RU2790529C1 - Method for hydroacoustic positioning of an autonomous uninhabited underwater apparatus - Google Patents

Method for hydroacoustic positioning of an autonomous uninhabited underwater apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2790529C1
RU2790529C1 RU2022109998A RU2022109998A RU2790529C1 RU 2790529 C1 RU2790529 C1 RU 2790529C1 RU 2022109998 A RU2022109998 A RU 2022109998A RU 2022109998 A RU2022109998 A RU 2022109998A RU 2790529 C1 RU2790529 C1 RU 2790529C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
beacon
antenna
hydroacoustic
finding
positioning
Prior art date
Application number
RU2022109998A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Георгиевич Арсентьев
Геннадий Илларионович Криволапов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2790529C1 publication Critical patent/RU2790529C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: navigation.
SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustic direction finding and can be used for navigation of autonomous uninhabited underwater vehicles using transponder beacons. In the method for hydroacoustic positioning of an autonomous uninhabited underwater vehicle relative to the source of hydroacoustic navigation signal in the form of a transponder beacon located on an object of underwater or surface location, navigation accuracy is increased under conditions of small inclined distances between positioned objects by introducing five additional functionally related computational procedures into the positioning algorithm , allowing to reduce the algorithmic errors in calculating the angular coordinates of the source of the hydroacoustic navigation signal.
EFFECT: improving navigation accuracy in conditions of small inclined distances between positioning objects.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для навигации автономных необитаемых подводных аппаратов с использованием маяков-ответчиков, устанавливаемых на различных подводных и надводных объектах.The invention relates to hydroacoustics and can be used for navigation of autonomous uninhabited underwater vehicles using transponder beacons installed on various underwater and surface objects.

Современные многоцелевые автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) представляют собой новый класс подводных робототехнических средств с присущими им задачами и практическим применением, особенностями технологии и составом систем. При этом системы, входящие в состав АНПА, отличаются большим разнообразием по назначению и физическим принципам работы с противоречивыми требованиями к технологии конструирования и внутренней системной организации.Modern multi-purpose autonomous uninhabited underwater vehicles (AUVs) represent a new class of underwater robotics with their inherent tasks and practical application, technology features and systems composition. At the same time, the systems that make up the AUV are very diverse in terms of purpose and physical principles of operation with conflicting requirements for design technology and internal system organization.

Известен способ [1] гидроакустического позиционирования подводного объекта относительно судна обеспечения, ориентированный на минимально возможное, равное четырем, количество приемных трактов пеленгации и позволяющий определять координаты подводного объекта (источника навигационного сигнала) в трехмерном пространстве с достаточно высокой точностью.There is a known method [1] of hydroacoustic positioning of an underwater object relative to a support vessel, focused on the minimum possible, equal to four, the number of direction-finding receiving paths and allowing to determine the coordinates of an underwater object (navigation signal source) in three-dimensional space with sufficiently high accuracy.

В работе [2] даются оценки точностей позиционирования источника гидроакустического навигационного сигнала при использовании фазового пеленгатора с алгоритмом позиционирования (последовательностью действий) способа [1] на базе четырехэлементных пеленгационных антенн диаметрально-ортогональной (ДО) и пирамидальной геометрий.The work [2] gives estimates of the positioning accuracy of a hydroacoustic navigation signal source when using a phase direction finder with a positioning algorithm (sequence of actions) of the method [1] based on four-element direction-finding antennas of diametrical-orthogonal (DO) and pyramidal geometries.

В статье [3] предложена гидроакустическая навигационная система АНПА с амплитудно-модулированным навигационным сигналом и алгоритмом позиционирования способа [1], использующая четырехэлементные пеленгационные антенны ДО и пирамидальной геометрий, предназначенная для позиционирования АНПА относительно разнообразных по функциональному назначению объектов, оснащенных маяками-ответчиками гидроакустического навигационного сигнала и находящихся в двух областях водной среды, - автономных донных станций, донных станций мониторинга, придонных маяков-ответчиков, плавающих гидроакустических маяков, безэкипажных катеров-разведчиков, надводных роботизированных аппаратов. Указанная навигационная система по совокупности общих признаков может служить в качестве прототипа предлагаемого способа гидроакустического позиционирования АНПА.The article [3] proposes an AUV hydroacoustic navigation system with an amplitude-modulated navigation signal and the positioning algorithm of the method [1], using four-element direction-finding antennas of DO and pyramidal geometries, designed for positioning AUVs relative to objects of various functional purposes, equipped with beacons-responders of hydroacoustic navigation signal and located in two areas of the aquatic environment - autonomous bottom stations, bottom monitoring stations, bottom responder beacons, floating sonar beacons, unmanned reconnaissance boats, surface robotic vehicles. The indicated navigation system, in terms of the totality of common features, can serve as a prototype of the proposed method for AUV hydroacoustic positioning.

В прототипе позиционирование АНПА относительно объекта с источником гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика осуществляется следующим образом.In the prototype, the positioning of the AUV relative to the object with a source of hydroacoustic navigation signal in the form of a beacon-responder is as follows.

АНПА оснащают эхолокационной системой для измерения расстояния до дна морской акватории, измерителем глубины погружения, формирователем запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика с тремя передающими антеннами 5 для излучения в верхней, нижней и передней полусферах водного пространства относительно корпуса АНПА, гидроакустическим фазовым пеленгатором с тремя четырехэлементными пеленгационными антеннами двух геометрий: двумя бортовыми антеннами 6 ДО геометрии (форма правильного параллелепипеда) для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в верхней и нижней полусферах и носовой антенной 7 пирамидальной геометрии (форма правильной пирамиды) для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в передней полусфере водного пространства (фиг.1). При этом в пеленгационных антеннах ДО геометрии обеспечивают ортогональное расположение двух пар приемных гидрофонов (1-2 и 3-4) в противоположных углах оснований правильного параллелепипеда (фиг.2а), ориентированного основаниями параллельно продольной оси АНПА и имеющего размер ребер оснований в два раза превышающий размер его боковых ребер, а в пеленгационной антенне пирамидальной геометрии реализуют расположение приемных гидрофонов в вершинах правильной пирамиды (фиг.2б), ориентированной основанием перпендикулярно продольной оси АНПА и имеющей размер ребер оснований (расстояние между приемными гидрофонами 2-3, 2-4, 3-4) в два раза превышающий ее высоту.AUVs are equipped with an echolocation system for measuring the distance to the bottom of the sea area, a diving depth meter, a transponder beacon interrogating signal generator with three transmitting antennas 5 for radiation in the upper, lower and forward hemispheres of the water space relative to the AUV hull, a hydroacoustic phase direction finder with three four-element direction finding antennas of two geometries: two onboard antennas 6 TO geometry (form of a regular parallelepiped) for receiving a hydroacoustic navigation signal of the beacon-responder of an object positioning in the upper and lower hemispheres and a bow antenna 7 of pyramidal geometry (the shape of a regular pyramid) for receiving a hydroacoustic navigation signal of the beacon-responder of an object positioning in the front hemisphere of the body of water (figure 1). At the same time, in the direction-finding antennas, the geometry provides an orthogonal arrangement of two pairs of receiving hydrophones (1-2 and 3-4) in opposite corners of the bases of a regular parallelepiped (Fig. 2a), oriented by the bases parallel to the longitudinal axis of the AUV and having the size of the edges of the bases twice as large as the size of its lateral ribs, and in the direction-finding antenna of pyramidal geometry, the location of the receiving hydrophones is implemented at the vertices of a regular pyramid (Fig.2b), oriented with its base perpendicular to the longitudinal axis of the AUV and having the size of the ribs of the bases (the distance between the receiving hydrophones 2-3, 2-4, 3 -4) twice its height.

