an underwater navigation space formed by arbitrarily placed sonar beacons-transponders and a system for its implementation, which will improve the accuracy of positioning in coordinates and orientation angles.
Это позволит снизить затраты при проведении подводно-технических работ в навигационном пространстве, образованном маяками-ответчиками произвольно установленными на акватории (допускается установка из подводного положения) без предварительного определения их координат.This will reduce costs during underwater technical work in the navigation space formed by transponder beacons arbitrarily installed in the water area (installation from an underwater position is allowed) without first determining their coordinates.
Поставленная задача достигается тем, что в способе уточненного позиционирования в подводном навигационном пространстве, образованном произвольно расставленными гидроакустическими маяками-ответчиками, заключающемся в получении данных инерциальной навигационной системы, гидроакустической навигационной системы, а также спутниковой системы глобального позиционирования, согласно изобретению гидроакустические маяки-ответчики расставляют по акватории произвольно без предварительного определения их глобальных координат, вводят начальные глобальные координаты в объект позиционирования по определениям спутниковой системы глобального позиционирования только один раз перед началом его погружения, удерживают объект позиционирования в течение 10÷30 секунд в погруженном состоянии перед началом движения, измеряют углы курса, крена, дифферента цифровым магнитометрическим компасом, глубину погружения объекта позиционирования датчиком гидростатического давления и определяют глобальные координаты объекта позиционирования по измерениям с дискретом 100 Гц микромеханическими датчиками бесплатформенной инерциальной навигационной системы, далее посылают гидроакустические запросы, кодированные порядковым номером с объекта позиционирования на маяк-ответчик, на маяке-ответчике декодируют запросный сигнал, измеряют глубину установки маяка-ответчика и одновременно с номером маяка-ответчика кодируют ответ и отправляют с маяка-ответчика на объект позиционирования, где декодируют полученный ответ, измеряют скорость звука, определяют наклонную дальность до маяка-ответчика, угол пеленга на него, и разность глубин объекта позиционирования и маяка-ответчика, далее определяют глобальные координаты маяков-ответчиков, попавших в область гидроакустического взаимодействия с объектом позиционирования в момент ввода начальных глобальных координат со спутниковой системы глобального позиционирования и удержания объекта позиционирования в погруженном состоянии, определяют глобальные координаты объекта позиционирования по измерениям гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой, определяют оценки инструментальных ошибок датчиков путем комплексирования инерциальных, гидроакустических, гидростатических и магнитных избыточных измерений, определяют уточненные глобальные координаты объекта позиционирования с учетом оценок инструментальных ошибок, а при движении объекта позиционирования определяют глобальные координаты маяков-ответчиков впервые попадающих в область гидроакустического взаимодействия с объектом позиционирования, используя при этом значение глобальных координат объекта позиционирования в момент первого контакта с маяком-ответчиком.The problem is achieved in that in the method of refined positioning in the underwater navigation space formed by randomly placed sonar beacons-transponders, which consists in obtaining data from an inertial navigation system, sonar navigation system, as well as a satellite-based global positioning system, according to the invention, sonar beacons-responders are arranged according to the invention water areas arbitrarily without prior determination of their global coordinates, enter the beginning According to the definitions of the satellite system of global positioning, the global global coordinates in the positioning object only once before the start of its immersion, hold the positioning object for 10-30 seconds in the submerged state before the start of movement, measure the heading angles, heel, trim with a digital magnetometric compass, the depth of the object positioning by a hydrostatic pressure sensor and determine the global coordinates of the positioning object by measurements with a discrete of 100 Hz micromechanical with sensors of a strapdown inertial navigation system, they then send hydroacoustic requests encoded by a serial number from the positioning object to the responder beacon, decode the request signal at the responder beacon, measure the installation depth of the responder beacon and simultaneously encode the response beacon number and send from the beacon response to the positioning object, where the received response is decoded, the speed of sound is measured, the slant range to the responder beacon is determined, the bearing angle to it, and the difference the bin of the positioning object and the responder beacon, then determine the global coordinates of the responder beacons that fell into the area of hydroacoustic interaction with the positioning object at the time of entering the initial global coordinates from the satellite global positioning system and holding the positioning object in the submerged state, determine the global coordinates of the positioning object by measurements sonar navigation system with ultrashort base, determine the assessment of instrumental error sensors By combining inertial, hydroacoustic, hydrostatic and magnetic redundant measurements, the specified global coordinates of the positioning object are determined taking into account the estimates of instrumental errors, and when the positioning object is moving, the global coordinates of the transponder beacons for the first time falling into the region of hydroacoustic interaction with the positioning object are determined using the value global coordinates of the positioning object at the moment of the first contact with the responder beacon.
