RU2689281C1 - Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle - Google Patents
Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689281C1 RU2689281C1 RU2018133076A RU2018133076A RU2689281C1 RU 2689281 C1 RU2689281 C1 RU 2689281C1 RU 2018133076 A RU2018133076 A RU 2018133076A RU 2018133076 A RU2018133076 A RU 2018133076A RU 2689281 C1 RU2689281 C1 RU 2689281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydroacoustic
- auv
- beacon
- stationary bottom
- frequency
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- GFRROZIJVHUSKZ-FXGMSQOLSA-N OS I Natural products C[C@@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H](OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CO)[C@@H]2NC(=O)C)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GFRROZIJVHUSKZ-FXGMSQOLSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/808—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using transducers spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к подводной технике и в частности к технологиям создания средств навигации и управления для глубоководных автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), способных работать на предельных глубинах мирового океана.The invention relates to underwater technology and in particular to the creation of navigation and control means for deep-sea autonomous uninhabited underwater vehicles (AUV), capable of operating at the extreme depths of the global ocean.
Известен способ навигации и информационной поддержки для сопровождения АНПА с определением текущих координат на его борту и параллельно в пункте управления, размещаемом на борту обеспечивающего судна (ОС), основанный на обработке гидроакустических дальномерных данных АНПА относительно сети донных маяков-ответчиков с использованием судовой гидроакустической навигационной антенны. Способ реализуется в системах, называемых гидроакустическими навигационными системами с длинной базой, и может быть применен для глубоководных аппаратов (Матвиенко Ю.В., Рылов Р.Н., Сидоренко А.В. Гидроакустические средства навигации и телеуправления для автономных необитаемых подводных аппаратов //Подводные технологии, 2005, №1, с.20-27). В составе навигационных сигналов передаются данные телеметрии и телеуправления.A known method of navigation and information support to accompany the AUV with the determination of the current coordinates on board and parallel to the control point, placed on board the supporting vessel (OS), based on the processing of the AUV hydroacoustic ranging data on the network of bottom beacons-responders using ship's hydro-acoustic navigation antenna . The method is implemented in systems called hydroacoustic navigation systems with a long base, and can be applied to deep-sea apparatuses (Matvienko Yu.V., Rylov RN, Sidorenko AV.Vidroakusticheskie means of navigation and telecontrol for autonomous uninhabited underwater vehicles // Underwater technology, 2005, №1, p.20-27). Telemetry and telecontrol data are transmitted as part of navigation signals.
Недостатки этих систем при работе на больших и предельных глубинах:The disadvantages of these systems when working at large and extreme depths:
- необходимость предварительной установки и координирования сети маяков в районе работ, сложность и стоимость этих работ становится значительной при увеличении глубины акватории,- the need to pre-install and coordinate the network of lighthouses in the work area, the complexity and cost of these works becomes significant with increasing depth of the water area,
- необходимость применения для АНПА, способных работать на предельных глубинах мирового океана, систем с низкой рабочей частотой, обеспечивающих увеличение дальности их действия, что приводит к росту габаритов гидроакустического оборудования на борту АНПА и снижению скорости информационного обмена между ним и пунктом управления.- the need to use for the AUV, able to work at the extreme depths of the oceans, systems with low operating frequency, providing an increase in their range, which leads to an increase in the size of the sonar equipment on board the AUV and reduce the speed of information exchange between it and the control point.
Кроме того, в таких внешних гидроакустических навигационных системах не используются текущие данные бортовой автономной навигационной системы аппарата, комплексирование с которыми обеспечивает эффективную фильтрацию гидроакустических данных и повышает точность и надежность навигации.In addition, such external sonar navigation systems do not use the current data of the onboard autonomous navigation system of the device, integration with which provides effective filtration of the hydroacoustic data and improves the accuracy and reliability of navigation.
Известен способ подводной навигации и информационного обмена, основанный на комплексной обработке данных от различных устройств (Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы.- М., Наука, 2005, 398 с). Способ подводной навигации и информационного обмена включает:There is a method of underwater navigation and information exchange, based on integrated data processing from various devices (Ageev MD, Kiselev LV, Matvienko Yu.V., and others. Autonomous underwater robots.- M., Nauka, 2005, 398 with). The method of underwater navigation and information exchange includes:
- счисление координат на борту аппарата,- calculation of coordinates on board the apparatus,
- установку ряда автономных опорных маяков, координаты которых известны на борту аппарата,- installation of a number of autonomous reference beacons, the coordinates of which are known on board the device,
- обмен по гидроакустическому каналу связи между маяками и АНПА для формирования гидроакустических дальномерных данных,- the exchange of hydroacoustic communication channel between the beacons and the ANPA for the formation of hydroacoustic distance measuring data,
- комплексирование бортовых и гидроакустических навигационных данных,- integration of onboard and sonar navigation data,
- применение средств двухсторонней гидроакустической связи между АНПА и ОС для информационного обмена с использованием судовой навигационной гидроакустической антенны.- the use of two-way hydroacoustic communication between the ANP and the OS for information exchange using the ship navigation sonar antenna.