Исходя из приемлемой технологической установки пеленгационных антенн в корпусе АНПА среднего класса [4], выбора параметров навигационного сигнала и характера изменения погрешностей [2] определения угловых координат объекта позиционирования в пределах полусферы приема пеленгационной антенны, базовый установочный размер А (см. фиг.2) для пеленгационных антенн ДО и пирамидальной геометрий выбирают одинаковым.Based on the acceptable technological installation of direction-finding antennas in the AUV body of the middle class [4], the choice of navigation signal parameters and the nature of the change in errors [2] of determining the angular coordinates of the positioning object within the hemisphere of receiving the direction-finding antenna, the basic installation size A (see Fig.2) for direction-finding antennas, DO and pyramidal geometries are chosen the same.

Отсчет углов пеленга ϕ и места θ (см. фиг.2) при определении местоположения АНПА относительно приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования в системах координат вышеуказанных антенн АНПА иллюстрируется фиг.3, где на фиг.3а показан отсчет углов позиционирования ϕ и θ для носовой антенны 7, а на фиг.3б - отсчет углов позиционирования для бортовых антенн 6 АНПА.The reading of the angles of the bearing ϕ and location θ (see Fig.2) when determining the location of the AUV relative to the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object in the coordinate systems of the above AUV antennas is illustrated in Fig.3, where figa shows the reading of the positioning angles ϕ and θ for bow antenna 7, and figb - reading of the positioning angles for onboard antennas 6 AUV.

Гидроакустический сигнал формирователя запросного сигнала маяка-ответчика АНПА излучают посредством передающей антенны 5 в полусферу водного пространства с ожидаемым или априорно известным присутствием объекта позиционирования и принимают посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика на объекте позиционирования, находящемся в зоне акустического контакта с АНПА.The hydroacoustic signal of the interrogation signal generator of the AUV responder beacon is emitted by means of the transmitting antenna 5 into the hemisphere of the water space with the expected or a priori known presence of the positioning object and is received by means of the transceiver antenna of the responder beacon at the positioning object located in the zone of acoustic contact with the AUV.

Излучают посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика с объекта позиционирования в водную среду акватории гидроакустический навигационный сигнал с однотональной амплитудной модуляцией, в котором частоту Fm модулирующего гармонического сигнала выбирают из условия фазовой однозначности пеленгования [3]:A hydroacoustic navigation signal with single-tone amplitude modulation, in which the frequency F m of the modulating harmonic signal is selected from the condition of phase unambiguity of direction finding [3], is emitted by means of the transceiver antenna of the responder beacon from the positioning object into the aquatic environment of the water area:

Fm≤Cmin 14A, где Cmin - минимальная скорость звука в морской воде, А - базовый установочный размер пеленгационных антенн.F m ≤C min 14A, where C min is the minimum speed of sound in sea water, A is the basic installation size of direction finding antennas.

На АНПА принимают и обрабатывают гидроакустический навигационный сигнал маяка-ответчика с определением параметров местоположения его приемопередающей антенны - пеленга ϕ, угла места θ и наклонного расстояния R в системе координат пеленгационной антенны соответствующей полусферы приема.The AUV receives and processes the hydroacoustic navigation signal of the transponder beacon with determination of the location parameters of its transceiver antenna - bearing ϕ, elevation angle θ and slope distance R in the direction-finding antenna coordinate system of the corresponding receiving hemisphere.

Пеленг ϕ и угол места θ приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования определяют с использованием следующих тригонометрических соотношений [3].The bearing ϕ and the elevation angle θ of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object are determined using the following trigonometric relations [3].

Носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема:Forward direction-finding antenna of the forward hemisphere of reception:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема:Onboard direction-finding antennas of the upper and lower hemispheres of reception:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Переменные Δψ12, Δψ13, Δψ14 являются разностями фаз колебаний демодулированного амплитудно-модулированного навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования для соответствующих пар парциальных трактов приема (выходов приемных гидрофонов 1-2, 1-3, 1-4 на фиг.2) пеленгационной антенны АНПА, измеряемыми, например, цифровым квадратурным методом [5] с соответствующими инструментальными погрешностями. Соотношения (1) (4) характеризуют функциональные зависимости алгоритма позиционирования способа [1] применительно к пеленгационным антеннам рассматриваемых геометрий.Variables Δψ 12 , Δψ 13 , Δψ 14 are the phase differences of the oscillations of the demodulated amplitude-modulated navigation signal of the beacon-responder of the positioning object for the respective pairs of partial receiving paths (outputs of the receiving hydrophones 1-2, 1-3, 1-4 in Fig.2) AUV direction-finding antenna, measured, for example, by the digital quadrature method [5] with the corresponding instrumental errors. Relationships (1) (4) characterize the functional dependencies of the positioning algorithm of the method [1] in relation to the direction-finding antennas of the considered geometries.

Наклонное расстояние R между пеленгационной антенной АНПА и приемопередающей антенной маяка-ответчика объекта позиционирования рассчитывают по формулам:The slope distance R between the direction-finding antenna of the AUV and the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object is calculated by the formulas:

Figure 00000005
Figure 00000005

где h1 - расстояние до дна морской акватории, измеренное в эхолокационной системе АНПА; h2 - глубина погружения АНПА, полученная от измерителя глубины погружения; θ - угол места приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования в системе координат пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема, вычисленный с учетом зависимостей (2) или (4).where h 1 is the distance to the bottom of the sea area, measured in the AUV echolocation system; h 2 - AUV diving depth obtained from the diving depth gauge; θ is the elevation angle of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object in the coordinate system of the AUV direction-finding antenna of the corresponding receiving hemisphere, calculated taking into account dependencies (2) or (4).

