Научная статья на тему 'Перспективы повышения эффективности автономных подводных роботов'

Перспективы повышения эффективности автономных подводных роботов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
1835
396
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АВТОНОМНЫЕ ПОДВОДНЫЕ РОБОТЫ / ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ / ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ПОИСКОВО-ОБСЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ / ПОДВОДНАЯ НАВИГАЦИЯ / СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПОЛИГОН ДЛЯ СЕРТИФИКАЦИИ РОБОТОВ / AUTONOMOUS UNDERWATER ROBOTS / INTELLIGENT ROBOT CONTROL / THE TECHNOLOGY OF UNDERWATER SEARCH AND INVESTIGATION WORKS / UNDERWATER NAVIGATION IS A SPECIALIZED POLYGON FOR CERTIFICATION ROBOTS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Матвиенко Юрий Викторович, Инзарцев Александр Вячеславович, Киселев Лев Владимирович, Щербатюк Александр Федорович

Отмечено, что дальнейшее увеличения эффективности применения современных автономных подводных роботов основано на решении ряда новых задач, среди которых выделены: «интеллектуализация» функциональных свойств подводных роботов; методологическое и техническое обеспечение прецизионной подводной навигации; сертификация средств бортового управления, навигации и поиска. Интеллектуализация АНПА подразумевает способность системы управления осуществлять рациональное поведение на функции анализа сцен и общей обстановки, ориентирования на местности, сбора и накопления разнообразной информации о среде, для повышения его живучести при возникновении опасных или аварийных ситуаций, работать в составе группы, рационального решения практических задач, связанных с переносом ряда функций по обработке информации на борт АНПА. Для реализации рационального поведения разработана и используется гибридная архитектура информационно-управляющей системы (ИУС), в основе которой лежит трехуровневая модель целесообразного поведения. Особенностью архитектуры является использование поведенческих (реактивных) управляющих структур (многоуровневых структур с поглощением) на исполнительном и тактическом уровнях. Отмечен современный поход к решению навигационных задач, который включает задачу локальной навигации для обеспечения маневрирования робота, его безопасного плавания, выполнения рабочих миссий вблизи дна и донных препятствий и прецизионного маневрирования в заданной точке или области подводного пространства и задачу глобальной навигации с определением текущих географических координат робота на его борту и отображением текущего местоположения робота на борту обеспечивающего судна. Сформулированы предложения по созданию специализированного полигона для испытаний и аттестации систем подводных роботов для получения объективной информации о параметрах и характеристиках робота и его систем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Матвиенко Юрий Викторович, Инзарцев Александр Вячеславович, Киселев Лев Владимирович, Щербатюк Александр Федорович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE PROSPECTS FOR IMPROVING EFFICIENCY AUTONOMOUS UNDERWATER ROBOTS

It is noted that further development of opportunities to increase the efficiency of use of modern Autonomous underwater robots based on the solution of several new problems, among which are highlighted: "intellectualization" of the functional properties of underwater robots; methodological and technical support to precision underwater navigation; certification of funds vehicle management, navigation and search. Intellectualization of the ANP implies the ability of the control system to perform the functions of the analysis of scenes and the overall situation, orienteering, collecting and accumulating a variety of information about the environment to increase his survivability in case of hazardous or emergency situations, work in groups, rational solutions of practical problems associated with the transfer of several functions necessary for data processing on Board an AUV. For the realization of rational behavior developed and used a hybrid information management system (MIS), which is based on the three-tier model of appropriate behavior. Feature of the architecture is the use of behavioral (reactive) control structures (layered structures with absorption) at Executive and tactical levels. Marked the modern approach to solving the navigation task, which involves the task of local navigation to ensure the maneuvering of the robot, its safe navigation, performance of the missions near the end and bottom of the obstacles and precision maneuvering at a given point or area of the underwater space, and the task of global navigation determining current geographical coordinates of the robot on the Board and display the current location of the robot on Board providing a vessel. The proposals to create a specialized site for testing and certification of the systems of underwater robots to obtain objective information about the parameters and characteristics of the robot and its systems.