Данный способ позволяет реализовать информационный обмен, увеличить дальность действия и точность навигации за счет комплексирования данных бортовой навигационной системы и внешних гидроакустических навигационных систем.This method allows you to implement information exchange, to increase the range and accuracy of navigation due to the integration of data on-board navigation system and external acoustic systems.
Недостатком данного способа этих систем при работе на больших и предельных глубинах:The disadvantage of this method of these systems when working at large and extreme depths:
- необходимость применения для АНПА, способных работать на предельных глубинах мирового океана, систем с низкой рабочей частотой, обеспечивающих увеличение дальности их действия, что приводит к росту габаритов гидроакустического оборудования на борту АНПА и снижению скорости информационного обмена между ним и пунктом управления.- the need to use for the AUV, able to work at the extreme depths of the oceans, systems with low operating frequency, providing an increase in their range, which leads to an increase in the size of the sonar equipment on board the AUV and reduce the speed of information exchange between it and the control point.
Известен также способ подводной навигации (Patent US7139647, МПК G01С 21/00, 21.11.2006 г.).Also known underwater navigation method (Patent US7139647, IPC G01S 21/00, 11/21/2006).
В соответствии с этим способом для решения навигационной задачи определяют локальные координаты АНПА на его борту, счисленные по данным бортовых датчиков курса, скорости и глубины, затем корректируют накапливающиеся ошибки счисления по дальномерным гидроакустическим данным, принимаемым на борту аппарата. Ошибка счисления корректируется путем определения положения объекта по измеряемым дальностям от комплекта маяков, предварительно установленным в районе работ. Причем координаты маяков могут быть известны перед началом работ на борту подводного аппарата или передаваться от маяков по гидроакустической линии связи. Работа систем возможна также при наличии только одного опорного маяка (А. Scherbatjuk. The AUV Positining using Ranges from one Transponder LBL - OCEANS 95, vol.3, р.1620-1623) с измерением дальности до маяка из ряда точек специальной траектории аппарата, которую он выполняет для решения навигационной задачи путем накопления траекторных дальномерных данных. Ключевой особенностью, обеспечивающей необходимую точность одномаяковой навигации, является определение координат стартовой точки миссии АНПА на рабочей глубине. Эти координаты могут быть установлены при удержании АНПА в одной точке в течение времени необходимого для накопления дальномерных данных от судовой антенны, полученных в результате специальных маневров ОС для реализации известных методик определения координат стационарного источника навигационных сигналов (патент РФ № 2378663, Способ определения горизонтальных координат неподвижного подводного источника навигационных сигналов, МПК G01S 15/06, опубл. 10.01.2010 г.). Информационная поддержка миссии обеспечивается средствами гидроакустической системы связи между АНПА и судовой навигационной антенной, дальность действия которой устанавливается максимальным удалением АНПА от ОС.In accordance with this method, the local coordinates of the AUV on board, calculated according to the onboard sensors of the course, speed and depth, are determined to solve the navigation problem, then the accumulated number errors are corrected according to the distance-measuring sonar-acoustic data received on board the device. The number error is corrected by determining the position of the object from the measured distances from the set of beacons that have been pre-installed in the work area. Moreover, the coordinates of the lighthouses may be known before starting work on board the underwater vehicle or transmitted from the lighthouses via a hydroacoustic communication line. The systems can also be operated if there is only one reference beacon (A. Scherbatjuk. The AUV Positining using Ranges from one Transponder LBL - OCEANS 95, vol.3, p. 1620-1623) with measuring the distance to the beacon from a number of points of a special trajectory of the device, which it performs to solve the navigation problem by accumulating trajectory rangefinder data. A key feature that provides the necessary accuracy of single-lane navigation is to determine the coordinates of the starting point of the AUV mission at the working depth. These coordinates can be set by keeping the AUV at one point for the time required for accumulation of ranging data from the ship's antenna, obtained as a result of special OS maneuvers for implementing known methods for determining the coordinates of a stationary source of navigation signals (RF Patent No. 2378663, Method for determining horizontal coordinates of a fixed underwater source of navigation signals, IPC G01S 15/06, publ. 10.01.2010). Information support of the mission is provided by means of a hydroacoustic communication system between the AUV and the ship’s navigation antenna, the range of which is established by the maximum distance between the AUV and the OS.
