RU2555479C2 - High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation - Google Patents
High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555479C2 RU2555479C2 RU2013152375/28A RU2013152375A RU2555479C2 RU 2555479 C2 RU2555479 C2 RU 2555479C2 RU 2013152375/28 A RU2013152375/28 A RU 2013152375/28A RU 2013152375 A RU2013152375 A RU 2013152375A RU 2555479 C2 RU2555479 C2 RU 2555479C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- navigation
- auv
- lsc
- coordinates
- time
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области подводной навигации и, в частности, может быть использовано для определения собственных координат на борту автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) при его перемещении подо льдом в высоких арктических широтах.The invention relates to the field of underwater navigation and, in particular, can be used to determine its own coordinates on board an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) when moving under ice in high Arctic latitudes.
Задача определения собственных координат АНПА важна для обеспечения в реальном масштабе времени корректировки траектории движения аппарата, а также пространственной привязки результатов обследования на этапе постобработки. Предложенное изобретение позволяет определить выходные навигационные параметры АНПА (координаты) в локальной системе координат (ЛСК) в условиях подледного использования.The task of determining the AUV's own coordinates is important to ensure real-time adjustment of the trajectory of the apparatus, as well as spatial reference of the survey results at the post-processing stage. The proposed invention allows to determine the output navigation parameters AUV (coordinates) in the local coordinate system (LSC) in the conditions of ice use.
Существующие традиционные методы навигации АНПА строятся на базе бортовой системы счисления пути. Для уменьшения накапливающейся со временем ошибки необходимо периодически выполнять процедуру коррекции счисленных координат на основе данных, полученных от других навигационных систем. Среди последних наиболее широкое распространение получили гидроакустические навигационные системы (ГАНС).The existing traditional navigation methods of the AUV are based on the airborne number system. To reduce the error that accumulates over time, it is necessary to periodically perform the procedure for correcting the calculated coordinates based on data received from other navigation systems. Among the latter, hydroacoustic navigation systems (HANS) are most widely used.
Известен способ подледной навигации АНПА, в котором определяют координаты аппарата на его борту путем измерения дальности до гидроакустического маяка (ГМ), географические координаты которого известны, и направления на него, т.е. пеленга и угла места (Арктические подводные операции / Под ред. Л. Рея: Пер с англ. - Л.: Судостроение, 1989. - С.263-264). Способ реализуется в системах, называемых ГАНС с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ). Для подледной навигации АНПА ультракороткобазисную систему можно использовать несколькими способами: подвешивать ГМ через прорубь во льду, закреплять на дне, буксировать или размещать на выдвижном устройстве обеспечивающего судна (ОС).There is a known method of under-ice navigation of the AUV, in which the coordinates of the apparatus on its board are determined by measuring the distance to the sonar beacon (GM), the geographical coordinates of which are known, and directions to it, i.e. bearing and elevation angle (Arctic underwater operations / Edited by L. Rey: Transl. from English. - L .: Sudostroenie, 1989. - S.263-264). The method is implemented in systems called HANS with an ultrashort base (HANS-UKB). For under-ice navigation of the AUV, the ultrashort-base system can be used in several ways: suspend the GM through an ice hole in the ice, fix it on the bottom, tow it or place it on the retractable device of the support vessel (OS).
Известен способ подледной навигации, основанный на обработке данных о дальностях АНПА относительно сети из трех или более ГМ с известными географическими и взаимными координатами (Арктические подводные операции / Под ред. Л. Рея: Пер с англ. - Л.: Судостроение, 1989. - С.264-266). Способ реализуется в системах, называемых ГАНС с длинной базой (ГАНС-ДБ), при этом ГМ подвешивают через проруби под кромкой льда или располагают на морском дне.There is a method of ice navigation based on the processing of data on the ranges of AUVs relative to a network of three or more GMs with known geographical and mutual coordinates (Arctic underwater operations / Ed. By L. Rey: Transl. From English - L .: Sudostroenie, 1989. - S.264-266). The method is implemented in systems called HANS with a long base (HANS-DB), while the GM is suspended through the ice hole under the ice edge or placed on the seabed.