Погрешности оценок угловых координат ϕ и θ приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования обусловлены инструментальными погрешностями измерения разностей фаз Δψ12, Δψ13, Δψ14 колебаний демодулированного навигационного сигнала на выходах трех пар гидрофонов соответствующих пеленгационных антенн АНПА и погрешностями используемого алгоритма позиционирования, которые в дальнейшем будем именовать алгоритмическими погрешностями. Алгоритмические погрешности являются следствием реализационных ограничений при синтезе алгоритма позиционирования способа [1] и зависят от местоположения объекта позиционирования, а также геометрии и размеров пеленгационных антенн АНПА.The estimation errors of the angular coordinates ϕ and θ of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object are due to instrumental errors in measuring the phase differences Δψ 12 , Δψ 13 , Δψ 14 oscillations of the demodulated navigation signal at the outputs of three pairs of hydrophones of the corresponding AUV direction-finding antennas and the errors of the positioning algorithm used, which in the future will be called algorithmic errors. Algorithmic errors are a consequence of implementation limitations in the synthesis of the positioning algorithm of the method [1] and depend on the location of the positioning object, as well as the geometry and dimensions of the direction-finding antennas of the AUV.

Для наклонных расстояний между АНПА и объектом позиционирования, превышающих 20 метров, влияние на точность пеленгования алгоритмических погрешностей на порядок меньше влияния инструментальных погрешностей измерения разностей фаз. Соизмеримое влияние на точность пеленгования алгоритмические погрешности оказывают при малых наклонных расстояниях (R < 10 м) между АНПА и объектом позиционирования, что нежелательно при решении задачи позиционирования с повышенной точностью, например, заведения АНПА в торпедный отсек подводной лодки, приведения АНПА к причальным устройствам подводных платформ техобслуживания или надводных роботизированных аппаратов.For inclined distances between the AUV and the positioning object exceeding 20 meters, the influence of algorithmic errors on the direction finding accuracy is an order of magnitude less than the influence of instrumental errors in measuring phase differences. Algorithmic errors have a comparable effect on the accuracy of direction finding at small slope distances (R < 10 m) between the AUV and the positioning object, which is undesirable when solving the problem of positioning with increased accuracy, for example, putting the AUV into the torpedo compartment of a submarine, bringing the AUV to the berthing devices of underwater maintenance platforms or surface robotic vehicles.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности навигации в условиях малых наклонных расстояний между объектами позиционирования.The technical result of the proposed method is to improve the accuracy of navigation in conditions of small sloping distances between positioning objects.

Данный технический результат достигается за счет того, что при позиционировании АНПА относительно источника гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика, размещенного на объекте позиционирования подводного или надводного местоположения, заключающемся в оснащении АНПА эхолокационной системой для измерения расстояния до дна морской акватории, измерителем глубины погружения, формирователем запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика с тремя передающими антеннами для излучения в верхней, нижней и передней полусферах водного пространства относительно корпуса АНПА, гидроакустическим фазовым пеленгатором с тремя четырехэлементными пеленгационными антеннами двух геометрий: двумя бортовыми антеннами ДО геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в верхней и нижней полусферах водного пространства с ортогональным расположением двух пар приемных гидрофонов в противоположных углах оснований правильного параллелепипеда, ориентированного основаниями параллельно продольной оси АНПА и имеющего размер ребер оснований в два раза превышающий размер его боковых ребер, и носовой антенной пирамидальной геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в передней полусфере водного пространства с расположением приемных гидрофонов в вершинах правильной пирамиды, ориентированной основанием перпендикулярно продольной оси АНПА и имеющей размер ребер основания в два раза превышающий ее высоту, при этом размер боковых ребер параллелепипеда и высоту пирамиды, определяющих базовый установочный размер пеленгационных антенн в корпусе АНПА, выбирают одинаковыми, в излучении с АНПА посредством передающей антенны в полусферу водного пространства с ожидаемым или априорно известным присутствием объекта позиционирования запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в приеме посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика на объекте позиционирования, находящемся в зоне акустического контакта с АНПА, запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в излучении приемопередающей антенной маяка-ответчика с объекта позиционирования гидроакустического навигационного сигнала с однотональной амплитудной модуляцией, частоту модулирующего гармонического сигнала которого выбирают из условия фазовой однозначности пеленгования, в приеме и обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на АНПА с определением параметров местоположения его приемопередающей антенны - пеленга, угла места и наклонного расстояния в системе координат пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема на основе тригонометрических соотношений алгоритма позиционирования, вводят в алгоритм позиционирования, при обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на АНПА, дополнительные функционально связанные процедуры, в которых для пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика вычисляют: декартовы координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования, расстояния от гидрофонов пеленгационной антенны до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования, вспомогательные угловые координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования, приближенные алгоритмические погрешности оценки угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования и скорректированные угловые координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования.This technical result is achieved due to the fact that when positioning the AUV relative to the source of the hydroacoustic navigation signal in the form of a transponder beacon located on the positioning object of the underwater or surface location, which consists in equipping the AUV with an echolocation system for measuring the distance to the bottom of the sea area, a diving depth meter, an interrogating hydroacoustic signal generator of the responder beacon with three transmitting antennas for radiation in the upper, lower and forward hemispheres of the water space relative to the AUV hull, a hydroacoustic phase direction finder with three four-element direction-finding antennas of two geometries: two onboard antennas to the geometry for receiving the hydroacoustic navigation signal of the responder beacon positioning object in the upper and lower hemispheres of the water space with an orthogonal arrangement of two pairs of receiving hydrophones in opposite corners of the bases of the right parallel lepiped, oriented with its bases parallel to the longitudinal axis of the AUV and having a base rib size twice the size of its lateral ribs, and a pyramidal bow antenna geometry for receiving a hydroacoustic navigation signal of the positioning object beacon-responder in the forward hemisphere of the water space with the location of receiving hydrophones at the vertices of a regular pyramid oriented with its base perpendicular to the longitudinal axis of the AUV and having the size of the base ribs twice its height, while the size of the side ribs of the parallelepiped and the height of the pyramid, which determine the basic installation size of the direction-finding antennas in the AUV body, are chosen the same, in radiation from the AUV by means of a transmitting antenna in hemisphere of the water space with the expected or a priori known presence of the positioning object of the interrogation hydroacoustic signal of the transponder beacon, in reception by means of the transponder beacon transceiver antenna at the positioning object, n located in the zone of acoustic contact with the AUV, the interrogating hydroacoustic signal of the transponder beacon, in the radiation of the transponder beacon antenna from the positioning object of the hydroacoustic navigation signal with single-tone amplitude modulation, the frequency of the modulating harmonic signal of which is selected from the condition of phase uniqueness of direction finding, in the reception and processing of hydroacoustic the navigation signal of the beacon responder to the AUV with the determination of the location parameters of its transceiver antenna - bearing, elevation angle and slope distance in the coordinate system of the direction finding antenna of the AUV of the corresponding receiving hemisphere based on the trigonometric relations of the positioning algorithm, is introduced into the positioning algorithm, when processing the hydroacoustic navigation signal of the beacon - transponder to the AUV, additional functionally related procedures, in which for the direction finding antenna of the AUV of the corresponding hemisphere of receiving hydroacoustic navigation of this signal of the beacon-responder, the following is calculated: Cartesian coordinates of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object; beacon-responder of the positioning object and corrected angular coordinates of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object.