Поставленная задача решается также тем, что система уточненного позиционирования в подводном навигационном пространстве, образованном произвольно расставленными гидроакустическими маяками-ответчиками, содержащая объект позиционирования и гидроакустический маяк-ответчик, отличается тем, что в объект позиционирования дополнительно введен счетчик запросных гидроакустических сигналов, выход которого соединен с входом блока кодирования и декодирования, а выход последнего подключен к приемоизлучающему устройству объекта позиционирования и измерителю наклонной дальности до маяка-ответчика и пеленга на него и к входу блока определения координат маяка-ответчика, выход которого вместе с выходом блока измерителя скорости звука подключены к блоку вычисления координат гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой, а также дополнительно в объект позиционирования введен блок комплексирования инерциальных, гидроакустических, магнитных и гидростатических измерений с оценкой ошибок их датчиков, входы которого соединены с выходом блока определения координат и углов ориентации бесплатформенной инерциальной навигационной системы и с выходом блока определения координат гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой, с выходом цифрового магнитометрического компаса с измерением углов ориентации, с выходом датчика глубины объекта позиционирования, а выход соединен с входом блока определения уточненных глобальных координат и углов ориентации объекта позиционирования, а в маяк-ответчик дополнительно введен блок декодирования номера гидроакустического запроса, вход которого соединен с выходом приемоизлучающего устройства маяка-ответчика, а выход соединен с входом блока кодирования номера запроса, номера маяка-ответчика и глубины маяка-ответчика, кроме того, в маяк-ответчик дополнительно введены датчик глубины, блок отметчика номера маяка-ответчика, выходы которых соединены с входами блока кодирования номера запроса, номера маяка-ответчика и глубины маяка-ответчика, а выход последнего соединен с входом приемоизлучающего устройства маяка-ответчика.The problem is also solved by the fact that the system of refined positioning in the underwater navigation space formed by arbitrarily spaced sonar beacons-transponders, containing the positioning object and sonar beacon-responder, differs in that an additional counter of hydroacoustic signals is introduced into the positioning object, the output of which is connected to the input of the coding and decoding unit, and the output of the latter is connected to the receiving-emitting device of the positioning device to the inclined range meter and the defendant beacon and bearing on it and to the input of the unit for determining the coordinates of the beacon-responder, the output of which, together with the output of the unit for measuring the speed of sound, are connected to the unit for calculating the coordinates of the hydroacoustic navigation system with an ultrashort base, and also in addition to the positioning object a unit for integrating inertial, hydroacoustic, magnetic and hydrostatic measurements with an error estimation of their sensors has been introduced, the inputs of which are connected to the output of the coordinate determination unit inat and orientation angles of the strapdown inertial navigation system and with the output of the unit for determining the coordinates of the hydroacoustic navigation system with an ultra-short base, with the output of a digital magnetometric compass with the measurement of orientation angles, with the output of the depth sensor of the positioning object, and the output is connected to the input of the unit for determining the specified global coordinates and angles orientation of the positioning object, and in the beacon-transponder, an additional unit for decoding the number of the hydroacoustic request, the input of the cat It is connected to the output of the receiver-emitting device of the responder beacon, and the output is connected to the input of the coding block of the request number, number of the responder beacon and depth of the responder beacon; in addition, the depth sensor, the indicator unit of the responder beacon number are additionally introduced into the beacon which are connected to the inputs of the coding block of the request number, the number of the responder beacon and the depth of the responder beacon, and the output of the latter is connected to the input of the receiver-emitting device of the responder beacon.