Применение ультракороткобазисных и дальнобазисных систем ограничивается рядом обстоятельств:The use of ultrashort-base and long-range systems is limited by a number of circumstances:
- типовая ошибка определения местоположения большинства современных ГАНС-УКБ составляет 0.2-0.5% от наклонной дальности, т.е. 2-5 м при дистанции в 1 км (IMCA S 017. Guidance on Vessel USBL Systems for Use in Offshore Survey and Positioning Operations. April 2011); при дистанциях более 1 км ГАНС-УКБ не могут обеспечить приемлемую точность;- the typical error in determining the location of most modern GANS-UKB is 0.2-0.5% of the inclined range, i.e. 2-5 m at a distance of 1 km (IMCA S 017. Guidance on Vessel USBL Systems for Use in Offshore Survey and Positioning Operations. April 2011); at distances of more than 1 km GANS-UKB cannot provide acceptable accuracy;
- для определения пеленга ГАНС-УКБ оснащается магнитным датчиком курса, к показаниям которого в высоких арктических широтах следует относиться критически;- to determine the bearing, the HANS-UKB is equipped with a magnetic heading sensor, the readings of which in high arctic latitudes should be treated critically;
- приемо-передающая антенна ГАНС-ДБ обладает широкой характеристикой направленности (ХН), что необходимо для того, чтобы «накрыть» сигналом все ГМ одновременно; использование антенны с широкой ХН делает систему чувствительной к отраженным ото льда и различных неоднородностей воды эхосигналам;- the GANS-DB transmit-receive antenna has a wide directivity characteristic (HN), which is necessary in order to “cover” the signal with all GM simultaneously; the use of an antenna with a wide CN makes the system sensitive to echoes reflected from ice and various water inhomogeneities;
- постановка в районе работ ГМ может оказаться неэффективной из-за значительного дрейфа ледового поля;- staging in the area of work of the GM may be ineffective due to the significant drift of the ice field;
- при обследовании больших площадей возникает необходимость в многократной переустановке системы, что существенно увеличивает время и стоимость выполнения работ.- when examining large areas, it becomes necessary to repeatedly reinstall the system, which significantly increases the time and cost of the work.
Известен способ, основанный на использовании спутниковой навигации и модемной гидроакустической связи, которая позволяет синхронно обмениваться пакетами навигационных данных между АНПА и единственным ГМ и одновременно измерять время распространения акустического сигнала между ними (М.В. Larsen. ″Synthetic Long Baseline Navigation of Underwater Vehicles″, presented at Oceans 2000 MTS/IEEE Conference and Exhibition, vol.3, 11-14 September 2000, pages 2043-2050, XP002901743 ISBN: 0-7803-6551-8; патент № EP 1275012 B1 от 15.01.2003, международная публикация № WO 2001/065274 от 07.09.2001).There is a method based on the use of satellite navigation and modem sonar communication, which allows you to synchronously exchange navigation data packets between AUV and a single GM and simultaneously measure the propagation time of an acoustic signal between them (M. Larsen. ″ Synthetic Long Baseline Navigation of Underwater Vehicles ″ , presented at Oceans 2000 MTS / IEEE Conference and Exhibition, vol. 3, 11-14 September 2000, pages 2043-2050, XP002901743 ISBN: 0-7803-6551-8; Patent No. EP 1275012 B1 of 01/15/2003, international publication No. WO 2001/065274 of 09/07/2001).
Наиболее близким к заявленному техническому решению аналогом (прототипом) является способ одномаяковой навигации, реализуемый на основе информации от датчиков бортовой автономной навигационной системы АНПА и дальностей до мобильного ГМ, буксируемого ОС или автономным необитаемым водным (поверхностным) аппаратом (АНВА) (Щербатюк А.Ф., Дубровин Ф.С. Алгоритмы определения местоположения АНПА на основе информации о дальности до одного мобильного гидроакустического маяка // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2012. - №9. - С.26-39). Способ выполняется посредством системы, содержащей АНПА и ГМ, который буксируют за судном по траектории, обеспечивающей минимизацию ошибки оценивания местоположения аппарата, при этом ГМ снабжен первой гидроакустической аппаратурой передачи информации (ГАПИ) с помощью приемоизлучающей антенны которой в объем воды излучают пакет навигационных данных о горизонтальных координатах и глубине движения ГМ в ЛСК, а также метке времени излучения пакета, при этом АНПА снабжен второй ГАПИ, с помощью которой принимают и выделяют навигационный пакет, измеряют временной интервал распространения навигационного пакета между ГМ и АНПА и определяют расстояние между ними, при этом АНПА снабжен датчиком глубины, датчиком курса и доплеровским гидроакустическим лагом (ДГАЛ), с помощью которых измеряют глубину движения аппарата, курс аппарата в ЛСК, а также модуль вектора скорости его движения, при этом