Текст научной работы на тему «Перспективы повышения эффективности автономных подводных роботов»

УДК 629.127

Ю.В. Матвиенко, А.В. Инзарцев, Л.В. Киселев, А.Ф. Щербатюк

ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОНОМНЫХ ПОДВОДНЫХ РОБОТОВ

Отмечено, что дальнейшее увеличения эффективности применения современных автономных подводных роботов основано на решении ряда новых задач, среди которых выделены: «интеллектуализация» функциональных свойств подводных роботов; методологическое и техническое обеспечение прецизионной подводной навигации; сертификация средств бортового управления, навигации и поиска. Интеллектуализация АНПА подразумевает способность системы управления осуществлять рациональное поведение на функции анализа сцен и общей обстановки, ориентирования на местности, сбора и накопления разнообразной информации о среде, для повышения его живучести при возникновении опасных или аварийных ситуаций, работать в составе группы, рационального решения практических задач, связанных с переносом ряда функций по обработке информации на борт АННПА. Для реализации рационального поведения разработана и используется гибридная архитектура информационно-управляющей системы (ИУС), в основе которой лежит трехуровневая модель целесообразного поведения. Особенностью архитектуры является использование поведенческих (реактивных) управляющих структур (многоуровневых структур с поглощением) на исполнительном и тактическом уровнях. Отмечен современный поход к решению навигационных задач, который включает задачу локальной навигации для обеспечения маневрирования робота, его безопасного плавания, выполнения рабочих миссий вблизи дна и донных препятствий и прецизионного маневрирования в заданной точке или области подводного пространства и задачу глобальной навигации с определением текущих географических координат робота на его борту и отображением текущего местоположения робота на борту обеспечивающего судна. Сформулированы предложения по созданию специализированного полигона для испытаний и аттестации систем подводных роботов для получения объективной информации о параметрах и характеристиках робота и его систем.

Автономные подводные роботы; интеллектуальная система управления роботом; технологии выполнения подводных поисково-обследовательских работ; подводная навигация, специализированный полигон для сертификации роботов.

Yu.V. Matvienko, A.V. Inzartsev, L.V. Kiselev, A.F. Shcherbatyuk

THE PROSPECTS FOR IMPROVING EFFICIENCY AUTONOMOUS UNDERWATER ROBOTS

It is noted that further development of opportunities to increase the efficiency of use of modern Autonomous underwater robots based on the solution of several new problems, among which are highlighted: "intellectualization" of the functional properties of underwater robots; methodological and technical support to precision underwater navigation; certification of funds vehicle management, navigation and search. Intellectualization of the ANP implies the ability of the control system to perform the functions of the analysis of scenes and the overall situation, orienteering, collecting and accumulating a variety of information about the environment to increase his survivability in case of hazardous or emergency situations, work in groups, rational solutions of practical problems associated with the transfer of several functions necessary for data processing on Board an AUV. For the realization of rational behavior developed and used a hybrid information management system (MIS), which is based on the three-tier model of appropriate behavior. Feature of the architecture is the use of behavioral (reactive) control structures (layered structures with absorption) at Executive and tactical levels. Marked the modern approach to solving the navigation task, which involves the task of local navigation to ensure the maneuvering of the robot, its safe navigation, performance of the missions near the end and bottom of the obstacles and precision maneuvering at a given point or area of the underwater space, and the task of global

navigation determining current geographical coordinates of the robot on the Board and display the current location of the robot on Board providing a vessel. The proposals to create a specialized site for testing and certification of the systems of underwater robots to obtain objective information about the parameters and characteristics of the robot and its systems.

Autonomous underwater robots, intelligent robot control, the technology of underwater search and investigation works, underwater navigation is a specialized polygon for certification robots.

Введение. Опыт создания автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) в России показывает, что достижение поставленных целей по широкому диапазону показателей назначения не гарантируется при сосредоточении всего объема работ в условиях одной, даже специализированной, организации из-за значительного объема решаемых разнородных проблем. Необходимый результат должен быть следствием широкой кооперации предприятий промышленности и науки, учитывающей все аспекты научного, технического, технологического, производственного и испытательного взаимодействия. Собственно весь современный западный опыт создания подводных роботов различного назначения является наглядным подтверждением этому.