Этот способ подводной навигации АНПА по своему функциональному назначению, по своей технической сущности и достигаемому техническому результату наиболее близок к заявляемому техническому решению и принят за прототип.This method of underwater navigation of the AUV in its functional purpose, in its technical essence and the achieved technical result is closest to the claimed technical solution and adopted as a prototype.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
резкий рост габаритов гидроакустического оборудования, размещаемого на АНПА, для информационного обмена с маяками и судном, при увеличения дальности действия систем навигации за счет понижения рабочих частот системы, поскольку необходимо обеспечить прямую двухстороннюю связь АНПА и ОС, а район работы АНПА привязан к зоне действия опорных маяков, дальность до которых определяется выбранным частотным диапазоном гидроакустического канала связи (Р.Д. Урик, Основы гидроакустики.- Л., Судостроение, 1978, с.424),a sharp increase in the size of the hydroacoustic equipment placed on the AUV for information exchange with lighthouses and the vessel, while increasing the range of navigation systems by reducing the operating frequencies of the system, since it is necessary to provide direct two-way communication between the AUV and the OS, and the area of the AUV is tied to the reference area lighthouses, the range to which is determined by the selected frequency range of the hydroacoustic communication channel (RD Urik, Fundamentals of hydroacoustics. - L., Shipbuilding, 1978, p.424),
уменьшение точности навигации и уменьшение скорости информационного обмена за счет применения низкой несущей частоты в гидроакустическом канале информационного обмена,reducing the accuracy of navigation and reducing the speed of information exchange due to the use of low carrier frequency in the hydroacoustic channel of information exchange,
- значительное время для координирования стартовой точки миссии АНПА при работе с одиночным маяком,- significant time to coordinate the starting point of the AUV mission when working with a single beacon,
зависимость точности, дальности действия и скорости информационного обмена от условий распространения акустических сигналов по сложным траекториям. Например, по трассе АНПА - судно, при значительном горизонтальном удалении аппарата от судна в условиях глубоководного погружения и движения АНПА, в силу рефракции формируется очень сложная картина звукового поля с формированием зон тени, что приводит к потере связи, а оценки структуры этих зон, при неточном или недостоверном знании гидрологии по всей глубине акватории, оказываются неприемлемыми.dependence of accuracy, range and speed of information exchange on the conditions of propagation of acoustic signals along complex trajectories. For example, on the route of the AUV - a vessel, with a significant horizontal distance of the apparatus from the vessel under conditions of deep-sea diving and AUV movement, due to refraction a very complex picture of the sound field is formed with the formation of shadow zones, which leads to loss of communication, and inaccurate or inaccurate knowledge of hydrology across the entire depth of the water area is unacceptable.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение навигационно-информационной поддержки АНПА способного работать на максимальных глубинах мирового океана, и уменьшение массогабаритных характеристик и энергопотребления гидроакустического оборудования, размещаемого на борту такого АНПА, и предназначенного для решения задач навигации и информационного обмена с пунктом управления, размещенном на борту обеспечивающего судна.The present invention is to provide navigation and information support of the AUV capable of operating at maximum depths of the oceans, and reducing the weight and size characteristics and power consumption of sonar equipment located on board such an AUV, and designed to solve the problems of navigation and information exchange with a control point located on board providing the vessel.