Существенным отличием предлагаемого способа является введение в алгоритм позиционирования прототипа пяти дополнительных функционально связанных процедур, позволяющих уменьшить алгоритмические погрешности вычисления угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования и тем самым повысить точность навигации в условиях малых наклонных расстояний между АНПА и объектом позиционирования.A significant difference of the proposed method is the introduction of five additional functionally related procedures into the prototype positioning algorithm, which make it possible to reduce algorithmic errors in calculating the angular coordinates of the transponder beacon antenna of the positioning object and thereby improve navigation accuracy under conditions of small slant distances between the AUV and the positioning object.

Совокупность действий в процессе позиционирования АНПА прототипа и дополнительно введенных функционально связанных процедур предлагаемого способа имеет причинно-следственную связь с достигаемым результатом, из чего можно заключить, что данный способ обладает новизной изобретательского уровня, так как явным образом не следует из известных технических решений, и пригоден для практического применения.The set of actions in the process of positioning the prototype AUV and additionally introduced functionally related procedures of the proposed method has a causal relationship with the result achieved, from which it can be concluded that this method has an inventive novelty, since it does not explicitly follow from known technical solutions, and is suitable for practical use.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.The proposed method is illustrated by drawings.

Фиг. 1 иллюстрирует размещение антенн навигационной системы АНПА, где 5 - передающие антенны запросного сигнала; 6 - бортовые пеленгационные антенны ДО геометрии; 7 - носовая пеленгационная антенна пирамидальной геометрии.Fig. 1 illustrates the placement of the antennas of the AUV navigation system, where 5 are the transmitting antennas of the interrogation signal; 6 - onboard direction-finding antennas BEFORE geometry; 7 - bow direction-finding antenna of pyramidal geometry.

Фиг.2 отображает системы координат и геометрические параметры пеленгационной антенны 6 ДО геометрии (фиг.2а) и пеленгационной антенны 7 пирамидальной геометрии (фиг.2б), где X,Y,Z - декартова система координат; А - базовый установочный размер антенн; ϕ - пеленг приемопередающей антенны объекта позиционирования; θ - угол места приемопередающей антенны объекта позиционирования; 1,2,3,4 - приемные гидрофоны пеленгационных антенн.Figure 2 displays the coordinate system and geometric parameters of the direction-finding antenna 6 BEFORE geometry (figa) and direction-finding antenna 7 pyramidal geometry (figb), where X,Y,Z - Cartesian coordinate system; A is the base mounting size of the antennas; ϕ - bearing of the transceiver antenna of the positioning object; θ is the elevation angle of the transceiver antenna of the positioning object; 1,2,3,4 - receiving hydrophones of direction-finding antennas.

Фиг. 3 поясняет порядок отсчета углов позиционирования ϕ и θ в носовой 7 и бортовых 6 пеленгационных антеннах АНПА.Fig. 3 explains the procedure for counting the positioning angles ϕ and θ in the bow 7 and onboard 6 direction-finding antennas of the AUV.

На фиг.4 показано возможное уменьшение максимальных алгоритмических погрешностей в зависимости от угла места позиционируемого объекта при навигации.Figure 4 shows the possible reduction of the maximum algorithmic errors depending on the elevation angle of the positioned object during navigation.

В основу предлагаемого способа позиционирования АНПА положено то обстоятельство, что зависимости погрешностей позиционирования от угловых координат объекта позиционирования, получаемые на основе соотношений (1) ÷ (4), являются гладкими функциями с непрерывными производными в области определения, у которых малые изменения аргумента приводят к малым изменениям функции. На этой основе предлагается модификация способа позиционирования прототипа, которая предполагает в своей реализации для пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования следующие действия и функционально связанные вычислительные процедуры, позволяющие повысить точность позиционирования АНПА.The proposed AUV positioning method is based on the fact that the dependences of the positioning errors on the angular coordinates of the positioning object, obtained on the basis of relations (1) ÷ (4), are smooth functions with continuous derivatives in the domain of definition, for which small changes in the argument lead to small function changes. On this basis, a modification of the prototype positioning method is proposed, which in its implementation for the AUV direction-finding antenna of the corresponding hemisphere for receiving the navigation signal of the positioning beacon responder, the following actions and functionally related computational procedures are proposed to improve the AUV positioning accuracy.

1. Измеряют в процессе позиционирования: разности фаз Δψ12, Δψ13, Δψ14 колебаний демодулированного амплитудно-модулированного навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования для трех пар приемных трактов (гидрофонов) пеленгационной антенны, расстояние h1 от АНПА до дна морской акватории и глубину погружения h2 АНПА.1. Measured in the process of positioning: the phase difference Δψ 12 , Δψ 13 , Δψ 14 fluctuations of the demodulated amplitude-modulated navigation signal of the beacon-responder of the positioning object for three pairs of receiving paths (hydrophones) of the direction-finding antenna, the distance h 1 from the AUV to the bottom of the sea area and immersion depth h 2 AUV.