АНПА снабжен системой счисления пути, которая на основе данных о скорости движения и курсе АНПА определяет фактическое перемещение аппарата в ЛСК, при этом АНПА снабжен системой коррекции координат, с помощью которой на основе фильтра Калмана по результатам измерения дальностей от АНПА до ГМ, глубинам движения ГМ и АНПА, счисленным перемещениям подводного аппарата оценивают его координаты в ЛСК.Closest to the claimed technical solution, an analog (prototype) is a single-lane navigation method, implemented on the basis of information from sensors of the AUVA autonomous navigation system and ranges to a mobile GM towed by an OS or an autonomous uninhabited water (surface) device (ANVA) (Shcherbatyuk A.F. ., Dubrovin FS, Algorithms for determining the location of AUVs based on information about the range to one mobile sonar beacon // Information-measuring and control systems. - 2012. - No. 9. - P.26-39). The method is carried out by means of a system containing AUV and GM, which is towed behind the vessel along a trajectory that minimizes the error in estimating the location of the apparatus, while the GM is equipped with the first hydroacoustic equipment for transmitting information (GAPI) using a receiving-emitting antenna that emits a navigation data packet about horizontal coordinates and depth of movement of the GM in the LSC, as well as the time stamp of the packet radiation, while the AUV is equipped with a second GAPI, with the help of which the navigation pa em, measure the time interval of the propagation of the navigation package between the GM and the AUV and determine the distance between them, while the AUV is equipped with a depth sensor, a heading sensor and a Doppler sonar lag (DGAL), with which they measure the depth of the apparatus, the heading of the vehicle in the LSC, and the module of the velocity vector of its movement, while the AUV is equipped with a reckoning system, which, based on data on the speed and course of the AUV, determines the actual movement of the device in the LSC, while the AUV is equipped with a correction system coordinates with the help of which, based on the Kalman filter, based on the results of measuring the distances from AUV to GM, the depths of movement of a GM and AUV, and the estimated movements of the underwater vehicle, its coordinates in LSC are estimated.
Существенными недостатками данного способа-прототипа являются:Significant disadvantages of this prototype method are:
- для определения фактического перемещения АНПА в ЛСК требуется использовать данные от датчика курса, которые в высоких арктических широтах не обеспечивают требуемую точность;- to determine the actual movement of the AUV to LFK, it is required to use data from the heading sensor, which in high Arctic latitudes does not provide the required accuracy;
- в условиях ледового покрытия маневренные возможности ОС и буксируемого ГМ существенно ограничены, что снижает точность координирования, не позволяя ГМ находиться в такой позиции, при которой обеспечивается минимизация ошибки оценивания местоположения аппарата.- in conditions of ice cover, the maneuverability of the OS and the towed GM is significantly limited, which reduces the accuracy of coordination, not allowing the GM to be in such a position that minimizes the error in estimating the location of the apparatus.
Отсутствие учета указанных недостатков приводит к появлению значительных ошибок при определении местоположения АНПА в условиях подледного плавания.Lack of accounting for these shortcomings leads to the appearance of significant errors in determining the location of AUVs in the conditions of ice navigation.
Задачей предложенного изобретения является обеспечение проведения подледных исследований в высоких арктических широтах с помощью АНПА путем привязки его местоположения к локальным координатам.The objective of the proposed invention is the provision of under-ice research in high arctic latitudes using AUVs by linking its location to local coordinates.
Технический результат заключается в повышении точности позиционирования АНПА за счет исключения из системы датчика курса АНПА, т.е. исключения влияния ошибок его измерений на общую оценку горизонтальных координат аппарата. Предложенное техническое решение позволяет также исключить ограничивающие условия оценки координат аппарата из-за неблагоприятного геометрического (пространственного) расположения ГМ и АНПА.The technical result consists in increasing the accuracy of the positioning of the AUV by eliminating the AUU course sensor from the system, i.e. eliminating the influence of errors in its measurements on the overall assessment of the horizontal coordinates of the apparatus. The proposed technical solution also allows to exclude the limiting conditions for evaluating the coordinates of the apparatus due to the unfavorable geometric (spatial) location of the GM and AUV.