Задача решается тем, что в способе навигационно-информационной поддержки глубоководного автономного необитаемого подводного аппарата, при котором устанавливают в районе работ на дне один стационарный донный гидроакустический маяк и определяют его географические координаты, выставляют с борта обеспечивающего судна (ОС) навигационную гидроакустическую антенну со средствами гидроакустической связи с АНПА и стационарным донным маяком устанавливают координаты точки старта АНПА, определяют текущее положение АНПА бортовой автономной навигационной системой счисления, корректируют ошибки счисления на основании расчета координат АНПА по серии дальномерных данных от стационарного донного маяка, выполняют передачу на него команд управления и прием от него данных телеметрии из пункта управления, размещаемого на борту ОС, дополнительно стационарный донный маяк оснащают низкочастотными (НЧ) приемо- передающими средствами гидроакустической связи с ОС и АНПА, а также высокочастотными (ВЧ) приемо-передающими средствами гидроакустической связи с АНПА, оснащают АНПА высокочастотными приемо-передающими средствами гидроакустической связи и низкочастотными приемными средствами гидроакустической связи, АНПА оснащают программными средствами для его бортовой системы управления, реализующими выход АНПА к стационарному донному маяку на основании приема и обработки данных, принятых от стационарного донного маяка по гидроакустической связи в низкочастотном диапазоне, стационарный донный маяк размещают вблизи центра предполагаемого района работ, устанавливают координаты стартовой точки АНПА путем их расчета по дальномерным данным стационарного донного маяка на основании приема и обработки данных, принятых от него в ВЧ диапазоне гидроакустической связи, обеспечивают прием команд управления на борту АНПА от ОС путем приема и обработки данных, переданных от ОС в НЧ диапазоне и ретранслированных стационарным донным маяком в ВЧ диапазоне гидроакустической связи, обеспечивают передачу данных телеметрии с борта АНПА путем приема и обработки данных, принятых стационарным донным маяком в ВЧ диапазоне и ретранслированных на ОС в НЧ диапазоне гидроакустической связи.The task is solved by the fact that in the method of navigation and information support of a deep-sea autonomous uninhabited underwater vehicle, in which one stationary bottom sonar beacon is installed in the area of work at the bottom and its geographical coordinates are determined, a navigation sonar antenna with hydroacoustic equipment is installed on board the supporting vessel (OS) coordinates with the ANPA and the stationary bottom beacon establish the coordinates of the starting point of the AUV, determine the current position of the AUV on-board autonomous based on the calculation of the coordinates of the AUV for a series of ranging data from the stationary bottom beacon, transmitting control commands to it and receiving telemetry data from it from the control point located onboard the OS; additionally, the stationary bottom beacon is equipped with low-frequency (LF a) receiving and transmitting means of hydroacoustic communication with the OS and the ANP, and also with high frequency (HF) receiving and transmitting means of the hydroacoustic communication with the ANP, equip the ANPA with a high frequency With the separate receiving and transmitting means of hydroacoustic communication and low-frequency receiving means of hydroacoustic communication, the AUV is equipped with software for its onboard control system realizing the output of the AUV to the stationary bottom beacon on the basis of receiving and processing data received from the stationary bottom beacon on the hydroacoustic coupling in the low frequency range, the stationary bottom beacon is placed near the center of the intended area of work; the coordinates of the ANPA starting point are established by calculating them by Based on the reception and processing of data received from it in the HF range of hydroacoustic communications, the rangefinder data of the stationary bottom beacon ensures the reception of control commands onboard the AUV from the OS by receiving and processing data transmitted from the OS in the LF band and retransmitted by the stationary bottom beacon in the HF band hydroacoustic communication, provide telemetry data transmission from the AUV board by receiving and processing data received by the stationary bottom beacon in the high frequency range and retransmitted to the fixed frequency beacon in the low frequency range static connection.
Значения рабочих частот гидроакустических средств информационного обмена в НЧ диапазоне выбирают из условия максимального удаления ОС от стационарного донного маяка, а значения рабочих частот гидроакустических средств информационного обмена в ВЧ диапазоне выбирают из условия заданного максимального удаления АНПА от стационарного донного маяка необходимой скорости передачи данных.The values of operating frequencies of sonar information exchange tools in the LF range are selected from the condition of maximum removal of the operating system from the stationary bottom beacon, and the operating frequency values of hydroacoustic information exchange tools in the RF range are selected from the condition of the specified maximum removal of AUV from the stationary bottom beacon of the required data rate.
Новые операции могут быть также расширены тем, что значения рабочих частот гидроакустических средств информационного обмена в низкочастотном диапазоне выбирают из условия максимального удаления ОС от донного маяка, а значения рабочих частот гидроакустических средств информационного обмена в высокочастотном диапазоне выбирают из условия заданного максимального удаления АНПА от донного маяка.New operations can also be extended by the fact that the operating frequencies of the hydroacoustic information exchange tools in the low frequency range are selected from the condition of maximum distance between the operating system and the operating frequency of the acoustic sources for information exchange in the high frequency range selected from the condition of the specified maximum distance from the bottom beacon. .
