Введение к работе
Актуальность теми: потребность в проведении глубоководных научных измерений, поиске донных объектов, а также исследовании морских полезных нскопаемьіх обусловили появление и развитие необитаемых подводных аппаратов. Наибольшее оаспрострамение получили три типа необитаема* подводных аппаратов! буксируемые, самоходные, управляемые по кабелю, и автономные самоходные.
Автономные подводные аппараты или авгономяые подводные роботы /АПР/ все больше привлекают внимание разработчиков робототехничсских систем. Отсутствие кабеля, связываошего АПР С обеспечивающим судном, придает им новые качества при выполнении глубоководных и подледных работ, обследовании донных объектов, а также позволяет эксплуатировать их практически при любых погодных условиях.
Для решения большинства практических задач АПР необходимо иметь навигационную систему /НС/, обеспечивающую на борту определение местоположения, скорости и курса с заданной точностью.
можно отметить несколько систем навигации применительно к АПР. в первую очередь следует выделить бортовые автономные навигационные системы /САИС/ н инерциальные навигационные системы /ИНС/. Широкое распространение для определения местоположения подводных объектов получили гидроакустические навигационные системы /Ганс/, в . которых координаты вычисляются на основе измеряемых дальностей до лонных маяков-ответчиков /МО/. также возможно осуществлять
навигационную привязку по геофизическим полям земли или на основе обработки визуальной информации. Наконец, использование спутниковых навигационных систем возможно лишь эпизодически при всплытии АПР, так как радиоволны практически не распространяются в воде.
Следует подчеркнуть, что ни одна отдельно взятая из отмеченных система не может обеспечить необходимуо точность и непрерывность определения местоположения АИР. БАНС и ИНС обладают 'высокой точностью на коротких интервалах времени, но их точность существенно уменьшается при длительной работе АПР. ГАНС, напротив, имеет фиксированную точность, но работает периодически и имеет ограниченную дальность действия, использование геофизической и визуальной информации для определения положения АПР также имеет фиксированную погрешность, но ограничено количеством детально обследованных районов, содержащих характерные особенности.
Решение пг >блемы комплексирования навигационных систем, доставляющих взаимно дополняющую информацию является важной и актуальной проблемой для АПР. совместная обработка информации от систем с разным характером погрешностей позволяет повысить точность, надежность и дальность функционирования навигационной системы.
Целью данной работы является:
разработка и исследование методов построения систем
навигации и ориентирования для автономных подводных роботов
посредством комплексирования навигационных систем, основанных
на разных принципах и, соответственно, имеющих разный
характер погрешностей, для повышения точности, надежное і и и дальности функционирования навигационной системы АПР;
построение алгоритмического и программного обеспечении, реализующего разные подходы к комплекспрованпю навигационных систем на АПР, анализ погрешностей алгоритмов при использовании различных способов представления информации;
разработка технических систем, реализующих предложенные методы, исследование их работоспособности как на лабораторных стендах, так и в натурных условиях.
Научная новизна и практическая значимость работы заключаются в том, что предложено решение научной проблеми, связанной с построением комплектированных навигационных систем для автономного подводного робота, оояадаихцих повышенными точностью работа, надежностью и дальностью функционирования, основанных на использовании информации от навигационных систем, имеющих разниц характер погрешностей.
Разработаны методы построения навигационных систем АПР для решения ши, окого круга задач, способы представления и алгоритмы обработки информации, позволяющие существенно повысить скорость работы в целом, уменьшить необходимые размеры памяти, ч фактически реализовать процессы принятия решения об определении местоположения и параметров движения АПР в реальном времени.
Предложены конкретные реализации комплекенрования навигационных систем, разработаны макеты и исследована работоспособность аппаратно-программных систем, реализующих данные подходы.
Результаты данной работы использовались при выполнении научно-исследовательских работ по темам:
"Разработка научных основ создания высоконадежных малогабаритных глубоководных автономных необитаемых аппаратов широкого назначения с элементами искусственного интеллекта", Программа АН СССР "Повышение надежности систем "машина -человек у среда"";
"Теоретические и экспериментальные исследования информационно-управляющих систем подводного информационного робототехнического комплекса", ОКИ "мировой океан", N гос. регистрации 01860107738;
- "Разработка научных оснои создания необитаемых подводных аппаратов, робототехнических комплексов и систем, обеспечивающих реализации автоматизированных подводных технологий", программа фундаментальных исследований ДВО АН СССР "математическое моделирование и информационные технологии", проект "Океанотехника".
Па защиту выносится: решение проблемы построение системы навигации и ориентирования для автономного подводного робота на основе комилексирования навигационных систем, имеющих разный характер погрешностей, обладающих повышенными точностью, надежностью и дальностью функционирования.
алгоритмическое обеспечение, позволяющее существенно повысить скорость обработки информации, уменьшить необходимые размеры памяти, и фактически реализовать процессы принятия решения об определении местоположении и параметров дви гния
АПР в реальном времени
Апробация работы. Результаты работы докладывались на:
Всесоюзном совещаний по робототехническнм системам, (Минск, 1981, Геленджик, 1990);
всесоюзной 'конференция: "проблема научного исследования в области оспоения и использования Мирового океана", (Владивосток, 19ЯЗ)|
Всесоюзном ' совещании по проблемам совершенствования устройств и методов приема, передачи и обработки информации, (Москв: . 1 988) j
всесоюзной научно - технической конференции товвму,
(Владивосток, 1988, 1989);
- всесоюзном совещании по технический средствам и методам
исследования океанов и морей. (Геленджик. 1985, 1989);
всесоюзной конференции по методам искусственного интеллекта и распознавания образов", (Минск, 1991);
всесоюзном совещании по проблемам построения перспективных бортовых управляющих вычислительных комплексов, (Владивосток,
1991);
- международной конференции intervention - 90 (ROV90),
San-Diego, 1990;
Международной конференции Black Sea'90, Varna, 1990,-
Международной конференции ICAR'91, pisa, 1991;
Международной конференции Intervention'93 (ROV'93), New Orlean, 1993;
научных семинарах по проблемам управления и навигации. Институт механики МГУ;
научно-технических семинарах института проблем морских технологий, Владивосток-,
научных семинарах отдела подводно-технических средств. Институт автоматики и процессов управления. Пладивосток.
Л істоверность полученных результатов.
достоверность основных положений и результатов работы алгоритмического обеспечения подтверждается результатами моделиров'аиия на ЭВМ и лабораторных стендах, которые во всех случаях выявили сходимость и высокую вероятность правильного определения местоположения и параметров движения АПР.
Публикации, основные результаты диссертации отражена в ?4 работах, всего по теме диссертации опубликовано 39 работ.
Объем и структура диссертац.ш. Диссертационная работа состоит из введ ния, трех глав, двух приложений, заключения и списка литературы, включающего 162 работы отечественных и зарубежных авторов, общий объем работы - 289 страниц, в том числе 2 таблицы и 73 рисунка.