Для достижения указанного технического результата в известный способ координирования подводного комплекса, выполняемый посредством системы, содержащей АНПА и ГМ, который перемещают за ОС, при этом ГМ снабжен первой ГАПИ с помощью приемоизлучающей антенны, которой в объем воды излучают пакет навигационных данных о горизонтальных координатах и глубине нахождения ГМ в ЛСК 0XYZ, а также метке времени излучения пакета, при этом АНПА снабжен второй ГАПИ, с помощью которой принимают и выделяют навигационный пакет, измеряют временной интервал ΔTk распространения k-го навигационного пакета (k=1, …, N) между ГМ и АНПА и определяют расстояние между ними RАНПА(tk) к моменту времени tk, при этом АНПА снабжен датчиком глубины и ДГАЛ, с помощью которых измеряют глубину движения аппарата ZАНПА(tk) в ЛСК и модуль вектора скорости его движения VАНПА(tk) к моменту времени tk, при этом АНПА снабжен системой коррекции координат, с помощью которой оценивают горизонтальные координаты аппарата (XАНПА(tk); YАНПА(tk)) в ЛСК, введены новые признаки, а именно:To achieve this technical result, in a known method for coordinating an underwater complex, performed by means of a system containing AUV and GM, which is moved behind the OS, the GM is equipped with the first GAPI using a receiving-emitting antenna, which emits a package of navigation data on horizontal coordinates and depth into the water volume the location of the GM in the LSC 0XYZ, as well as the time stamp of the packet radiation, while the AUV is equipped with a second GAPI, with which the navigation packet is received and isolated, the time interval ΔT is measured k the distribution of the k-th navigation package (k = 1, ..., N) between the GM and the AUV and determine the distance between them R AUA (t k ) at time t k , while the AUV is equipped with a depth sensor and a DGAL, with which they measure the depth of movement of the apparatus Z of the AUV (t k ) in the LFV and the module of the velocity vector of its movement V AUV (t k ) by the time t k , while the AUV is equipped with a coordinate correction system with which the horizontal coordinates of the unit are evaluated (X AUU (t k ); Y ANPA (t k )) in LSC, new features were introduced, namely:
- по завершении процесса заглубления (аппарат достиг требуемой глубины или высоты над дном) с помощью первой ГАПИ на АНПА передают пакет навигационных данных с начальными горизонтальными координатами (XАНПА(t0); YАНПА(t0)) аппарата в ЛСК, где t0 - время начала работы системы коррекции координат,- at the end of the deepening process (the device has reached the required depth or height above the bottom) using the first GAI, the navigation data packet with the initial horizontal coordinates (X ANA (t 0 ); Y ANA (t 0 )) of the device in LSC, where t 0 - start time of the coordinate correction system,
- к моменту времени излучения k-го навигационного пакета (tk-ΔTk) определяют горизонтальные координаты (XГМ(tk-ΔTk); YГМ(tk-ΔTk)) ГМ в ЛСК, при этом в качестве ГМ используют телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), для этого на ТНПА дополнительно размещают гидроакустический маяк-ответчик (ГМО), с помощью которого с заданным периодом зондирования в объем воды излучают акустические импульсы, при этом ОС снабжают аппаратурой ГАНС-УКБ, с помощью которой последовательно принимают акустические импульсы и определяют дистанцию RГМ(tk-ΔTk) от ГМО до фазового центра пеленгационной антенны ГАНС-УКБ и курсовой угол KU(tk-ΔTk) между носовой частью строительной оси судна и направлением на ГМО, при этом ОС снабжают первым и вторым радионавигационным приемником GPS/ГЛОНАСС, приемные антенны которых размещают вдоль строительной оси судна в носовой и кормой части соответственно, при этом многократно определяют географические координаты антенн, которые с помощью вычислительного устройства (ВУ), размещенного на ОС, пересчитывают по каждой паре измерений в локальные координаты с последующим вычислением угла между осью 0X и носовой частью строительной оси судна (курс судна), а затем по группе полученных парциальных оценок курса формируют методом наименьших квадратов сглаженную оценку курса ОС KOC(tk-ΔTk) в ЛСК, далее с учетом линейных смещений фазового центра пеленгационной антенны ГАНС-УКБ относительно второй антенны радионавигационного приемника GPS/ГЛОНАСС в ВУ определяют горизонтальные координаты ОС (XOC(tk-ΔTk); YOC(tk-ΔTk)) в ЛСК и затем горизонтальные координаты ТНПА (XГМ(tk-ΔTk); YГМ(tk-ΔTk)) в ЛСК по формулам- by the time of radiation of the k-th