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что первое в отличие от прототипа имеет следующие существенные признаки: донный маяк оснащают НЧ приемо-передающими средствами гидроакустической связи с судном носителем и АНПА, а также ВЧ приемопередающими средствами гидроакустической связи с АНПА,Comparative analysis of the proposed technical solution and the prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following essential features: the bottom beacon equip the LF with receiving and transmitting means of hydroacoustic communication with the vessel carrier and AUV, as well as HF transmitting means with hydroacoustic communication with the ANP,
АНПА оснащают ВЧ приемо-передающими средствами гидроакустической связи и НЧ приемными средствами гидроакустической связи,AUVA equip HF receiving and transmitting means of hydro-acoustic communication and LF receiving equipment hydroacoustic communication,
- АНПА оснащают программными средствами для его бортовой системы управления, реализующими выход АНПА к стационарному донному маяку на основании приема и обработки данных, принятых от стационарного донного маяка по гидроакустической связи в НЧ диапазоне,- AUV is equipped with software for its on-board control system, realizing the output of AUV to the stationary bottom beacon on the basis of receiving and processing data received from the stationary bottom beacon on the hydroacoustic communication in the LF range,
- донный маяк размещают вблизи центра предполагаемого района работ,- the bottom beacon is placed near the center of the intended area of work,
- обеспечивают установку координат стартовой точки АНПА путем их расчета по дальномерным данным донного маяка на основании приема и обработки данных, принятых от него в ВЧ диапазоне гидроакустической связи,- ensure the establishment of the coordinates of the starting point of the ANP by calculating them from the ranging data of the bottom beacon on the basis of receiving and processing data received from it in the HF range of the acoustic coupling,
- обеспечивают прием команд управления на борту АНПА от ОС путем приема и обработки данных, переданных от ОС в вертикальном гидроакустическом канале в НЧ диапазоне и ретранслированных донным маяком в ВЧ диапазоне гидроакустической связи,- ensure the reception of control commands onboard the AUV from the OS by receiving and processing data transmitted from the OS in the vertical hydroacoustic channel in the LF band and retransmitted by the bottom beacon in the HF band of the acoustic coupling,
- обеспечивают передачу данных телеметрии с борта АНПА путем приема и обработки данных, принятых донным маяком в ВЧ диапазоне и ретранслированных на ОС в вертикальном гидроакустическом канале в НЧ диапазоне гидроакустической связи.- provide telemetry data transmission from the AUV board by receiving and processing data received by the bottom beacon in the high frequency range and relayed to the OC in the vertical hydroacoustic channel in the low frequency range of the acoustic communication.
В заявленном способе навигационно-информационной поддержки глубоководного автономного необитаемого подводного аппарата с использованием бортовой навигационной системы и гидроакустических средств навигации и связи, и обеспечивающий определение координат и контроль положения движущегося АНПА, а также передачу на него команд управления и прием от него данных телеметрии:In the claimed method of navigation and information support of a deep-sea autonomous uninhabited underwater vehicle using an onboard navigation system and sonar navigation and communications, and provides for determining the coordinates and monitoring the position of the moving ANP, as well as transmitting control commands to it and receiving telemetry data from it:
- навигационная и информационная поддержка с борта ОС глубоководного АНПА, выполняющего придонную миссию, обеспечивается гидроакустическими средствами с использованием донного маяка как ретранслятора, при котором АНПА связан с маяком в ВЧ диапазоне по горизонтальному каналу распространения акустических сигналов, а донный маяк с ОС - в НЧ диапазоне по вертикальному каналу распространения акустических сигналов,- navigation and information support from the OS of the deep-water ANPA, performing the bottom mission, is provided with hydroacoustic tools using the bottom beacon as a transponder, in which the ANP is connected to the beacon in the high frequency range through the horizontal channel of acoustic signal propagation, and the bottom beacon with the operating system is in the low frequency range on the vertical channel of acoustic signals propagation,
- габариты и энергопотребление гидроакустического навигационного оборудования АНПА минимальны за счет отсутствия на его борту аппаратуры передачи НЧ диапазона гидроакустической связи,- dimensions and power consumption of the AUVA hydroacoustic navigation equipment are minimal due to the absence on its board of the equipment for transmitting the low-frequency range of hydroacoustic communication,
- увеличение точности достигается за счет применения ВЧ канала для измерения текущей дальности АНПА от стационарного донного маяка,- increase in accuracy is achieved through the use of the HF channel to measure the current range of the AUV from the stationary bottom beacon,
- определение координат стартовой точки миссии АНПА выполняется путем его выхода на стационарный донный маяк с установленными координатами,- the determination of the coordinates of the starting point of the AUV mission is carried out by entering the stationary bottom beacon with the established coordinates,
- зона поисковых и исследовательских работ миссии АНПА планируется в виде круга, в центре которого размещен стационарный донный маяк, с радиусом равным дальности действия ВЧ и НЧ системы связи,- the search and research area of the AUVA mission is planned as a circle centered on a stationary bottom beacon with a radius equal to the range of the HF and LF communication system,
- повышение надежности гидроакустической связи в низкочастотном диапазоне между судном и маяком достигается за счет расположения судна над стационарным маяком в радиусе 1-2 км.- improving the reliability of hydroacoustic communication in the low-frequency range between the vessel and the beacon is achieved by positioning the vessel above the stationary beacon within a radius of 1-2 km.