В течение длительного времени ИПМТ ДВО РАН, выступая в качестве головной организации работающей в области подводной робототехники, приобрел уникальный опыт создания и практического использования АНПА [1-3]. Вместе с тем особенности ИПМТ как академической организации накладывали серьезный отпечаток на характер и порядок выполнения работ. Несмотря на то, что за последние годы был достигнут определенный прогресс для формирования баланса фундаментальных исследований и технологических разработок, в настоящее время приобретенный опыт и традиции научных исследований ИПМТ целесообразно развивать в тесном контакте с усилиями ведущих российских проектно-конструкторских организаций морской техники, проявляющих в настоящее время большой интерес к проектированию подводных роботов.

Дальнейшие шаги по совершенствованию средств подводной робототехники, на наш взгляд, должно базироваться на решении новых научно-технических проблем, определяющих облик современных многоцелевых АНПА и эффективность их применения при решении всего многообразия задач назначения. К их числу относятся:

♦ «интеллектуализация» функциональных свойств подводных роботов;

♦ методологическое и техническое обеспечение прецизионной подводной навигации;

♦ сертификация средств бортового управления, навигации и поиска.

По названным направлениям в ИПМТ ДВО РАН имеется большой научно-технический задел, который непрерывно развивается на основе существующего государственного задания по профильной бюджетной тематике.

1. Фундаментальные исследования в области повышения интеллекта подводного робота. 1.1. Что означает интеллектуализация АНПА? При оценке эффективности применения подводного робота принципиальное значение имеет степень его информационной автономности, т.е. способности самостоятельно действовать в неизвестной или недостаточно определенной среде. В настоящее время миссии (задания) для АНПА формируются с использованием императивных методов программирования (как текстовых, так и графических), детально описывающих последовательность действий робота, которые нужно совершить для достижения требуемой цели. При этом представление о самой цели имеет только оператор АНПА, который составляет миссию. Подобная технология эффективна, если миссия робота осуществляется в рамках априорного сценария. В остальных случа-

ях она может либо вообще не выполниться, либо выполниться с большими нарушениями и угрозой безопасности аппарата. Поэтому для выполнения миссии при непредвиденных обстоятельствах исключительное значение имеет «интеллектуализация» системы управления АНПА.

Отметим некоторые аспекты этой проблемы. Так, в существующих системах управления для диагностирования и идентификации оперативных ситуаций, например аварийных, используется контроль соответствия моделей процессов и их реализаций. Возникновение конфликтных признаков (рассогласований) свидетельствует об «аварийности» ситуации, что требует реакции в виде определенной последовательности действий системы. Во многих случаях такое поведение системы оправдано, однако существуют ситуации, когда единичная авария может вызвать появление нескольких конфликтных признаков квазиодновременно, либо повлечь последовательность других аварий. В общем случае реакция робота на такие неисправности не всегда является адекватной, поскольку причина аварии не выявляется. Очевидно, необходима «интеллектуализация» управления АНПА для повышения его живучести при возникновении опасных или аварийных ситуаций.

Интеллектуализация АНПА подразумевает также способность системы управления осуществлять функции анализа сцен и общей обстановки, ориентирования на местности, сбора и накопления разнообразной информации о среде. Традиционные методы управления не всегда эффективны в условиях неполной или недостоверной информации о внешней среде, при деградации части систем (отказах, авариях) или необходимости целенаправленной реконфигурации (восстанавливающего или развивающего управления). Архитектуры и принципы интеллектуального управления динамическими системами активно разрабатываются, но в подводной тематике в силу специфики работы сенсоров и систем связи это приобретает дополнительные сложности. Весьма актуальна проблема повышения потенциала управления этими системами на основе разработки новых методов динамического анализа, распознавания образов, адаптации и искусственного интеллекта.