navigation package (t k -ΔT k ), horizontal coordinates are determined (X GM (t k -ΔT k ); Y GM (t k -ΔT k )) GM in LSC, while as a GM they use a remote-controlled uninhabited underwater vehicle (TNLA), for this purpose a sonar transponder (GMO) is additionally placed on the TNLA, with which acoustic pulses are emitted into the volume of water with a given sounding period, while the OS is equipped with HANS-UKB equipment, with which receiving acoustic pulses and determining the distance R GM (t k - T k) of the GMO to DF antenna phase center HANS-PCBs and heading angle KU (t k -ΔT k) between the bow of the ship construction and the axis direction on GMO, the OS is provided with first and second radio navigation receiver GPS / GLONASS receiver antennas which are placed along the ship’s construction axis in the bow and stern, respectively, while repeatedly determining the geographical coordinates of the antennas, which, using a computing device (WU) located on the OS, are converted for each pair of measurements into local coordinates with by further calculation of the angle between the 0X axis and the bow of the ship’s construction axis (ship heading), and then using the least squares group of received heading estimates, a smoothed course estimate OS K OC (t k -ΔT k ) in LSC is formed, then taking into account linear displacements the phase center of the HANS-UKB direction-finding antenna relative to the second antenna of the GPS / GLONASS radio navigation receiver, the horizontal coordinates of the OS are determined in the WU (X OC (t k -ΔT k ); Y OC (t k -ΔT k )) in LSC and then the horizontal coordinates of TNLA (X GM (t k -ΔT k ); Y GM (t k -ΔT k )) in LSC according to the formulas
DГМ(tk-ΔTk)=(RГМ(tk-ΔTk)2-ZГМ(tk-ΔTk)2)0.5,D GM (t k -ΔT k ) = (R GM (t k -ΔT k ) 2 -Z GM (t k -ΔT k ) 2 ) 0.5 ,
XГМ(tk-ΔTk)=XOC(tk-ΔTk)+DГМ(tk-ΔTk)×cosβ,X GM (t k -ΔT k ) = X OC (t k -ΔT k ) + D GM (t k -ΔT k ) × cosβ,
YГМ(tk-ΔTk)=YOC(tk-ΔTk)+DГМ(tk-ΔTk)×sinβ,Y GM (t k -ΔT k ) = Y OC (t k -ΔT k ) + D GM (t k -ΔT k ) × sinβ,
где DГМ(tk-ΔTk) - расстояние между ГМО и фазовым центром пеленгационной антенны ГАНС-УКБ в плоскости X0Y, ZГМ(tk-ΔTk) - глубина нахождения ТНПА в ЛСК, β=KU(tk-ΔTk)-360+KOC(tk-ΔTk), еслиwhere D GM (t k -ΔT k ) is the distance between the GMO and the phase center of the HANS-UKB direction-finding antenna in the X0Y plane, Z GM (t k -ΔT k ) is the depth of the TNLA in the LSC, β = KU (t k -ΔT k ) -360 + K OC (t k -ΔT k ) if
(KOC(tk-ΔTk)+KU(tk-ΔTk))≥360 град, или β=KU(tk-ΔTk)+KOC(tk-ΔTk), если 0 град ≤(KOC(tk-ΔTk)+KU(tk-ΔTk))<360 град,(K OC (t k -ΔT k ) + KU (t k -ΔT k )) ≥360 deg, or β = KU (t k -ΔT k ) + K OC (t k -ΔT k ) if 0 deg ≤ (K OC (t k -ΔT k ) + KU (t k -ΔT k )) <360 degrees,
- а горизонтальные координаты АНПА в ЛСК к моменту времени tk оценивают по результатам решения системы уравнений- and the horizontal coordinates of the AUV in LSC at the time t k are estimated by the results of solving the system of equations
где DАНПА(tk)2=RАНПА(tk)2-ZАНПА(tk)2, DАНПА(tk) - расстояние между первой и второй ГАПИ в плоскости X0Y, и выборе окончательного решения на основе сравнения путевых углов K1(tk) и K2(tk) с K(tk-1), при этом первое решение системы является истинным, если выполняется условиеwhere D ANPA (t k ) 2 = R ANPA (t k ) 2 -Z ANPA (t k ) 2 , D ANPA (t k ) - the distance between the first and second GAPI in the X0Y plane, and the choice of the final solution based on a comparison of travel angles K 1 (t k ) and K 2 (t k ) with K (t k-1 ), while the first solution of the system is true if the condition
Покажем возможность достижения указанного технического результата.We show the ability to achieve the specified technical result.
Сущность изобретения отображена на чертежах, иллюстрирующих способ координирования АНПА в условиях подледного плавания.The invention is shown in the drawings, illustrating the method of coordinating AUV in ice-swimming conditions.
На фиг.1 изображена ЛСК 0XYZ, в которой осуществляется координирование АНПА, а также проекции положений ОС и АНПА на плоскость X0Y по достижении аппаратом требуемой глубины или высоты над дном.Figure 1 shows the LSC 0XYZ, in which the AUV is coordinated, as well as the projection of the OS and AUV positions on the X0Y plane when the device reaches the desired depth or height above the bottom.
На фиг.2 изображена общая схема способа координирования АНПА в условиях подледного плавания.Figure 2 shows a General diagram of a method for coordinating AUV in ice-swimming conditions.
