Введение к работе
Актуальность. Активное освоение и использование биологических, минеральных и технологических ресурсов морей и океанов, прибрежного шельфа, бухт, заливов и проливов, требует создания специфических робототехнических систем и комплексов. В настоящее время активно внедряется в практику океанологических исследований и оборонных программ концепция создания сетецентрических систем освещения подводной обстановки. Ключевой задачей при разработке подобных систем является обеспечение сети подводного наблюдения, состоящей из подводных автономных обсерваторий и платформ, буйковых станций и необитаемых аппаратов различного назначения и т.п. элементами позиционирования и связи между собой и с центром анализа на расстояниях в десятки и сотни километров. Современные работы отечественных и зарубежных ученых направлены на совершенствование функциональных характеристик (точность позиционирования, дальность действия и т.д.) автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА). Важное значение в этих работах уделяется исследованиям влияния динамики и структуры водных масс на эффективное решение навигационных задач.
Предложенный в защищаемой работе метод обоснован многочисленными экспериментальными данными и позволяет внести определенный вклад в решение задачи повышения точности позиционирования путем включения в навигационные комплексы АНПА методов и средств акустической томографии морской среды.
Цель работы состоит в разработке и экспериментальной апробации метода повышения точности позиционирования подводных объектов (ПО) с применением систем акустического мониторинга изменчивости морской среды.
Задачи:
1. Исследование путей повышения точности позиционирования ПО на основе акустического мониторинга среды в районе выполнения работ.
2. Разработка методического и технического обеспечения для экспериментальной апробации защищаемого в работе метода.
3. Разработка алгоритмов и программ для решения задачи включения методов акустической томографии морской среды в работу систем акустического позиционирования для повышения их точности.
4. Экспериментальная апробация разработанного метода в условиях мелкого моря в Корейском проливе и в заливе Посьета Японского моря.
Научная новизна Работа содержит новые научные результаты по разработке и апробации в натурных условиях метода повышения точности позиционирования подводных объектов. Его новизна подтверждена патентом РФ на изобретение №2469346. Новые результаты получены при тестировании мелководной (менее 10 метров) акватории в Корейском проливе у острова Норёк. Экспериментально было показано, что на таких глубинах точность позиционирования с использованием предлагаемого метода достигает десятых долей процента от расстояния при рабочей частоте навигационных источников 2000 Гц.
Научная достоверность результатов основана на обширном экспериментальном материале, собранном на протяжении 3-х лет в четырёх береговых экспедициях.
Достоверность полученных данных обусловлена применением апробированных методик измерений, тщательной калибровкой приемных и излучающих систем, повторяемостью результатов многократных экспериментов и согласованностью экспериментальных и теоретических оценок.
Практическая значимость диссертации определяется получением методических и технических решений для повышения эффективности навигационных систем при их функционировании в сложных гидрологических условиях, связанных с существенными изменениями скорости звука во времени и пространстве. Результаты акустической аттестации мелководной акватории в Корейском проливе были внедрены в Институте науки и технологий (г. Кванджу, республика Корея) при выполнении контрактных работ.
Личный вклад автора. Весь фактический материал, на основании которого подготовлена диссертация, получен в результате сбора и обработки данных по результатам экспериментов и исследований автора, проведенных самостоятельно или в сотрудничестве с коллегами в экспедициях ТОИ ДВО РАН. Лично автором выполнялась разработка алгоритмов и программ для обработки полученных в результате экспериментов данных. Обзор литературных источников в области гидроакустической навигации выполнен автором. Основной эксперимент, обработка и анализ результатов, подтверждающих защищаемый метод, выполнены при решающем вкладе автора.
На защиту выносятся:
1. Разработанные и экспериментально апробированные методические и технические решения по увеличению точности позиционирования систем гидроакустической навигации.
2. Результаты акустической аттестации мелководной (с глубинами менее 10 метров) акватории в Корейском проливе Японского моря применительно к задачам подводной навигации.
Апробация работы. Изложенные в диссертации результаты докладывались на пятой конференции молодых учёных «Океанологические исследования» (Владивосток, 2011), Всероссийской конференции «Физика геосфер» (Владивосток, 2011), Всероссийской научно-технической конференции ТПМО 2011, (Владивосток, 2011), International Joint Workshop on MT-IT Research Collaboration Center (Владивосток, 2012), Acoustics 2012 (Hong Kong, 2012), Всероссийской научно-технической конференции ТПМО 2013, (Владивосток, 2013).
Публикации. Основные результаты по теме диссертации опубликованы в тринадцати работах, в том числе в пяти статьях в журналах, включенных в перечень периодических изданий, рекомендованных Высшей Аттестационной Комиссией РФ для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. В рамках диссертационной работы получен один патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, изложенных на 108 страницах, содержит 46 рисунков и список литературы из 68 наименований.
Похожие диссертации на Разработка метода повышения точности позиционирования подводных объектов
