О методах обеспечения навигации групп АНПА: краткий обзор

Автор: Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк Д.А., Щербатюк А.Ф.

Журнал: Подводные исследования и робототехника @jmtp-febras

Рубрика: Модели, алгоритмы и программные средства

Статья в выпуске: 4 (30), 2019 года.

Бесплатный доступ

Приведен обзор подходов, предназначенных для решения задач навигации групп АНПА. Даются описания методов навигации на основе асинхронных и синхронных ГАНС, раскрываются особенности таких методов применительно к группам АНПА. Рассмотрены современные подходы, в основе которых лежит идея организации информационного взаимодействия АНПА друг с другом с целью обеспечения навигации группы в целом. Отмечено, что одним из приоритетных является подход, предполагающий наличие в группе одного или нескольких АНПА, оснащенных полным комплектом навигационных датчиков с целью высокоточного определения их местоположения. Относительное положение остальных аппаратов в группе вычисляется на основе дальностей до выделенных АНПА. Обсуждены вопросы применения автономных необитаемых водных аппаратов, выполняющих функцию мобильных маяков, для навигации групп АНПА и алгоритмы формирования их траекторий для повышения точности навигации группы АНПА. Раскрываются достоинства и недостатки каждого из подходов.

Еще

Автономный необитаемый подводный аппарат, групповая работа, групповая (коллективная) навигация, гидроакустическая навигационная система, гидроакустический модем