На фиг.3 изображены проекции положений ОС и ТНПА на плоскость X0Y для пояснения формул определения горизонтальных координат ТНПА в момент времени (tk-ΔTk).Figure 3 shows the projection of the provisions of the OS and TNLA on the X0Y plane to explain the formulas for determining the horizontal coordinates of TNLA at a time (t k -ΔT k ).
Рассмотрим пример реализации способа.Consider an example implementation of the method.
При подходе ОС 1 (фиг.1) в заданный район подледных исследований формируется неподвижная правосторонняя ЛСК 0XYZ, помещенная в фазовый центр пеленгационной антенны ГАНС-УКБ 6 (позиция 1) и ориентированная осью 0X по линии истинного курса ОС 1 на момент начала процесса спиралеобразного заглубления АНПА 2 (позиция 1).When
Предполагается, что по окончании процесса заглубления (аппарат достиг требуемой глубины или высоты над дном), координаты (XАНПА(t0); YАНПА(t0)) АНПА 2 (позиция 2) в плоскости X0Y определены с высокой точностью (фиг.1).It is assumed that at the end of the deepening process (the apparatus reached the required depth or height above the bottom), the coordinates (X AUV (t 0 ); Y AUV (t 0 )) AUV 2 (position 2) in the X0Y plane are determined with high accuracy (Fig. one).
ГМО 5 (фиг.2) на ТНПА 3 с заданным периодом зондирования по электрическому сигналу активации, поступающему по кабель-тросу 4 с ОС 1, в объем воды излучает акустический импульс. Этот импульс принимается судовой аппаратурой ГАНС-УКБ 6, где осуществляется определение дистанции от ГМО 5 до фазового центра пеленгационной антенны ГАНС-УКБ 6 и курсового угла между носовой частью строительной оси ОС 1 и направлением на ГМО 5.GMO 5 (figure 2) at
С помощью первого 7 и второго 8 радионавигационного приемника GPS/ГЛОНАСС, антенны которых размещены вдоль строительной оси судна в носовой и кормой части соответственно, определяются географические координаты приемных антенн. Полученные координаты поступают в ВУ 9, где осуществляется пересчет каждой пары измерений в локальные координаты с последующим вычислением угла между осью 0X и носовой частью строительной оси судна (курс судна) по формулам:Using the first 7 and second 8 radionavigation GPS / GLONASS receiver, the antennas of which are located along the ship’s construction axis in the bow and stern, respectively, the geographical coordinates of the receiving antennas are determined. The obtained coordinates are received in VU 9, where each pair of measurements is converted to local coordinates, followed by calculation of the angle between the 0X axis and the bow of the ship’s construction axis (vessel heading) using the formulas:
где a=X2(tm)-X1(tm).where a = X 2 (t m ) -X 1 (t m ).
где b=Y2(tm)-Y1(tm);where b = Y 2 (t m ) -Y 1 (t m );
где (X1(tm); Y1(tm)) и (X2(tm); Y2(tm)) - горизонтальные координаты антенн первого 7 и второго 8 радионавигационного приемника GPS/ГЛОНАСС в ЛСК; m=1, …, M - номер пары координат приемных антенн; KOC(tm) - парциальная оценка курса ОС 1.where (X 1 (t m ); Y 1 (t m )) and (X 2 (t m ); Y 2 (t m )) are the horizontal coordinates of the antennas of the first 7 and second 8 radionavigation GPS / GLONASS receiver in LSC; m = 1, ..., M is the number of the coordinate pair of the receiving antennas; K OC (t m ) - partial assessment of the course of
Затем по группе полученных парциальных оценок курса в ВУ 9 формируется методом наименьших квадратов сглаженная оценка курса ОС 1 KOC(tk-ΔTk) в момент времени (tk-ΔTk).Then, according to the group of received partial course estimates in WU 9, a smoothed estimate of the OS 1 K OC rate (t k -ΔT k ) at the time point (t k -ΔT k ) is formed by the least squares method.