Технический результат достигается комплексированием инерциальных, гидроакустических, гидростатических и магнитных измерений с использованием цифровой статистически оптимальной обработки избыточного числа измерений параметров движения и позиционирования объекта для оценки инструментальных ошибок, состоятельность которых основывается на равноточных гидроакустических измерениях для определения глобальных координат гидроакустических маяков-ответчиков в процессе движения объекта позиционирования от точки введения начальных значений глобальных координат и после чего, определяются уточненные пространственные глобальные координаты объекта позиционирования и углы его ориентации.The technical result is achieved by combining inertial, hydroacoustic, hydrostatic and magnetic measurements using digitally statistically optimal processing of an excessive number of measurements of movement parameters and positioning of an object to evaluate instrumental errors, the consistency of which is based on equal-accurate hydroacoustic measurements to determine the global coordinates of sonar beacons responders in the process of moving an object positioning from the point of introduction of the initial values values of global coordinates and after that, the specified spatial global coordinates of the positioning object and its orientation angles are determined.
Блок-схема системы уточненного позиционирования в подводном навигационном пространстве, образованном произвольно расставленными гидроакустическими маяками-ответчиками приведена на фигуре, где приняты следующие обозначения:The block diagram of the system for refined positioning in the underwater navigation space formed by arbitrarily placed sonar beacons-transponders is shown in the figure, where the following notation is adopted:
1 - Блок начальных глобальных координат по приемнику GPS.1 - A block of initial global coordinates for the GPS receiver.
2 - Блок микромеханических датчиков инерциальных измерений БИНС.2 - Block micromechanical sensors inertial measurements SINS.
3 - Блок определения координат и углов ориентации БИНС.3 - Block determining the coordinates and orientation angles SINS.
4 - Блок определения координат ГАНС-УКБ.4 - Block determining coordinates GANS-UKB.
5 - Блок кодирования и декодирования.5 - Block encoding and decoding.
6 - Счетчик запросных гидроакустических сигналов.6 - Counter request hydroacoustic signals.
7 - Приемоизлучающее устройство объекта позиционирования и измеритель наклонной дальности до маяка-ответчика и пеленга на него.7 - The receiving-emitting device of the positioning object and the slant range meter to the responder beacon and the bearing on it.
8 - Приемоизлучающее устройство маяка-ответчика.8 - Receiving device of the transponder beacon.
9 - Блок декодирования номера гидроакустического запроса.9 - Block decoding the number of sonar request.
10 - Блок кодирования номера запроса, номера маяка-ответчика и глубины маяка-ответчика.10 - Coding block of the request number, the number of the responder beacon and the depth of the responder beacon.
11 - Датчик глубины маяка-ответчика.11 - Depth sensor of the responder beacon.
12 - Блок отметчика номера маяка-ответчика.12 - Block marker number of the respondent beacon.
13 - Блок измерения скорости звука.13 - Block for measuring the speed of sound.
14 - Цифровой магнитометрический компас для измерения углов ориентации.14 - Digital magnetometric compass for measuring orientation angles.
15 - Датчик глубины объекта позиционирования.15 - Depth sensor of the positioning object.
16 - Блок комплексирования измерений и оценки ошибок датчиков.16 - Block integration measurements and error estimation sensors.
17 - Блок определения уточненных глобальных координат и углов ориентации объекта позиционирования.17 - Block for determining refined global coordinates and orientation angles of the positioning object.
18 - Блок определения координат маяка-ответчика.18 - Block determining the coordinates of the beacon-responder.
19, 20 - Автономные источники питания объекта позиционирования и маяков-ответчиков.19, 20 - Autonomous power sources of the positioning object and transponder beacons.
21 - Аппаратурный модуль объекта позиционирования.21 - Hardware module positioning object.
22 - Аппаратурные модули маяков-ответчиков.22 - Hardware modules of transponder beacons.
23 - Гидроакустическая навигационная система с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ).23 - Hydroacoustic navigation system with ultrashort base (HANS-UKB).
24 - Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС).24 - Strap-on inertial navigation system (SINS).