2. Вычисляют на основе соотношений (1) ÷ (4) угловые координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования: пеленг ϕ и угол места θ, ас использованием формул (5) - наклонное расстояние R от пеленгационной антенны АНПА до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования.2. Based on relations (1) ÷ (4), the angular coordinates of the transponder beacon transceiver antenna of the positioning object are calculated: bearing ϕ and elevation angle θ, using formulas (5) - slope distance R from the AUV direction finding antenna to the transponder beacon transceiver antenna positioning object.

3. Вычисляют декартовы координаты х, у, z приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:3. Calculate the Cartesian coordinates x, y, z of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object:

Figure 00000006
Figure 00000006

4. Вычисляют для пеленгационной антенны АНПА с базовым установочным размером А (см. фиг.2) расстояния S1, S2, S3, S4 от приемных гидрофонов пеленгационной антенны до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования.4. Calculate for the direction-finding antenna of the AUV with the basic installation size A (see figure 2) distances S 1 , S 2 , S 3 , S 4 from the receiving hydrophones of the direction-finding antenna to the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object.

Бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема:Onboard direction-finding antennas of the upper and lower hemispheres of reception:

Figure 00000007
Figure 00000007

Носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема:Forward direction-finding antenna of the forward hemisphere of reception:

Figure 00000008
Figure 00000008

5. Вычисляют вспомогательные угловые координаты ϕ0, θ0 приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования с составляющими только алгоритмической погрешности.5. Auxiliary angular coordinates ϕ 0 , θ 0 of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object are calculated with components of only the algorithmic error.

Бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема:Onboard direction-finding antennas of the upper and lower hemispheres of reception:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема:Forward direction-finding antenna of the forward hemisphere of reception:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

6. Вычисляют приближенные алгоритмические погрешности ΔϕА, ΔθА оценки угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:6. Calculate the approximate algorithmic errors Δϕ A , Δθ A estimates of the angular coordinates of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object:

Figure 00000013
Figure 00000013

7. Вычисляют скорректированные угловые координаты ϕск, θск приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования с уменьшенными алгоритмическими погрешностями:7. Calculate the corrected angular coordinates ϕ ck , θ ck of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object with reduced algorithmic errors:

Figure 00000014
Figure 00000014

При технической реализации предлагаемого способа для оснащения АНПА и объектов позиционирования могут быть использованы как промышленно выпускаемые устройства и системы, так и необходимое специализированное оборудование, изготовленное под конкретные типы АНПА и объекты позиционирования.In the technical implementation of the proposed method for equipping AUVs and positioning objects, both industrially produced devices and systems and the necessary specialized equipment manufactured for specific types of AUVs and positioning objects can be used.

Так, например, необходимое для реализации предлагаемого способа оснащение АНПА можно осуществить с использованием:So, for example, the AUV equipment necessary for the implementation of the proposed method can be carried out using:

- эхолокационной системы на базе навигационного эхолота Echopilot FLS 3D [6];- echolocation system based on the navigation echo sounder Echopilot FLS 3D [6];

- измерителя глубины погружения на основе тензопреобразователя КНС типа [7];- immersion depth gauge based on strain gauge KNS type [7];

- формирователя запросного сигнала маяка-ответчика, реализованного на базе флэш-плеера Transcend МР330 [8] и усилителя мощности TDA7250 [9];- an interrogation signal generator of the beacon-responder, implemented on the basis of the Transcend MP330 flash player [8] and the TDA7250 power amplifier [9];

- трех передающих антенн для излучения запросного сигнала маяка-ответчика, использующих гидроакустические преобразователи фирмы Брюль и Къер типа 8104 [10];- three transmitting antennas for transmitting the interrogation signal of the beacon-responder, using hydroacoustic transducers of Brüel and Kjær type 8104 [10];

- оборудования гидроакустической навигационной системы прототипа [3] с фазовым пеленгатором, схемотехническая реализация которого рассмотрена в патенте [1].- equipment of the hydroacoustic navigation system of the prototype [3] with a phase direction finder, the circuit implementation of which is considered in the patent [1].

Маяк-ответчик с однотональным амплитудно-модулированным навигационным сигналом для оснащения объектов позиционирования может быть реализован на базе флэш-плеера Transcend МР330 [8], усилителя мощности TDA7250 [9], приемоизлучающего гидроакустического преобразователя фирмы Брюль и Къер типа 8104 [10], коммутатора сигналов К176КТ1 [11] и микроконтроллера ADUC841BSZ62-5 [12].A transponder beacon with a single-tone amplitude-modulated navigation signal for equipping positioning objects can be implemented on the basis of a Transcend MP330 flash player [8], a TDA7250 power amplifier [9], a Brüel and Kjær type 8104 transceiver [10], a signal switcher K176KT1 [11] and microcontroller ADUC841BSZ62-5 [12].

В качестве примера эффективности предлагаемого способа на фиг.4 для пеленгационных антенн АНПА с базовым установочным размером А = 0.06 м показано расчетное уменьшение (в разах) максимальных алгоритмических погрешностей в зависимости от угла места позиционируемого объекта в области пеленгов ϕ ∈ 0°…360° относительно курса АНПА при наклонных расстояниях до объекта позиционирования R = 2 и 5 м, определяемых с погрешностью ±2%, и погрешности инструментального измерения разностей фаз Δψ12, Δψ13, Δψ14 колебаний демодулированного навигационного сигнала равной ±0.2°.As an example of the effectiveness of the proposed method, figure 4 for AUV direction-finding antennas with a basic mounting size A = 0.06 m shows the estimated decrease (in times) of the maximum algorithmic errors depending on the elevation angle of the positioned object in the area of bearings ϕ ∈ 0°...360° relative to AUV heading at inclined distances to the positioning object R = 2 and 5 m, determined with an error of ±2%, and the error of instrumental measurement of phase differences Δψ 12 , Δψ 13 , Δψ 14 oscillations of the demodulated navigation signal equal to ±0.2°.

Представленные на фиг.4 зависимости показывают возможность значительного (до 34 раз) уменьшения алгоритмических погрешностей позиционирования в условиях малых наклонных расстояний между АНПА и объектом позиционирования, что позволяет повысить точность навигации, свидетельствуя о достижении заявляемого технического результата и целесообразности применения предлагаемого способа позиционирования в бортовой навигационной системе АНПА.The dependences shown in Fig.4 show the possibility of a significant (up to 34 times) reduction of algorithmic positioning errors in conditions of small slant distances between the AUV and the positioning object, which makes it possible to improve the accuracy of navigation, indicating the achievement of the claimed technical result and the feasibility of using the proposed method of positioning in the onboard navigation ANPA system.