Затем с учетом линейных смещений фазового центра пеленгационной антенны ГАНС-УКБ 6 относительно второй антенны радионавигационного приемника GPS/ГЛОНАСС 8 в ВУ 9 определяются горизонтальные координаты ОС 1 (ХOC(tk-ΔTk); YOC(tk-ΔTk)) в ЛСК.Then, taking into account the linear displacements of the phase center of the GANS-
С помощью датчика давления 10, размещенного на ТИПА 3, определяется глубина погружения ТНПА 3 ZГМ(tk-ΔTk) в ЛСК.Using the
Курсовой угол и дистанция от ГМО 5 до пеленгационной антенны ГАНС-УКБ 6, а также глубина погружения ТНПА 3 поступают в ВУ 9, где с учетом горизонтальных координат и сглаженной оценки курса ОС 1 осуществляется определение горизонтальных координат ТНПА 3 в ЛСК к моменту времени (tk-ΔTk) по следующим формулам (фиг.3):The heading angle and the distance from the
где β=KU(tk-ΔTk)-360+KOC(tk-ΔTk), еслиwhere β = KU (t k -ΔT k ) -360 + K OC (t k -ΔT k ) if
(KOC(tk-ΔTk)+KU(tk-ΔTk))≥360 град, или β=KU(tk-ΔTk)+KOC(tk-ΔTk), если 0 град ≤(KOC(tk-ΔTk)+KU(tk-ΔTk}}<360 град.(K OC (t k -ΔT k ) + KU (t k -ΔT k )) ≥360 deg, or β = KU (t k -ΔT k ) + K OC (t k -ΔT k ) if 0 deg ≤ (K OC (t k -ΔT k ) + KU (t k -ΔT k }} <360 deg.
В момент времени (tk-ΔTk) первая ГАПИ 11 с помощью приемоизлучающей антенны в объем воды излучает пакет навигационных данных о горизонтальных координатах и глубине нахождения ТНПА 3 в ЛСК, а также метке времени излучения пакета. В момент времени tk вторая ГАПИ 12 принимает навигационный пакет и определяет расстояние между ТНПА 3 и АНПА 2. С помощью датчика глубины 13 и ДГАЛ 14 измеряются глубина движения аппарата в ЛСК и модуль вектора скорости его движения к моменту времени tk.At a point in time (t k −ΔT k ), the
Глубина движения аппарата, модуль вектора скорости его движения, координаты ТНПА в ЛСК, а также измеренная дальность между ТНПА и АНПА поступают в систему коррекции координат 15, где осуществляется оценка горизонтальных координат аппарата (XАНПА(tk); YАНПА(tk)} в ЛСК по результатам решения системы уравнений:The depth of the apparatus’s movement, the module of the velocity vector of its movement, the coordinates of the TNLA in the LSC, as well as the measured distance between the TNLA and the ANU are sent to the coordinate
где DАНПА(tk)2=RАНПА(tk)2-ZАНПА(tk),where D ANPA (t k ) 2 = R ANPA (t k ) 2 -ZA NPA (t k ),
и выборе окончательного решения на основе сравнения путевых углов K1(tk) и K2(tk) с K(tk-1), при этом первое решение системы является истинным, если выполняется условие
Разработанный способ координирования подводного комплекса, которым является АНПА, за счет исключения измерений курса аппарата и ОС прямым путем, что является источником некорректных данных в высоких арктических широтах, а также повышение маневренности ГМ, в качестве которого используется ТНПА, позволяет повысить точность позиционирования в условиях подледного плавания.The developed method for coordinating the underwater complex, which is the AUV, by eliminating direct measurements of the vehicle and OS heading, which is a source of incorrect data in high Arctic latitudes, as well as increasing the maneuverability of the GM, which is used as a TNA, can improve positioning accuracy under ice conditions swimming.
Таким образом, технический результат изобретения достигнут.Thus, the technical result of the invention is achieved.
Claims (1)
где DГМ(tk-ΔTk) - дальность между ГМО и фазовым центром пеленгационной антенны ГАНС-УКБ в плоскости X0Y, ZГМ(tk-ΔTk) - глубина нахождения ТНПА в ЛСК, β=KU(tk-ΔTk)-360+KOC(tk-ΔTk), если
(KOC(tk-ΔTk)+KU(tk-ΔTk))≥360 град, или β=KU(tk-ΔTk)+KOC(tk-ΔTk), если 0 град ≤(KOC(tk-ΔTk)+KU(tk-ΔTk))<360 град, а горизонтальные координаты АНПА в ЛСК к моменту времени tk оценивают по результатам решения системы уравнений
где
где DАНПА(tk)2=RАНПА(tk)2-ZАНПА(tk)2, DАНПА(tk) - расстояние между первой и второй ГАПИ в плоскости X0Y, и выборе окончательного решения на основе сравнения путевых углов K1(tk) и K2(tk) с K(tk-1), при этом первое решение системы является истинным, если выполняется условие
where D GM (t k -ΔT k ) is the distance between the GMO and the phase center of the HANS-UKB direction-finding antenna in the X0Y plane, Z GM (t k -ΔT k ) is the depth of the TNLA in the LSC, β = KU (t k -ΔT k ) -360 + K OC (t k -ΔT k ) if
(K OC (t k -ΔT k ) + KU (t k -ΔT k )) ≥360 deg, or β = KU (t k -ΔT k ) + K OC (t k -ΔT k ) if 0 deg ≤ (K OC (t k -ΔT k ) + KU (t k -ΔT k )) <360 deg, and the horizontal coordinates of the AUV in LSC at the time t k are estimated by solving the system of equations
Where
where D ANPA (t k ) 2 = R ANPA (t k ) 2 -Z ANPA (t k ) 2 , D ANPA (t k ) - the distance between the first and second GAPI in the X0Y plane, and the choice of the final solution based on a comparison of travel angles K 1 (t k ) and K 2 (t k ) with K (t k-1 ), while the first solution of the system is true if the condition
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152375/28A RU2555479C2 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152375/28A RU2555479C2 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013152375A RU2013152375A (en) | 2015-06-10 |
RU2555479C2 true RU2555479C2 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53285020
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013152375/28A RU2555479C2 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2555479C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