Для решения поставленной задачи объект позиционирования оснащается аппаратурным модулем (поз.21) в составе с бесплатформенной инерциальной навигационной системой (поз.24) на микромеханических датчиках и объемом около 0,8 дм3, а гидроакустические маяки-ответчики оснащаются аппаратурными модулями (поз.22).To solve this problem, the positioning object is equipped with a hardware module (pos. 21) composed of a strapdown inertial navigation system (pos. 24) with micromechanical sensors and a volume of about 0.8 dm 3 , and sonar transponders are equipped with hardware modules (pos. 22 )
Согласно предлагаемому изобретению для уточненного позиционирования подводного объекта на некоторой акватории предварительно формируют подводное навигационное пространство путем произвольной расстановки маяков-ответчиков на глубины определяемые длинами буйрепов и глубиной места установки. Перед сбросом маяков-ответчиков включают его дежурный канал с энергосберегающим потреблением.According to the invention, for precise positioning of an underwater object in a certain water area, an underwater navigation space is preliminarily formed by arbitrary arrangement of responder beacons to the depths determined by the lengths of the buoyrps and the depth of the installation site. Before dumping the beacon-responders include its standby channel with energy-saving consumption.
Перед пуском в объект позиционирования вводят из блока начальных глобальных координат по приемнику GPS (поз.1) глобальные спутниковые координаты места запуска и удержания объекта позиционирования в погруженном состоянии покоя для начальной юстировки измерительных датчиков в течение 10÷30 с для получения числа гидроакустических обменов с маяками-ответчиками, обеспечивающих статистическую достаточность и адаптации объекта с подготовленным навигационным пространством.Before launching, the global satellite coordinates of the launch and holding positioning object in the submerged quiescent position for initial adjustment of the measuring sensors for 10 ÷ 30 s to obtain the number of sonar exchanges with beacons are introduced into the positioning object from the initial global coordinate unit via the GPS receiver (item 1) -responders providing statistical sufficiency and adaptation of the object with a prepared navigation space.
В этот период работают обе системы навигации БИНС (поз.24) и ГАНС-УКБ (поз.23) и определяются глобальные координаты маяков-ответчиков, оказавшихся в зоне взаимодействия с объектом позиционирования.During this period, both BINS navigation systems (pos.24) and GANS-UKB (pos.23) operate and the global coordinates of the responder beacons located in the zone of interaction with the positioning object are determined.
Определение координат и углов ориентации объекта позиционирования осуществляется в блоке определения координат и углов ориентации БИНС (поз.3), по результатам измерений с дискретом 100 Гц в блоке микромеханических датчиков инерциальных измерений (поз.2) с момента начала и до конца миссии объекта позиционирования, непрерывно в темпе установленного дискрета и эти данные поступают в блок комплексирования измерений и оценки ошибок датчиков (поз.16).The coordinates and angles of orientation of the positioning object are determined in the unit for determining the coordinates and orientation angles of the SINS (pos. 3), according to the results of measurements with a 100 Hz discrete in the block of micromechanical sensors of inertial measurements (pos. 2) from the beginning to the end of the mission of the positioning object, continuously at the pace of the set discrete, and this data enters the unit for integrating measurements and evaluating sensor errors (pos. 16).
Определение координат объекта позиционирования в ГАНС-УКБ (поз.23) носит не регулярный характер и зависит от расстояния движущегося объекта позиционирования до маяка-ответчика. При этом гидроакустический запросный сигнал формируется непрерывно с заданным дискретом в блоке определения координат в ГАНС-УКБ (поз.4), кодируется порядковым номером в блоке кодирования и декодирования (поз.5) и поступает в приемоизлучающее устройство объекта позиционирования и измеритель наклонной дальности до маяка-ответчика и пеленга на него (поз.7) для излучения в водную среду. Как только объект позиционирования входит в зону гидроакустического взаимодействия с маяком-ответчиком, его дежурный режим переходит в рабочий, и начинает формироваться гидроакустический информационный обмен. Гидроакустический запросный сигнал через приемоизлучающее устройство маяка-ответчика (поз.8) поступает в блок декодирования номера гидроакустического запроса (поз.9) для декодирования номера запроса и далее в блок кодирования номера запроса, номера маяка-ответчика и глубины маяка-ответчика (поз.10) для совместного кодирования значений измеренной глубины маяка-ответчика датчиком измерения глубины маяка-ответчика (поз.11), номера маяка-ответчика из блока отметчика номера маяка-ответчика (поз.12) и последующей передачи в приемоизлучающее устройство маяка-ответчика (поз.8) для отправки гидроакустического ответа на объект позиционирования. После приема в приемоизлучающем устройстве объекта позиционирования и измерителе