Короткий адрес: https://readera.ru/143169778

IDR: 143169778   |   DOI: 10.25808/24094609.2019.30.4.004

Список литературы О методах обеспечения навигации групп АНПА: краткий обзор

  • Scherbatyuk A., Dubrovin F., Rodionov A., Unru P. Group Navigation and Control for Marine Autonomous Robotic Complex Based on Hydroacoustic Communication // Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2016. P. 1388-1393.
  • Матвиенко Ю.В., Борейко А.А., Костенко В.В., Львов О.Ю., Ваулин Ю.В. Комплекс робототехнических средств для выполнения поисковых работ и обследования подводной инфраструктуры на шельфе // Подводные исследования и робототехника. 2015. № 1 (19). С. 4-16.
  • Maki T., Matsuda T., SakaMaki T., Ura T., Kojima J. Navigation Method for Underwater Vehicles Based on Mutual Acoustical Positioning With a Single Seafloor Station // IEEE J. of Oceanic Engineering. 2013. Vol. 38. January. P. 167-177.
  • Caiti A., Calabrò V., Fabbri T., Fenucci D., Munafò A. Underwater communication and distributed localization of AUV teams // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS. 2013. Bergen. P. 1-8.
  • Eustice R.M., Whitcomb L.L., Singh H., Grund M. Experimental Results in Synchronous-Clock One-Way-Travel-Time Acoustic Navigation for Autonomous Underwater Vehicles // Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. Rome, Italy. P. 1-8.
  • Cario G., Casavola A., Djapic V., Gjanci P., Lupia M., Petrioli C., Spaccini D. Clock Synchronization and Ranging Estimation for Control and Cooperation of Multiple UUVs // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2016. Shanghai, China., 2016. P. 1-9.
  • Atwood D.K., Leonard J.J., Bellingham J.G., Moran B.A. An Acoustic Navigation System for Multiple Vehicles // Proc. Int. Symp. on Unmanned Untethered Submersible Technology. 1995. P. 202-208.
  • Matos A., Cruz N. Coordinated Operation of Autonomous Underwater and Surface Vehicles // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2007. Vancouver, Canada, 2007. P. 1-6.
  • Melo J., Matos A. Guidance and Control of an ASV in AUV Tracking Operations // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2008. Quebec, Canada, 2008. P. 1-7.
  • Ваулин Ю.В., Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф., Щербатюк Д.А. Некоторые результаты моделирования алгоритмов разностно-дальномерной ГАНС для обеспечения навигации групп АНПА // Материалы докл. 8-й Всерос. науч.-техн. конф. "Технические проблемы освоения Мирового океана". Владивосток, 2019. C. 111-119.
  • Matos A., Cruz N. Coordinated Operation of Autonomous Underwater and Surface Vehicles // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2007. Vancouver, Canada, 2007. P. 1-6.
  • Melo J., Matos A. Guidance and Control of an ASV in AUV Tracking Operations // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2008. Quebec, Canada, 2008. P. 1-7.
  • Santos N., Matos A., Cruz N. Navigation of an Autonomous Underwater Vehicle in a Mobile Network // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2008, Quebec, Canada, 2008. P. 1-5.
  • Fallon M., Papadopoulos G., Leonard J. Cooperative AUV Navigation using a Single Surface Craft // Field and Service Robotics: Results of the 7th Int. Conf. 2009. P. 331-340.
  • Fallon M., Papadopoulos G., Leonard J., Patrikalakis N. Cooperative AUV Navigation using a Single Maneuvering Surface Craft // The Int. J. of Robotics Research. 2010.Vol. 29, is. 12. P. 1-27.
  • Papadopoulos G., Fallon M., Leonard J., Patrikalakis N. Cooperative Localization of Marine Vehicles using Nonlinear State Estimation // IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems. 2010. P. 1-6.
  • SaExperimental Evaluation of Accuracy and Efficiency of Alternating Landmark Navigation by Multiple AUVs // IEEE IMO
  • Bahr A, Leonard J, Martinoli A. Dynamic Positioning of Beacon Vehicles for Cooperative Underwater Navigation // Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems. 2012. P. 1-8.
  • Harris Z., Whitcomb L. Preliminary Feasibility Study of Cooperative Navigation of Underwater Vehicles with Range and Range-Rate Observations // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS. Washington, 2015. P. 1-6.
  • Inaba S., Sasano M., Kim K., Seta T., Okamoto A., Tamura K., Ura T., Sawada S., Suto T. Tracking Experiment of Multiple AUVs by a Semi-Submersible ASV // Proc. of the Int. Conf. UT. 2017. P. 1-4.
  • Scherbatyuk A.Ph., Dubrovin F.S. Some Algorithms of AUV Positioning Based on One Moving Beacon // Proc. of the IFAC Workshop Navigation, Guidance and Control of Underwater Vehicles, 10-12 April 2012, FEUP, Porto, Portugal. 2012. Vol. 45, is. 5. P. 1-6.
  • Dubrovin F.S., Scherbatyuk A.F. Studying some algorithms for AUV navigation using a single beacon: The results of simulation and sea trials // Gyroscopy and Navigation. 2016. Vol. 7, is. 2 April. P. 189-196.
  • Behrje U., Isokeit C., Meyer B., Machle E. A Robust Acoustic-Based Communication Principle for the Navigation of an Underwater Robot Swarm // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS. Kobe, 2018. P. 1-5.
  • Tan Y., Gao R., Chitre M. Cooperative Path Planning for Range-Only Localization Using a Single Moving Beacon // IEEE Journ. of Oceanic Engineering. 2014. Vol. 39, No. 2. April. P. 1-15.
  • Chitre M. Path planning for cooperative underwater range-only navigation using a single beacon // Proc. of the IEEE Int. Conf. on Autonomous and Intelligent Systems (AIS). 2010. P. 1-6.
  • Teck T., Chatre M. Single Beacon Cooperative Path Planning Using Cross-Entropy Method // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS. Kona, USA, 2011. P. 1-6.