Для «интеллектуализации» процесса поиска подводных объектов в настоящее время разработаны и используются в системах управления АНПА алгоритмы распознавания в реальном времени ограниченного класса объектов с простыми геометрическими формами или типовыми сигналами. Необходимо расширить этот класс. Кроме того, поиск и идентификация объекта сопровождаются, как правило, маскирующим воздействием помех, вариаций внешних полей и наличием ложных целей.

Исследования, проводимые в ИПМТ ДВО РАН, охватывают ряд приоритетных задач, связанных с развитием методов навигации, управления и ориентирования в пространстве, диагностированием и идентификацией функциональных свойств АНПА, формированием специализированной базы данных, построением системы интеллектуального управления, поддерживающей комплексное решение данного класса задач.

В ИПМТ ДВО РАН разработана и используется гибридная архитектура информационно-управляющей системы (ИУС), в основе которой лежит трехуровневая модель целесообразного поведения. Особенностью архитектуры является использование поведенческих (реактивных) управляющих структур (многоуровневых структур с поглощением) на исполнительном и тактическом уровнях. При этом функции трех уровней системы распределяются следующим образом. Нижний (исполнительный) уровень осуществляет сервоконтроль за основными параметрами движения и обеспечивает рефлекторные функции аппарата. Для этого он содержит полный набор информационно-измерительных и управляющих компонентов. Уровень проектируется таким образом, чтобы замыкать в себе реализацию всех функций, зависящих от аппаратного обеспечения конкретного робота, пре-

доставляя для взаимодействия с тактическим уровнем аппаратно-независимый интерфейс совокупности управляющих функций. Средний (тактический) уровень служит для организации выполнения очередной задачи, поставленной стратегическим уровнем, и непосредственно управляет режимами и целями исполнительного уровня. Для этого уровень содержит набор агентов (поведений тактического уровня) и арбитр, который формирует и поддерживает управляющую структуру агентов для решения текущей задачи.

Верхний (стратегический) уровень представлен программой-заданием (миссией), содержащей цели запуска, либо человеком-оператором. При этом миссия робота и его желаемое поведение описывается в терминах агентов, составляющих библиотеку тактического уровня архитектуры [4]. Библиотека формируется на основе функциональной декомпозиции целевого класса задач. В настоящее время с использованием данного подхода создана библиотека агентов для выполнения полного цикла операций АНПА при решении широкого спектра обзорно -поисковых, а также ряда обследовательских задач. Некоторые из этих задач будут рассмотрены ниже.

Базой всего прикладного программного обеспечения распределенной структуры ИУС является операционная система реального времени (ОС РВ). В значительной мере она определяет функциональные свойства системы управления и требования к её вычислительной мощности. В наибольшей степени специфическим требованиям многофункциональных АНПА удовлетворяют ОС РВ семейства UNIX, в частности ОС QNX, получившая применение в преемственном ряде аппаратов ИПМТ.

Для обеспечения информационного взаимодействия компонентов системы разработана и применяется среда, использующая децентрализованный принцип обмена сообщениями, когда каждый компонент системы является одновременно поставщиком и потребителем данных. Обмен сообщениями происходит в асинхронном режиме, а структура сообщений обеспечивает их маршаллинг. Организация среды поддерживает «открытость» и расширяемость ИУС [5].

Контрольно-аварийная система (КАС) является одним из основных компонентов информационно-управляющей системы автономного подводного робота. КАС обеспечивает как безопасность робота под водой, так и его устойчивость к сбоям подсистем, что повышает вероятность выполнения задания. Основной информацией для распознавания неисправностей являются сигналы, вырабатываемые средствами самодиагностики подсистем робота, а также измеряемые датчиками параметры. В настоящее время развитие контрольно-аварийных функций связано разработкой интеллектуальной КАС (ИКАС), основанной на онтологическом подходе [6].