Путем применения для навигации АНПА и информационного обмена между ним и пунктом управления, размещаемом на борту ОС, одного стационарного донного маяка, содержащего крупногабаритную аппаратуру НЧ двухсторонней гидроакустической связи с большой дальностью действия и малогабаритную аппаратуру ВЧ двухсторонней гидроакустической связи, при этом на АНПА размещают малогабаритную аппаратуру ВЧ двухсторонней гидроакустической связи и малогабаритную аппаратуру приемного канала НЧ гидроакустической связи, а с борта ОС выставляется судовая гидроакустическая навигационная антенна с аппаратурой НЧ двухсторонней гидроакустической связи.By using one stationary bottom beacon for navigation of the AUVA and information exchange between it and the control point, placed onboard the OS, containing large-sized low-frequency equipment for two-way sonar communications with long-range and small-sized high-frequency two-way acoustic equipment, while the ANPA places small-sized equipment High-frequency two-way hydroacoustic communication and small-sized equipment of the receiving channel of low-frequency hydro-acoustic communication, and a vessel is set up on board the OS I have a hydro-acoustic navigation antenna with LF equipment of two-way hydro-acoustic communication.
Технический результат - обеспечение навигационно-информационной поддержки АНПА способного работать на максимальных глубинах мирового океана, и уменьшение массогабаритных характеристик и энергопотребления на борту АНПА, достигается за счет одного стационарного донного маяка с аппаратурой двухчастотной гидроакустической связи и отсутствия на борту АНПА крупногабаритной аппаратуры передачи низкочастотной гидроакустической связи.The technical result is to provide navigation and information support for the AUV capable of operating at maximum depths of the world’s ocean, and reducing mass-dimensional characteristics and energy consumption on board the AUV, is achieved by one stationary bottom beacon with dual-frequency sonar communications equipment and the absence of low-frequency hydroacoustic communications on board the AUVA .
Совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом. На основании изложенного можно заключить, что заявленное техническое решение является новым и обладает изобретательским уровнем, т.к. явным образом не следует из уровня техники и пригодно для промышленного применения.The set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achievable technical result. Based on the above, we can conclude that the claimed technical solution is new and involves an inventive step, because not obvious from the prior art and is suitable for industrial use.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена структурная схема реализации предложенного способа навигационно-информационной поддержки глубоководного автономного необитаемого подводного аппарата с распределением оборудования на борту ОС, подводного аппарата и донного стационарного маяка, на фиг.2 - каналы ВЧ и НЧ гидроакустической связи.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a block diagram of the proposed method of navigation and information support deep-sea autonomous uninhabited underwater vehicle with the distribution of equipment on board the OS, the underwater vehicle and the bottom stationary beacon, figure 2 - channels HF and bass sonar communication .
На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:
1 - обеспечивающее судно с аппаратурой ГАНС НЧ1 - providing a vessel with HANS LF equipment
2 - донный стационарный маяк с аппаратурой ГАНС НЧ и ВЧ2 - ground stationary beacon with HANS LF and HF equipment
3 - АНПА с аппаратурой ГАНС ВЧ и приемником ГАНС НЧ.3 - AUV with HANS HF equipment and HANS LF receiver.