Кроме того, предлагаемый способ позиционирования оказывается востребованным на этапе предэксплуатационной градуировки антенн указанных геометрий гидроакустического фазового пеленгатора навигационной системы АНПА, выполняемой в лабораторных условиях по нестандартизованным методикам проверки функциональных элементов навигационного оборудования АНПА.In addition, the proposed positioning method turns out to be in demand at the stage of pre-operational calibration of the antennas of the indicated geometries of the hydroacoustic phase direction finder of the AUV navigation system, performed in laboratory conditions according to non-standardized methods for checking the functional elements of the AUV navigation equipment.

Таким образом, предлагаемый способ позиционирования может быть использован при решении задач высокоточного приведения автономных необитаемых подводных аппаратов к объектам причаливания различного вида и функционального назначения. Техническая реализация способа не требует дополнительных аппаратурных затрат, так как выполняется на программном уровне. Способ позиционирования хорошо интегрируется в общую структуру навигационного комплекса автономного необитаемого подводного аппарата, не требуя значительных вычислительных ресурсов бортовой вычислительной системы. Возможность применения способа при лабораторной оценке точностных характеристик фазовых пеленгаторов рассмотренной структуры указывает на его дополнительную практическую востребованность.Thus, the proposed positioning method can be used in solving the problems of high-precision bringing autonomous uninhabited underwater vehicles to mooring objects of various types and functional purposes. The technical implementation of the method does not require additional hardware costs, as it is performed at the software level. The positioning method is well integrated into the overall structure of the navigation complex of an autonomous uninhabited underwater vehicle, without requiring significant computing resources of the onboard computer system. The possibility of applying the method in the laboratory assessment of the accuracy characteristics of the phase direction finders of the considered structure indicates its additional practical relevance.

Список использованных источниковList of sources used

1. Патент РФ 2709100, МПК G01S 1/72. Способ определения местоположения подводного объекта / В.Г. Арсентьев, Г.И. Криволапое, А.Е. Малашенко, Д.Д. Минаев. - Заявка 2018122532, заявлено 19.06.2018, опубликовано 16.12.2019. Бюл. №35.1. RF patent 2709100, IPC G01S 1/72. Method for determining the location of an underwater object / V.G. Arsentiev, G.I. Krivolapoe, A.E. Malashenko, D.D. Minaev. - Application 2018122532, submitted on 06/19/2018, published on 12/16/2019. Bull. No. 35.

2. Арсентьев В.Г., Криволапое Г.И. О влиянии геометрических параметров антенны на характеристики гидроакустического фазового пеленгатора // Вестник СибГУТИ. Новосибирск. 2019. №1. С.92- 101.2. Arsentiev V.G., Krivolapoe G.I. On the influence of the geometrical parameters of the antenna on the characteristics of the hydroacoustic phase direction finder // Bulletin of the SibGUTI. Novosibirsk. 2019. No. 1. P.92-101.

3. Арсентьев В.Г., Криволапов Г.И. Гидроакустическая навигационная система автономного необитаемого подводного аппарата // Сборник материалов российской научно-технической конференции «Современные проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, апрель 2021. С.159 - 168 [Электронный ресурс] // URL: https://sibsutis.ru/workgroups/w/group/46/files/Материалы Конференций/РНТК-2021 (дата обращения: 20.12.2021).3. Arsentiev V.G., Krivolapov G.I. Hydroacoustic navigation system of an autonomous uninhabited underwater vehicle // Collection of materials of the Russian scientific and technical conference "Modern problems of telecommunications". Novosibirsk, April 2021. P.159 - 168 [Electronic resource] // URL: https://sibsutis.ru/workgroups/w/group/46/files/Proceedings of Conferences/RNTK-2021 (date of access: 12/20/2021) .

4. ГОСТ Р 56960-2016. Аппараты необитаемые подводные. Классификация. Введен 01.04.2017. - М.: Стандартинформ. 2016. - 7 с.4. GOST R 56960-2016. Uninhabited underwater vehicles. Classification. Introduced on 04/01/2017. - M.: Standartinform. 2016. - 7 p.

5. Арсентьев В.Г., Криволапов Г.И. Измерение разности фаз гармонических сигналов в линейных трактах с квазибелым шумом // Вестник СибГУТИ. Новосибирск. 2019. №2. С.21-31.5. Arsentiev V.G., Krivolapov G.I. Measurement of the phase difference of harmonic signals in linear paths with quasi-white noise. Vestnik SibGUTI. Novosibirsk. 2019. №2. S.21-31.

6. Навигационный эхолот Echopilot FLS 3D [Электронный ресурс] // URL: https://seacomm.ru/catalog/593/9884 (дата обращения: 20.12.2021).6. Echopilot FLS 3D navigation echo sounder [Electronic resource] // URL: https://seacomm.ru/catalog/593/9884 (Accessed: 12/20/2021).

7. Сенсоры физических величин [Электронный ресурс] // URL: http://www.zaovip.ru/products/kns1/(дата обращения: 20.12.2021).7. Sensors of physical quantities [Electronic resource] // URL: http://www.zaovip.ru/products/kns1/ (date of access: 20.12.2021).

8. Портативные плееры [Электронный ресурс] // URL: https://headphonesbest.ru/portativnyj -pleer/14941top-15-luchshix-portativnyx-mp3-pleerov.html (дата обращения: 20.12.2021).8. Portable players [Electronic resource] // URL: https://headphonesbest.ru/portativnyj-pleer/14941top-15-luchshix-portativnyx-mp3-pleerov.html (date of access: 12/20/2021).

9. Усилитель TDA7250 [Электронный ресурс] // URL: http://www.radiomaster.net/pdf/audio/us_mos.pdf (дата обращения: 20.12.2021).9. Amplifier TDA7250 [Electronic resource] // URL: http://www.radiomaster.net/pdf/audio/us_mos.pdf (date of access: 12/20/2021).

10. Гидрофоны: типы 8101-8106 [Электронный ресурс] // URL: http://asm-tm.ru/wp-content/uploads/2014/08/8101-8106-Gidrofony-NEW-PD.pdf (дата обращения: 20.12.2021).10. Hydrophones: types 8101-8106 [Electronic resource] // URL: http://asm-tm.ru/wp-content/uploads/2014/08/8101-8106-Gidrofony-NEW-PD.pdf (date of access : 12/20/2021).

11. Микросхема коммутатора сигналов К176КТ1 [Электронный ресурс] // URL: https://www.microshemca.ru/M.K176KT1 (дата обращения: 20.12.2021).11. Microcircuit of the K176KT1 signal switch [Electronic resource] // URL: https://www.microshemca.ru/M.K176KT1 (date of access: 12/20/2021).