ИКАС функционирует как агент тактического уровня ИУС и способен выполнять диагностические действия (подмиссии) при необходимости. ИКАС формируется компилятором по заданной базе знаний и описанию конфигурации робота с использованием облачной платформы IACPaaS. Знания представляются семантической сетью. Согласно общей концепции архитектура ИКАС состоит из трех основных блоков: блока формирования знаний о диагностике неисправностей АНПА, транслятора знаний в программный код и непосредственно КАС АНПА. Блок формирования знаний включает программные и информационные компоненты на облачной платформе IACPaaS. Информационными компонентами являются онтологии (онтология диагностических ситуаций, онтология сигналов и признаков, онтология устройства АНПА), база знаний о диагностических ситуациях, а

также базы данных о сигналах и признаках и устройстве АНПА. Программными компонентами являются редактор онтологий и редактор знаний, управляемый он-тологиями, с помощью которых создаются и модифицируются соответствующие информационные ресурсы.

1.2. «Интеллектуальные» задачи группового управления. Возросший интерес к вопросам управления группировками АНПА обусловлен как расширением масштабов океанографических исследований, так и появлением ряда новых задач, ориентированных на взаимодействие между собой нескольких аппаратов.

Одним из примеров групповых действий подводных роботов является организация противоминной защиты акваторий, концепция которой разработана по программе департамента военных исследований - Office of Naval Research's (ONR). Группировка включает патрульные АНПА, предназначенные для предварительного обнаружения миноподобных объектов на основе анализа в реальном времени получаемых гидролокационных изображений. Информация об обнаруженных «подозрительных» объектах по акустическим каналам связи передаётся другим членам группировки, которые оснащены сонарами высокого разрешения или фотосистемами для организации детального обследования обнаруженных объектов.

Характерной задачей является патрулирование морской акватории группой АНПА. Группировка (возможно, с переменным составом) должна обеспечить гарантированный периодический осмотр каждого участка акватории. Движение группировки может осуществляться сетью траекторий (галсов) с покрытием заданной площади, строем или произвольным построением с выполнением сплошного или избирательного гидролокационного (профилографического, фототелевизионного и др.) обзора. Все маневры группировки должны быть скоординированы программно или путем подачи синхронизированных команд. Аппараты должны иметь возможность обнаруживать как изменение подводной обстановки (по сравнению с ранее полученными данными), так и объекты с заданными характеристиками (осуществлять распознавание). Должны быть разработаны принципы обнаружения (распознавания) заданных объектов на основе информации от поисковых систем технического зрения («интеллектуальный поиск»). Отчасти такая технология уже разработана ИПМТ и реализована в комплексе «Галтель», предусматривающая совместную работу двух АНПА и ТНПА [7].

Все разнообразие существующих структур группового управления АНПА можно свести к двум основным вариантам [8]. В первом из вариантов объекты управления взаимодействуют с центральным сервером (постом управления), сообщая ему свое состояние и получая скорректированные планы действий. При необходимости человек-оператор может изменить поставленную задачу. В другом варианте центр отсутствует, объекты управления действуют самостоятельно, обмениваются информацией для достижения общей цели. Данная структура более устойчива к изменениям состава группировки и выходу из строя отдельных её элементов, однако при этом каждый из аппаратов пытается получить свой локальный выигрыш от коллективного решения.

В качестве примера совместного использования аппаратов различных типов приведем результаты эксперимента с участием АНПА и «водного» аппарата (АНВА), находящегося на поверхности воды. Физически оба аппарата входят в состав комплекса МАРК, предназначенного для отладки перспективных задач навигации и группового управления [9]. В данной структуре центральный пост управления осуществляет планирование и двустороннюю связь с передачей сообщений о планах и результатах совместных действиях каждого из аппаратов. В случае изменения состава группы планировщик осуществляет перепланирование.

Программа эксперимента осуществлялась путем покрытия заданного района сетью параллельных галсов. Каждый галс представлял собой одно неделимое задание и имел два варианта исполнения. В одном из вариантов моделировалась ситуации, когда в процессе выполнения задания АНПА выходил из группы. На рис. 1 справа показана общая траектория покрытия заданной области, включающая 7 галсов, и слева - автоматически формируемые планы для АНПА и АНВА. На диаграмме показано выполнение АНВА в реальном времени плана, сформированного после выхода из группы АНПА.