Способ реализуется следующим образом. Обеспечивающее судно 1 прибывает в район исследований. При выполнении глубоководных работ в районе исследований выставляется донный стационарный маяк 2, обладающий низкочастотным каналом связи с большой дальностью (ориентировочно вдвое большей, чем глубина установки маяка) и производится его координирование по известным методикам. Далее выполняется пуск АНПА 3 на рабочую глубину. При погружении на борту АНПА ведется прием данных от донного маяка 2 по низкочастотному каналу связи с определением текущей дальности. При достижении определенной глубины, (например равной 0,9 от глубины района) бортовыми средствами управления АНПА выполняется процедура выхода на донный маяк по дальномерным данным низкочастотной гидроакустической связи (А.М. Павин, Автоматическое приведение автономного подводного робота к гидроакустическому маяку - /Подводные исследования и робототехника, 2008, №1(5), с 32-38).The method is implemented as follows. Support vessel 1 arrives in the study area. When performing deep-water works in the study area, a bottom
Дальномерные измерения по низкочастотному каналу связи в финальной части выхода на донный маяк 2 (на дальностях первые сотни метров и меньше) дублируются дальномерными данными высокочастотной гидроакустической связи, что позволяет выйти к донному маяку с минимальной (первые единицы метров) ошибкой для формирования координат стартовой точки. Далее стартует миссия АНПА на рабочей глубине вблизи дна. Миссия сопровождается информационным обменом между донным маяком и АНПА по высокочастотному каналу связи с измерением текущей дальности АНПА от донного маяка. Выполняется расчет координат по счислению. Эти данные корректируются по дальномерным данным от донного маяка. Условия распространения сигналов в горизонтальной плоскости, где размещены донный маяк и АНПА, в глубоководных миссиях соответствуют практически однородной среде с минимальным градиентом скорости звука (Р. Д. Урик. Основы гидроакустики.- Л., Судостроение, 1978, с. 146). Это обстоятельство улучшает точность измерения дальности и упрощает организацию достоверного информационного обмена между АНПА и донным маяком. Данные навигации и телеметрии, сформированные на борту АНПА и переданные по высокочастотному каналу на донный маяк, далее ретранслируются донным маяком по низкочастотной гидроакустической связи на борт обеспечивающего судна 1, которое в режиме поддержки выполняемой миссии позиционируется над донным маяком, с использованием вертикального канала распространения акустических сигналов. Для глубоководных работ оптимальная частота низкочастотной (НЧ) системы связи с дальностью до 20 км может составить около 5-7 кГц, а диаметр эффективно работающих ненаправленных передающих антенн составит до полуметра при массе несколько десятков кг и энергопотреблении более одного кВт. Размещение оборудования с такими габаритными и энергетическими характеристиками на АНПА ведет к уменьшению его автономности. В настоящем же техническом решении на борту АНПА размещается только малогабаритная и потребляющая мало электроэнергии приемная аппаратура этой системы связи, что увеличивает автономность АНПА. Высокочастотная (ВЧ) система связи может иметь несущую частоту 30-40 кГц. В этом диапазоне обеспечиваются необходимые характеристики по точности при удалении АНПА от донного маяка до 3-5 км, при минимальных габаритах и энергопотреблении аппаратуры.Distance measurements on the low-frequency communication channel in the final part of the exit to the bottom beacon 2 (at distances of the first hundreds of meters or less) are duplicated by the rangefinder data of the high-frequency sonar connection, which allows you to reach the bottom beacon with the minimum (first units of meters) error to form the coordinates of the starting point. Next, the AUV mission starts at a working depth near the bottom. The mission is accompanied by information exchange between the bottom beacon and the AUV on the high-frequency communication channel with the measurement of the current AUV distance from the bottom beacon. The calculation of the coordinates of the calculation is performed. These data are adjusted by ranging data from the bottom beacon. The conditions for the propagation of signals in the horizontal plane, where the bottom beacon and the AUV are located, in deep-water missions correspond to a practically homogeneous medium with a minimum gradient of the speed of sound (R. D. Urik. Basics of hydroacoustics. - L., Sudostroenie, 1978, p. 146). This circumstance improves the accuracy of the range measurement and simplifies the organization of reliable information exchange between the AUV and the bottom beacon. Navigation and telemetry data generated onboard the AUV and transmitted via the high-frequency channel to the bottom beacon are further relayed by the bottom beacon via low-frequency sonar communication to the supporting vessel 1, which is positioned above the bottom beacon in support mode, using the vertical channel of acoustic signals . For deep-sea works, the optimal frequency of a low-frequency (LF) communication system with a range of up to 20 km can be about 5-7 kHz, and the diameter of efficiently operating non-directional transmitting antennas will be up to half a meter with a mass of several tens of kg and energy consumption of more than one kW. Placing equipment with such overall and energy characteristics on the AUV leads to a decrease in its autonomy. In the present technical solution, only small-sized receiving equipment of this communication system, which consumes little electricity, is located on board the AUVA, which increases the autonomy of the AUV. A high frequency (HF) communication system may have a carrier frequency of 30-40 kHz. In this range, the required accuracy characteristics are provided when the AUV is removed from the bottom beacon up to 3-5 km, with minimum dimensions and power consumption of the equipment.