наклонной дальности до маяка-ответчика и пеленга на него (поз.7), гидроакустический ответ декодируется в блоке кодирования и декодирования (поз.5) и поступает в два адреса: блок для определения координат маяка-ответчика (поз.18) с использованием значений углов ориентации, поступающих из блока определения уточненных глобальных координат и углов ориентации объекта позиционирования (поз.17); второй адрес - блок вычисления координат ГАНС-УКБ (поз.4), в который кроме данных блока поз.5 поступают уточненные значения углов ориентации из блока поз.17, измеренные значения скорости звука из блока поз.13 и значения координат маяка-ответчика из блока поз.18.The determination of the coordinates of the positioning object in the HANS-UKB (pos. 23) is not regular and depends on the distance of the moving positioning object to the transponder beacon. At the same time, the hydroacoustic interrogation signal is generated continuously with a given discrete in the coordinate determination unit in the HANS-UKB (item 4), is encoded by a serial number in the encoding and decoding unit (item 5), and enters the receiving-emitting device of the positioning object and the slant range meter to the beacon - a responder and a bearing on it (pos. 7) for radiation into the aquatic environment. As soon as the positioning object enters the zone of hydroacoustic interaction with the transponder beacon, its standby mode goes into working mode and hydroacoustic information exchange begins to form. The hydroacoustic interrogation signal through the receiver-emitting device of the responder beacon (pos. 8) enters the unit for decoding the hydroacoustic request number (pos. 9) to decode the request number and then to the encoding unit of the request number, the number of the responder beacon and the depth of the responder beacon (pos. 10) for joint coding of the values of the measured depth of the beacon-responder with the sensor for measuring the depth of the beacon-responder (pos. 11), the number of the beacon-responder from the block of the marker of the number of the beacon-responder (pos. 12) and subsequent transmission to the receiving-emitting device The property of the responder beacon (pos. 8) for sending a hydroacoustic response to the positioning object. After receiving the positioning object and the slant range meter to the transponder beacon and the bearing to it (pos. 7) in the receiving-emitting device, the hydroacoustic response is decoded in the encoding and decoding unit (pos. 5) and arrives at two addresses: the unit for determining the coordinates of the beacon - the defendant (pos. 18) using the values of the orientation angles coming from the unit for determining the adjusted global coordinates and the orientation angles of the positioning object (pos. 17); the second address is the GANS-UKB coordinate calculation unit (pos. 4), which, in addition to the data of the pos. 5 block, receives the updated values of the orientation angles from the pos. 17 block, the measured sound velocity from the pos. 13 block, and the coordinates of the responder beacon from block pos. 18.
Для обеспечения помехозащищенности информационного обмена по гидроакустическому каналу используется фазоманипулированное кодирование /декодирование в блоке (поз.5) в объекте позиционирования и в блоках (поз.9 и 10) маяка-ответчика.To ensure noise immunity of the information exchange via the hydroacoustic channel, phase-shift coding / decoding is used in the block (item 5) in the positioning object and in the blocks (item 9 and 10) of the transponder beacon.
Результаты траекторных определений по двум системам навигации блоков (поз.3 и 4) поступают вместе с измерениями углов курса, крена и дифферента цифровым магнитометрическим компасом (поз.14), датчиком глубины объекта позиционирования (поз.15) и датчиком глубины маяка-ответчика (поз.11) поступают в блок комплексирования и оценки ошибок датчиков измерений (поз.16) для статистически оптимальной обработки избыточного числа измерений датчиками различной физической природы, сочетая обработку по полной выборке с обработкой по рекуррентной схеме. Получаемые в результате оценки инструментальных ошибок датчиков минимизирующих невязки в траекторных определениях используются для определения уточненных глобальных координат и углов ориентации объекта позиционирования в блоке (поз.17).The results of the trajectory definitions for the two navigation systems of the blocks (items 3 and 4) come with the measurements of the heading, roll and trim angles with a digital magnetometric compass (item 14), a depth sensor for the positioning object (item 15) and a depth sensor for the transponder beacon ( Pos. 11) enter the unit for aggregation and error estimation of measurement sensors (pos. 16) for statistically optimal processing of an excess number of measurements by sensors of various physical nature, combining the processing on a complete sample with processing on a recurrence scheme. The resulting evaluation of instrumental errors of the sensors minimizing residuals in the trajectory definitions are used to determine refined global coordinates and orientation angles of the positioning object in the block (item 17).