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 |
RU2768207C1 (en) * | 2021-06-10 | 2022-03-23 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for bypassing a stationary underwater obstacle by an autonomous uninhabited underwater vehicle |
RU2794700C1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-04-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method for positioning an underwater object at long distances |
Citations (7)
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 |
EP1275012B1 (en) * | 2000-03-03 | 2010-09-08 | Atlas Elektronik Gmbh | Methods and systems for navigating under water |
RU2437114C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-12-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | System for determining coordinates of underwater objects |
RU2460043C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-08-27 | Андрей Федорович Зеньков | Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle |
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 |
RU130292U1 (en) * | 2012-09-06 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Тетис Про" | COMPLEX OF CONTROLLED UNABILITATED UNDERWATER UNIT |
RU2488842C1 (en) * | 2011-12-20 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons |
-
2013
- 2013-11-26 RU RU2013152375/28A patent/RU2555479C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (7)
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 |
EP1275012B1 (en) * | 2000-03-03 | 2010-09-08 | Atlas Elektronik Gmbh | Methods and systems for navigating under water |
RU2437114C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-12-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | System for determining coordinates of underwater objects |
RU2460043C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-08-27 | Андрей Федорович Зеньков | Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle |
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 |
RU2488842C1 (en) * | 2011-12-20 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons |
RU130292U1 (en) * | 2012-09-06 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Тетис Про" | COMPLEX OF CONTROLLED UNABILITATED UNDERWATER UNIT |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
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 |
RU2768207C1 (en) * | 2021-06-10 | 2022-03-23 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for bypassing a stationary underwater obstacle by an autonomous uninhabited underwater vehicle |
RU2794700C1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-04-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method for positioning an underwater object at long distances |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013152375A (en) | 2015-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kussat et al. | Absolute positioning of an autonomous underwater vehicle using GPS and acoustic measurements | |
US7139647B2 (en) | Methods and systems for navigating under water | |
US9223002B2 (en) | System and method for determining the position of an underwater vehicle | |
Li et al. | Motion-compensated acoustic localization for underwater vehicles | |
RU2344435C1 (en) | Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship | |
RU2563332C2 (en) | Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle | |
CN101900558A (en) | Combined navigation method of integrated sonar micro navigation autonomous underwater robot | |
Matsuda et al. | Performance analysis on a navigation method of multiple AUVs for wide area survey | |
CA3061547A1 (en) | Navigation system for underwater vehicles | |
CN106643709A (en) | Combined navigation method and device for offshore carrier | |
RU2629916C1 (en) | Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus | |
CN110703202B (en) | Underwater pulsed sound positioning system based on multi-acoustic wave glider and unmanned surface vehicle | |
US20080034871A1 (en) | Test Method For A Method For Passively Obtaining Target Parameters | |
US20230341507A1 (en) | Single-receiver Doppler-based Sound Source Localization To Track Underwater Target | |
Dubrovin et al. | About accuracy estimation of AUV single-beacon mobile navigation using ASV, equipped with DGPS | |
AU2005268886B2 (en) | Method for an antenna angular calibration by relative distance measuring | |
CN105738869A (en) | Deepwater beacon searching and positioning method suitable for single hydrophone | |
CN112684207A (en) | ADCP (advanced digital control Performance) speed estimation and correction algorithm for deep submersible vehicle | |
RU2555479C2 (en) | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation | |
RU2303275C2 (en) | Method for determination of co-ordinates of submerged objects | |
CN108227744A (en) | A kind of underwater robot location navigation system and positioning navigation method | |
KR101763911B1 (en) | Heading estimation apparatus of auv in severe magnetic disturbance environment and the method thereof | |
Tomczak | Modern methods of underwater positioning applied in subsea mining | |
Hegrenæs et al. | Horizontal mapping accuracy in hydrographic AUV surveys | |
RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161127 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200626 |