  • Hudson J., Seto M. Underway Path-planning for an Unmanned Surface Vehicle Performing Cooperative Navigation for UUVs at Varying Depths // Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2014, Chicago, IL, USA. 2014. P. 2298-2305.
  • Sergeenko N., Scherbatyuk A., Dubrovin F. Some Algorithms of Cooperative AUV Navigation with Mobile Surface Beacon // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS. San- Diego, USA, 2013. P. 1-6.
  • Gao R., Chitre M. Cooperative Positioning using Range- Only Measurements Between Two AUVs // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2010. Sydney, NSW, Australia, 2010. P. 1-6.
  • Baccou P., Jouvencel B., Creuze V., Rabaud C. Cooperative Positioning and Navigation for Multiple AUV Operations // Proc. of the MTS/ IEEE Int. Conf. and Exhibition OCEANS. 2001. Vol. 3. P. 1816-1821.
  • Vaganay J., Leonard J., Curcio J., Willcox S. Experimental Validation of the Moving Long Base Line Navigation Concept // Proc. of the Int. Conf. AUV. 2004. P. 1-7.
  • Zhang L., Xu D., Liu M., Yan W., Gao J. An Algorithm for Cooperative Navigation of Multiple UUVs // Proc. of the sixth Int. Symposium on Underwater Technology, UT2009, Wuxi, China, April 2009. P. 1-6.
  • Mirabellot D., Sandersont A., Blidberg D. Comparing Kalman and particle filter approaches to coordinated multi-vehicle navigation // Proc. of the Int. Conf. UUST 2007. NH, USA, 2007. P. 1-6.
  • Engel R., Kalwa J. Relative Positioning of Multiple Underwater Vehicles in the GREX Project // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2009. Biloxi, USA. 2009. Vol. 42, is. 18. P. 406-411.
  • Bahr A., Walter M.R., Leonard J.J. Consistent Cooperative Localization // Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA). Kobe, Japan, 2009. P. 1-8.
  • Fallon M.F., Papadopoulos G., Leonard J.J. A Measurement Distribution Framework for Cooperative Navigation using Multiple AUVs // Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA). 2010. P. 1-8.
  • Matsuda T., Maki T., SakaMaki T., Ura T. Large Area Navigation Method of Multiple AUVs based on Mutual Measurements // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2011. Kona, USA. 2011. P. 1-9.
  • Matsuda T., Maki T., SakaMaki T., Ura T. State Estimationand Compression Method for the Navigation of Multiple Autonomous Underwater Vehicles With Limited Communication Traffic // IEEE J. of oceanic engineering. 2015. Vol. 40, No. 2, April. P. 1-12.
  • Matsuda T., Maki T., Sato Y., SakaMaki T. Performance Verification of the Alternating Landmark Navigation by Multiple AUVs through Sea Experiments // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS. 2015, Genova, Italy. 2015. P. 1-9.
  • Matsuda T., Maki T., SakaMaki T., Ura T. State Estimationand Compression Method for the Navigation of Multiple Autonomous Underwater Vehicles With Limited Communication Traffic // IEEE J. of oceanic engineering. 2015. Vol. 40, No. 2, April. P. 1-12.
  • Matsuda T., Maki T., Sato Y., SakaMaki T. Experimental Evaluation of Accuracy and Efficiency of Alternating Landmark Navigation by Multiple AUVs // IEEE J. of oceanic engineering. 2018. Vol. 43, No. 2. P. 1-23.
  • Daxiong J., Jian L. A Navigation Method for Multiple ROBOTs Based on a Single Mobile Node // ROBOT. 2012. Vol. 34, No. 6 November. P. 1-5.
  • Sun S., Yu S., Shi Z., Fu J., Zhao C. A Novel Single-Beacon Navigation Method for Group AUVs Based on SIMO model // IEEE Access-2018-17815. 2018. Vol. 6. P. 1-14.
  • Zhang L., Liu M., Zhang F. Cooperative Localization Method for AUV Using Acoustic Communication Measurement // Advanced Engineering Forum. 2012. Vol. 4. P. 227-231.
  • Pentzer J., Wolbrecht E. Improving Autonomous Underwater Vehicle Navigation Using Inter-Vehicle Ranging // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS. 2012. P. 1-8.
  • Nogueira M., Sousa J., Pereira F. An Underwater Cooperative Navigation Scheme // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2013. Bergen. 2013. P. 1-7.
  • Paull L., Seto M., Leonard J. Decentralized Cooperative Trajectory Estimation for Autonomous Underwater Vehicles // Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2014, Chicago, IL, USA. 2014. P. 1-8.
  • Furfaro T., Alves J. A Communications and Relative Navigation Architecture for Underwater Vehicle Coordination // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2015. Washington, DC, USA. 2015. P. 1-6.
  • Pascoal A., Ribeiro J., Ribeiro M., Rufino M., Sebastiao L., Silva H. Cooperative Navigation and Control: the EU MORPH project // Proc. of the MTS/IEEE Int. Conf. OCEANS 2015. Washington, DC, USA. 2015. P. 1-10.
  • Paull L., Huang G., Seto M., Leonard J. Communication-Constrained Multi-AUV Cooperative SLAM // Proc. of the Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA-2015). Seattle, WA, USA. 2015. P. 1-8
  • Zhang L., Xu S., Liu M., Xu D. Cooperative Localization for Multi-AUVs Based on Time-Of-Flight of Acoustic Signal Using Moving Horizon Estimation // MTS. 2015. P. 1-5.
  • Matsuda T., Maki T., SakaMaki T. Multiple AUV Navigation Based on a Single High-performance AUV for Accurate and Efficient Seafloor Survey. Sea Experiments with 3 AUVs // Proc. of the MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO). 2018. P. 1-7.
  • Antonelli G., Arrichiello F., Chiaverini S., Sukhatme G. Observability analysis of relative localization for AUVs based on ranging and depth measurements // Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, May 3-8, 2010, Anchorage, Alaska, USA. 2010. P. 1-6.
  • Nogueira M., Sousa J., Pereira F. Cooperative Autonomous Underwater Vehicle Localization // Proc. of the MTS/ IEEE Int. Conf. OCEANS 2010, Sydney, Australia. 2010. P. 1-6.
Еще
Статья научная