Способ разработан в Институте проблем морских технологий и предлагается для навигации глубоководных автономных необитаемых подводных аппаратов (Матвиенко Ю.В., Киселев Л.В., Инзарцев А.В., Львов О.Ю. О проекте создания подводного робототехнического комплекса для исследования предельных глубин океана - /Подводные исследования и робототехника, 2016, №2(22), с 4-12.).The method was developed at the Institute of Marine Technology Problems and is proposed for navigation of deep-sea autonomous uninhabited underwater vehicles (Matvienko Yu.V., Kiselev L.V., Inzartsev A.V., Lvov O.Yu. About the project of creating an underwater robotics complex for the study of maximum depths Ocean - / Underwater Research and Robotics, 2016, №2 (22), pp. 4-12.).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018133076A RU2689281C1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018133076A RU2689281C1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2689281C1 true RU2689281C1 (en) | 2019-05-24 |
Family
ID=66636791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018133076A RU2689281C1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2689281C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756668C1 (en) * | 2021-03-31 | 2021-10-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method for navigation and information support of an autonomous unmanned underwater vehicle that monitors an underwater production complex |
| CN113686385A (en) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 哈尔滨工程大学 | Multi-frequency-band seabed ground reference station |
| RU2760802C1 (en) * | 2021-04-14 | 2021-11-30 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for navigating a vessel through a mined sea area |
| RU2815198C1 (en) * | 2023-12-06 | 2024-03-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method for navigation support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7139647B2 (en) * | 2000-03-03 | 2006-11-21 | Mikael Bliksted Larsen | Methods and systems for navigating under water |
| RU2344435C1 (en) * | 2007-05-08 | 2009-01-20 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship |
| RU2378663C1 (en) * | 2008-06-09 | 2010-01-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Method of determining horizontal coordinates of stationary underwater source of hydroacoustic navigation signals |
| RU2563332C2 (en) * | 2013-07-15 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle |
| RU2616446C1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method for maintenance of the autonomous undefined underwater apparatus |
-
2018
- 2018-09-17 RU RU2018133076A patent/RU2689281C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7139647B2 (en) * | 2000-03-03 | 2006-11-21 | Mikael Bliksted Larsen | Methods and systems for navigating under water |
| RU2344435C1 (en) * | 2007-05-08 | 2009-01-20 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship |
| RU2378663C1 (en) * | 2008-06-09 | 2010-01-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Method of determining horizontal coordinates of stationary underwater source of hydroacoustic navigation signals |
| RU2563332C2 (en) * | 2013-07-15 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle |
| RU2616446C1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method for maintenance of the autonomous undefined underwater apparatus |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756668C1 (en) * | 2021-03-31 | 2021-10-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method for navigation and information support of an autonomous unmanned underwater vehicle that monitors an underwater production complex |
| RU2760802C1 (en) * | 2021-04-14 | 2021-11-30 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for navigating a vessel through a mined sea area |
| CN113686385A (en) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 哈尔滨工程大学 | Multi-frequency-band seabed ground reference station |
| CN113686385B (en) * | 2021-08-25 | 2023-08-18 | 哈尔滨工程大学 | Multi-band submarine ground reference station |
| RU2815198C1 (en) * | 2023-12-06 | 2024-03-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method for navigation support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8509030B2 (en) | Underwater acoustic positioning system | |
| US6501704B2 (en) | Underwater object positioning system | |
| WO2020005116A1 (en) | Method for locating underwater objects | |
| CN109870694B (en) | High-precision long baseline positioning system based on multiple unmanned boat platforms | |
| RU2483326C2 (en) | Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons | |
| RU2371738C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| CN105137394B (en) | Ultra-short baseline acoustic positioning system and its location algorithm based on Maximum-likelihood estimation | |
| RU2456634C1 (en) | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system | |
| NO334597B1 (en) | Underwater navigation method and system | |
| RU2689281C1 (en) | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle | |
| CN108681338A (en) | A kind of telemetering and remote control system of submarine navigation device | |
| CN110294080B (en) | Method for realizing underwater accurate operation by using ultra-short baseline | |
| RU2469346C1 (en) | Method of positioning underwater objects | |
| RU2687844C1 (en) | Method for navigation-information support of autonomous unmanned underwater vehicle of large autonomy performing extended underwater crossing | |
| RU2437114C1 (en) | System for determining coordinates of underwater objects | |
| RU2629916C1 (en) | Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus | |
| RU2344435C1 (en) | Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship | |
| CN105182390A (en) | Underwater carrier positioning method | |
| RU2659299C1 (en) | Method and system of navigation of underwater objects | |
| CN113093108B (en) | Method and device for inverting long/ultra-short baseline for self-positioning and navigation of underwater target | |
| RU2398316C2 (en) | Method for reception of signals from satellite navigation systems under ice, when underwater object is located at sailing horizon, and device for its realisation with application of hydroacoustic channel of navigation information transfer | |
| RU2303275C2 (en) | Method for determination of co-ordinates of submerged objects | |
| JP2003215230A (en) | Position detection system for underwater moving body and its method | |
| CN111537946B (en) | Underwater beacon directional positioning system and method | |
| RU2596244C1 (en) | Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of water surface and underwater objects of navigation in constrained conditions of navigation |