12. Микроконтроллер ADUC841BSZ62-5 [Электронный ресурс] // URL: https://www.chipdip.ru/product/aduc841bsz62-5 (дата обращения: 20.12.2021).12. Microcontroller ADUC841BSZ62-5 [Electronic resource] // URL: https://www.chipdip.ru/product/aduc841bsz62-5 (date of access: 12/20/2021).

Claims (29)

Способ гидроакустического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата относительно источника гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика, размещенного на объекте позиционирования подводного или надводного местоположения, заключающийся в оснащении автономного необитаемого подводного аппарата эхолокационной системой для измерения расстояния до дна морской акватории, измерителем глубины погружения, формирователем запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика с тремя передающими антеннами для излучения в верхней, нижней и передней полусферах водного пространства относительно корпуса автономного необитаемого подводного аппарата, гидроакустическим фазовым пеленгатором с тремя четырехэлементными пеленгационными антеннами двух геометрий: двумя бортовыми антеннами диаметрально-ортогональной геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в верхней и нижней полусферах водного пространства с ортогональным расположением двух пар приемных гидрофонов в противоположных углах оснований правильного параллелепипеда, ориентированного основаниями параллельно продольной оси автономного необитаемого подводного аппарата и имеющего размер ребер оснований, в два раза превышающий размер его боковых ребер, и носовой антенной пирамидальной геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в передней полусфере водного пространства с расположением приемных гидрофонов в вершинах правильной пирамиды, ориентированной основанием перпендикулярно продольной оси автономного необитаемого подводного аппарата и имеющей размер ребер основания, в два раза превышающий ее высоту, при этом размер боковых ребер параллелепипеда и высоту пирамиды, определяющих базовый установочный размер пеленгационных антенн в корпусе автономного необитаемого подводного аппарата, выбирают одинаковыми, в излучении с автономного необитаемого подводного аппарата посредством передающей антенны в полусферу водного пространства с ожидаемым или априорно известным присутствием объекта позиционирования запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в приеме посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика на объекте позиционирования, находящемся в зоне акустического контакта с автономным необитаемым подводным аппаратом, запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в излучении приемопередающей антенной маяка-ответчика с объекта позиционирования гидроакустического навигационного сигнала с однотональной амплитудной модуляцией и частотой Fm модулирующего гармонического сигнала, удовлетворяющей условию фазовой однозначности пеленгования: Fm≤Cmjn/4А, где Cmin - минимальная скорость звука в морской воде, А - базовый установочный размер пеленгационных антенн, в приеме и обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на автономном необитаемом подводном аппарате с определением параметров местоположения его приемопередающей антенны - пеленга ϕ, угла места θ и наклонного расстояния R в системе координат пеленгационной антенны автономного необитаемого подводного аппарата соответствующей полусферы приема на основе следующих тригонометрических соотношений:A method for hydroacoustic positioning of an autonomous uninhabited underwater vehicle relative to a source of a hydroacoustic navigation signal in the form of a transponder beacon located on an object for positioning an underwater or surface location, which consists in equipping an autonomous underwater vehicle with an echolocation system for measuring the distance to the bottom of the sea area, a diving depth meter, a query generator hydroacoustic signal of the transponder beacon with three transmitting antennas for radiation in the upper, lower and forward hemispheres of the water space relative to the hull of an autonomous underwater vehicle, a hydroacoustic phase direction finder with three four-element direction-finding antennas of two geometries: two onboard antennas of diametrically orthogonal geometry for receiving a hydroacoustic navigation signal beacon-responder of the positioning object in the upper and lower hemispheres of the water space with ort gonal arrangement of two pairs of receiving hydrophones in opposite corners of the bases of a regular parallelepiped, oriented by the bases parallel to the longitudinal axis of the autonomous uninhabited underwater vehicle and having a base rib size twice the size of its lateral ribs, and a bow antenna of pyramidal geometry for receiving the hydroacoustic navigation signal of the transponder beacon positioning object in the front hemisphere of the water space with the location of receiving hydrophones at the vertices of a regular pyramid, oriented at the base perpendicular to the longitudinal axis of the autonomous underwater vehicle and having a size of the base edges twice its height, while the size of the side edges of the parallelepiped and the height of the pyramid that determine the base the installation size of the direction-finding antennas in the body of the autonomous uninhabited underwater vehicle is chosen to be the same, in radiation from the autonomous uninhabited underwater vehicle by means of transmitting antenna into the hemisphere of the water space with the expected or a priori known presence of the positioning object of the interrogating hydroacoustic signal of the responder beacon, in receiving by means of the transceiver antenna of the responder beacon at the positioning object located in the zone of acoustic contact with the autonomous uninhabited underwater vehicle, the interrogation hydroacoustic signal of the responder beacon , in the radiation of the transmitting/receiving antenna of the transponder beacon from the positioning object of the hydroacoustic navigation signal with single-tone amplitude modulation and the frequency F m of the modulating harmonic signal that satisfies the condition of phase uniqueness of direction finding: F m ≤C mjn /4A, where C min is the minimum speed of sound in sea water , A - the basic installation size of the direction finding antennas, in the reception and processing of the hydroacoustic navigation signal of the transponder beacon on an autonomous uninhabited underwater vehicle with the determination of the location parameters of its transceiver an tens - bearing ϕ, elevation angle θ and slope distance R in the coordinate system of the direction-finding antenna of an autonomous uninhabited underwater vehicle of the corresponding receiving hemisphere based on the following trigonometric relationships: носовая пеленгационная антенна передней полусферы приемаforward direction-finding antenna of the forward hemisphere of reception
Figure 00000015
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000016
 бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приемаonboard direction-finding antennas of the upper and lower hemispheres of reception
Figure 00000017
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000018
Figure 00000019
для бортовой антенны верхней полусферы приема,
Figure 00000019
for the onboard antenna of the upper hemisphere of reception,
Figure 00000020
для бортовой антенны нижней полусферы приема,
Figure 00000020
for the onboard antenna of the lower hemisphere of reception, где переменные Δψ12, Δψ13, Δψ14 являются измеряемыми разностями фаз колебаний демодулированного амплитудно-модулированного навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования для соответствующих пар парциальных трактов приема пеленгационной антенны, h1 - расстояние до дна морской акватории, измеренное в эхолокационной системе автономного необитаемого подводного аппарата, h2 - глубина погружения автономного необитаемого подводного аппарата, полученная от измерителя глубины погружения, отличающийся тем, что при обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на автономном необитаемом подводном аппарате в алгоритм позиционирования вводят дополнительные функционально связанные процедуры, в которых для пеленгационной антенны автономного необитаемого подводного аппарата соответствующей полусферы приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика вычисляютwhere the variables Δψ 12 , Δψ 13 , Δψ 14 are the measured phase differences of the oscillations of the demodulated amplitude-modulated navigation signal of the beacon responder of the positioning object for the corresponding pairs of partial paths for receiving the direction finding antenna, h 1 is the distance to the bottom of the sea area, measured in the echolocation system of an autonomous uninhabited underwater vehicle, h 2 is the diving depth of the autonomous uninhabited underwater vehicle, obtained from the diving depth meter, characterized in that when processing the hydroacoustic navigation signal of the transponder beacon on an autonomous uninhabited underwater vehicle, additional functionally related procedures are introduced into the positioning algorithm, in which for the direction-finding antenna of an autonomous uninhabited underwater vehicle of the corresponding hemisphere for receiving the hydroacoustic navigation signal of the transponder beacon is calculated - декартовы координаты х, у, z приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:- Cartesian coordinates x, y, z of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object:
Figure 00000021
Figure 00000021
 - расстояния S1, S2, S3, S4 от гидрофонов пеленгационной антенны до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:- distances S 1 , S 2 , S 3 , S 4 from the hydrophones of the direction-finding antenna to the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object: носовая пеленгационная антенна передней полусферы приемаforward direction-finding antenna of the forward hemisphere of reception
Figure 00000022
Figure 00000022
 бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приемаonboard direction-finding antennas of the upper and lower hemispheres of reception
Figure 00000023
Figure 00000023
 где А - базовый установочный размер пеленгационных антенн выбранных геометрий, определяемый местом их установки в корпусе автономного необитаемого подводного аппарата;where A is the basic installation size of the direction-finding antennas of the selected geometries, determined by their installation location in the body of an autonomous uninhabited underwater vehicle; - вспомогательные угловые координаты ϕ0, θ0 приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:- auxiliary angular coordinates ϕ 0 , θ 0 of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object: носовая пеленгационная антенна передней полусферы приемаforward direction-finding antenna of the forward hemisphere of reception
Figure 00000024
Figure 00000024
Figure 00000025
Figure 00000025
 бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приемаonboard direction-finding antennas of the upper and lower hemispheres of reception
Figure 00000026
Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000027
 - приближенные алгоритмические погрешности ΔϕА, ΔθА оценки угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:- Approximate algorithmic errors Δϕ A , Δθ A estimates of the angular coordinates of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object:
Figure 00000028
Figure 00000028
 - скорректированные угловые координаты ϕск, θск приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:- corrected angular coordinates ϕ c , θ c c of the transceiver antenna of the beacon-responder of the positioning object:
Figure 00000029
Figure 00000029
RU2022109998A 2022-04-12 Method for hydroacoustic positioning of an autonomous uninhabited underwater apparatus RU2790529C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790529C1 true RU2790529C1 (en) 2023-02-22