Возможности уточненного подводного позиционирования объекта позиционирования по предлагаемому изобретению можно продемонстрировать на результатах цифрового моделирования при обработке имитатора натурных измерений, формирование которого проводится на цифровой модели «идеальной» картины движения объекта позиционирования введением в значения идеальных параметров движения «измеряемых» случайных ошибок, распределенных по нормальному закону со смещением Δ и среднеквадратичным отклонением σ.The possibilities of refined underwater positioning of a positioning object according to the invention can be demonstrated on the results of digital modeling when processing a simulator of full-scale measurements, the formation of which is carried out on a digital model of an “ideal” picture of the movement of a positioning object by introducing random errors distributed according to the normal law into the values of ideal motion parameters with offset Δ and standard deviation σ.
В процессе численных исследований для имитатора натурных измерений варианты ошибок формировались из следующих диапазонов значений, взятых по результатам лабораторно-стендовых испытаний аппаратурных модулей объекта позиционирования (поз.21) и маяка-ответчика (поз.22) с натурными датчиками:In the process of numerical studies for the simulator of field measurements, error options were formed from the following ranges of values taken from the results of laboratory bench tests of the hardware modules of the positioning object (item 21) and the transponder beacon (item 22) with full-scale sensors:
В таблице приведено сопоставление введенных в имитатор значений ошибок измерений и значений полученных оценок в процессе обработки по программе комплексирования из чего следует, что имитационные ошибки измерений оцениваются на уровне 95-98%, а их учет при определении углов ориентации дает отклонение от значений «идеального» имитатора по координатам позиционирования в диапазоне плюс минус 0,325 метра, а по углам ориентации в диапазоне плюс минус 0,1 градуса. Приведенный уровень точности позиционирования объекта позиционирования сохраняется на всем подводном навигационном пространстве, ограниченном группировкой маяков-ответчиков, т.е. не зависит от пройденного объектом пути в этом пространстве и дальности позиционирования.The table shows a comparison of the measurement error values entered in the simulator and the values of the obtained estimates during processing according to the integration program, which implies that the measurement measurement errors are estimated at the level of 95-98%, and taking them into account when determining orientation angles gives a deviation from the “ideal” values simulator in positioning coordinates in the range of plus or minus 0.325 meters, and in orientation angles in the range of plus or minus 0.1 degrees. The level of accuracy of positioning of the positioning object is preserved throughout the entire underwater navigation space, limited by the grouping of responder beacons, i.e. does not depend on the path traveled by the object in this space and the positioning range.
Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении погрешности определения координат позиционирования и углов ориентации объекта позиционирования в пространстве, образованном произвольно расставленными гидроакустическими маяками-ответчиками при снижении трудоемкости и временных затрат.The technical result of the claimed invention is to reduce the error in determining the positioning coordinates and orientation angles of the positioning object in the space formed by arbitrarily placed sonar beacons-transponders while reducing the complexity and time costs.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152152/28A RU2488842C1 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152152/28A RU2488842C1 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011152152A RU2011152152A (en) | 2013-06-27 |
RU2488842C1 true RU2488842C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=48701100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011152152/28A RU2488842C1 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488842C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520960C2 (en) * | 2012-10-19 | 2014-06-27 | Федеральный научно-производственный центр Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединеие "Марс" | Method of reducing estimation error of eigen coordinates of self-contained unmanned underwater vehicle with inertial navigation 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 |
RU2629916C1 (en) * | 2016-06-30 | 2017-09-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus |
RU2674404C1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of navigation and positioning of underwater objects in deep-water channel at large distance and system for its implementation |
RU2680093C2 (en) * | 2014-05-09 | 2019-02-15 | МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи | Location error radius determination |
RU2680395C1 (en) * | 2018-05-16 | 2019-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Method of increasing accuracy of navigation of autonomous uninhabited underwater vehicle with inertial navigation system and technical vision system |
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 |