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160259029A1 (en) * 2013-10-18 2016-09-08 Uwis Oy Underwater tracking system
RU2649887C1 (en) * 2017-05-10 2018-04-05 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for determining coordinates (bearing and remote) and parameters of movement (course and speed) of marine sound-producing target
RU2659299C1 (en) * 2017-03-13 2018-06-29 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" (ООО "Лаборатория подводной связи и навигации") Method and system of navigation of underwater objects
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
RU2691212C1 (en) * 2018-06-24 2019-06-11 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Method of positioning underwater objects
RU2702700C1 (en) * 2018-12-11 2019-10-09 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method of positioning underwater objects

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160259029A1 (en) * 2013-10-18 2016-09-08 Uwis Oy Underwater tracking system
RU2659299C1 (en) * 2017-03-13 2018-06-29 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" (ООО "Лаборатория подводной связи и навигации") Method and system of navigation of underwater objects
RU2649887C1 (en) * 2017-05-10 2018-04-05 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for determining coordinates (bearing and remote) and parameters of movement (course and speed) of marine sound-producing target
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
RU2691212C1 (en) * 2018-06-24 2019-06-11 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Method of positioning underwater objects
RU2702700C1 (en) * 2018-12-11 2019-10-09 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method of positioning underwater objects

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Арсентьев В.Г., Криволапов Г.И. О влиянии геометрических параметров антенны на характеристики гидроакустического фазового пеленгатора // Вестник СибГУТИ. Новосибирск. 2019, номер 1, с.92-101. *
Кебкал К.Г., Машошин А.И. Гидроакустические методы позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов // Гироскопия и навигация, 2016, номер 3 (94), с.115-130. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Scherbatyuk The AUV positioning using ranges from one transponder LBL
EP2263097B1 (en) Autonomous sonar system and method
US6438071B1 (en) Method for producing a 3D image
RU2563332C2 (en) Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle
EP2507645B1 (en) System and method for discriminating targets at the water surface from targets below the water surface.
CN101644759A (en) Submarine object-locating system based on dualistic structure and locating method
CN111896962A (en) Submarine transponder positioning method, system, storage medium and application
Xin et al. A TOA/AOA underwater acoustic positioning system based on the equivalent sound speed
US20230341507A1 (en) Single-receiver Doppler-based Sound Source Localization To Track Underwater Target
Morgado et al. Experimental evaluation of a USBL underwater positioning system
Jalving et al. Terrain referenced navigation of AUVs and submarines using multibeam echo sounders
RU2653956C1 (en) Method of determination of present position data in the bistatic mode of hydrospace detection
Williams et al. A terrain-aided tracking algorithm for marine systems
RU75061U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU2790529C1 (en) Method for hydroacoustic positioning of an autonomous uninhabited underwater apparatus
RU2480790C1 (en) Method of determining position of measured depths of sound signals
Boltryk et al. An ultrasonic transducer array for velocity measurement in underwater vehicles
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
CN113093108B (en) Method and device for inverting long/ultra-short baseline for self-positioning and navigation of underwater target
Caiti et al. Set-membership acoustic tracking of autonomous underwater vehicles
RU2715409C1 (en) Method of determining current coordinates of a target in bistatic sonar mode
RU2713814C1 (en) Method of determining geographic coordinates of an underwater object
RU2515125C1 (en) Method of determining sound speed
Mashoshin et al. Application of passive underwater landmarks for autonomous unmanned underwater vehicles navigation
RU2736231C1 (en) Method for determining sound velocity distribution