RU2771443C1 (en) * | 2021-08-12 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for positioning underwater objects |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114397644B (en) * | 2021-12-23 | 2024-05-28 | 山东科技大学 | Ultra-short baseline installation error calibration method based on quaternion method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2158431C1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-10-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea |
RU2371738C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-10-27 | Юрий Владимирович Румянцев | Hydroacoustic navigation system |
RU2010112062A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (R | SYSTEM FOR DETERMINING COORDINATES OF UNDERWATER OBJECTS |
-
2011
- 2011-12-20 RU RU2011152152/28A patent/RU2488842C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2158431C1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-10-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea |
RU2371738C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-10-27 | Юрий Владимирович Румянцев | Hydroacoustic navigation system |
RU2010112062A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (R | SYSTEM FOR DETERMINING COORDINATES OF UNDERWATER OBJECTS |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520960C2 (en) * | 2012-10-19 | 2014-06-27 | Федеральный научно-производственный центр Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединеие "Марс" | Method of reducing estimation error of eigen coordinates of self-contained unmanned underwater vehicle with inertial navigation 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 |
RU2680093C2 (en) * | 2014-05-09 | 2019-02-15 | МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи | Location error radius determination |
US10509096B2 (en) | 2014-05-09 | 2019-12-17 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Location error radius determination |
RU2629916C1 (en) * | 2016-06-30 | 2017-09-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus |
RU2674404C1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of navigation and positioning of underwater objects in deep-water channel at large distance and system for its implementation |
RU2680395C1 (en) * | 2018-05-16 | 2019-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Method of increasing accuracy of navigation of autonomous uninhabited underwater vehicle with inertial navigation system and technical vision system |
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 |
RU2771443C1 (en) * | 2021-08-12 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for positioning underwater objects |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011152152A (en) | 2013-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2488842C1 (en) | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons | |
US9372255B2 (en) | Determining a position of a submersible vehicle within a body of water | |
Kussat et al. | Absolute positioning of an autonomous underwater vehicle using GPS and acoustic measurements | |
CN102749622B (en) | Multiwave beam-based depth-sounding joint inversion method for sound velocity profile and seafloor topography | |
Thomson et al. | Modeling AUV localization error in a long baseline acoustic positioning system | |
JP2020500303A (en) | Offshore GNSS reference station device, offshore GNSS positioning system, and method for generating positioning reference data offshore | |
CN102262226B (en) | Underwater positioning method based on differential technology | |
RU2439614C2 (en) | Method of surveying bottom topography of water body and apparatus for realising said method | |
CN113156413B (en) | Seabed reference calibration method based on double-pass acoustic path | |
Jerram et al. | Split‐beam echo sounder observations of natural methane seep variability in the northern G ulf of M exico | |
Zou et al. | Optimal sensor configuration for positioning seafloor geodetic node | |
RU2555479C2 (en) | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation | |
RU2507532C2 (en) | Technology of confirmed positioning in underwater navigation space of mobile polygon | |
RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
RU2487368C1 (en) | Method for stereophotography of bottom topography of water body and apparatus for realising said method | |
Devassykutty et al. | Evaluation of high precision localization approach for a fleet of unmanned deep ocean vehicles | |
Damian | Navigation algorithms for autonomous underwater vehicles (AUVs) | |
RU2789714C1 (en) | Method for checking the accuracy of navigation of an autonomous uninhabited underwater vehicle | |
RU2556326C1 (en) | Navigation method of submersible robot using single-beacon system | |
RU2712799C1 (en) | Hydroacoustic navigation device with four-element short-base receiving antenna | |
Abubakar | Effectiveness of vertical error budget model for portable multi-beam echo-sounder in shallow water bathymetric survey | |
Gill et al. | Hybrid baseline localization for portable AUV navigation | |
Der Lee et al. | An Introduction to Comparative Localization Method Using AI-based Underwater Terrain Mapping | |
Larsen | High accuracy autonomous navigation of underwater vehicles | |
Clark et al. | Bathymetric maps and water-quality profiles of Table Rock and North Saluda Reservoirs, Greenville County, South Carolina |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131221 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150910 |