Рис. 1. Траектории и диаграмма совместных действий двух аппаратов

На рис. 2 приведен пример одновременной работы двух АНПА комплекса «Галтель», осуществляющих скоординированные движения в условиях полигона. Слежение за аппаратами во время выполнения миссии осуществлялось с одного поста навигатора, при этом на мониторе навигатора одновременно отображались две траектории.

\

[\ •УГ

\ У

ч {

/

А \

/

/ /

'

/

/ / / / /

/ / 'V //

1 / / / /

ч, 7/

Рис. 2. Скоординированные траектории двух АНПА в условиях полигона

1.3. Технологии мониторинга морского дна основанные на обработке данных в режиме реального времени на борту АНПА. Сложившаяся методика выполнения обзорно-поисковых и обследовательских работ основана на циклическом повторении однотипных программ-заданий, сборе необходимой информации с помощью обзорно-поисковых систем и ее постобработке по результатам серии запусков. Решение оперативных задач связано с выполнением всего цикла операций в реальном времени с коррекцией миссий в автоматическом или супервизор-ном режимах управления. Подобные требования возникают при оперативном анализе поисковой информации, оценке подводной обстановки, осуществлении сложных сценариев групповых действий, обеспечения безопасности в экстремальных ситуациях.

Опыт реальных работ позволяет выделить класс практических задач, в наибольшей степени связанных с «интеллектуализацией» ИУС и переносом ряда функций по обработке информации на борт АНПА. К числу этих задач можно отнести обнаружение и инспекцию объектов естественного и искусственного происхождения, траекторное обследование физических полей и их аномалий, автоматическую стыковку АНПА с доковой станцией или носителем.

Организация ИУС для решения таких задач, как уже отмечалось, строится на основе трехуровневой мультиагентной архитектуры. Выполнение поисково-обследовательских операций предполагают согласованное функционирование нескольких агентов, обеспечивающих реализацию обзорной и обследовательской частей работы [4]. При этом агент, реализующий обнаружение и обследование объектов, находится поочередно в двух состояниях. Во время первой (пассивной) фазы происходит обнаружение объектов на эхограмме ГБО, включающее этапы предварительной обработки и фильтрации изображения, выделение границ объектов, выделение объектов и подсчет их количества (кластеризация), определение параметров и классификация объектов (рис. 3).

Рис. 3. Конечный этап процедуры обнаружения и выделения малоразмерных донных объектов с помощью ГБО

После определения параметров объектов становится возможным их обследование. На активном этапе работы агента производится прокладка оптимального маршрута между объектами внутри группы. Точкой старта и окончания маршрута является текущее местоположение АНПА. После обнаружения конкретного объекта активизируется агент, осуществляющий его фотопокрытие с использованием спиралеобразного движения.

Аналогичная идеология используется при обследовании искусственных протяженных объектов (ИПО), к числу которых относятся кабели и трубопроводы. Цель инспекции ИПО, заключается в движении АНПА вдоль объекта с покрытием его по всей длине фото или ГБО-изображениями. Детектирование и обследование протяженных объектов производится на основе разнородной и неполной информации от бортовых сенсорных устройств (ГБО, ФТС, ЭМИ, ЭЛС). Для повышения вероятности обнаружения информация из различных источников объединяется в «модель среды» и обрабатывается совместно. «Модель среды» создаётся на основе информации от бортовой навигационной системы и данных от систем распознавания, получаемых на исполнительном уровне. «Модель» включает также оценку вероятности существования объекта с заданными координатами в текущий момент времени. Интегральная оценка местоположения и направления объекта не подвержена существенному влиянию сбойных данных от подсистем распознавания и отражает координаты ИПО, даже когда объект не детектируется в текущий момент времени [10]. Траектория аппарата представляет колебательное движение вдоль объекта инспекции (рис. 4), причём амплитуда колебаний уменьшается при улучшении условий обнаружения объекта (вплоть до вырождения в прямую линию).

Рис. 4. Схема поведения АНПА при инспекции ИПО

Подобная технология использовалась при обследовании реального подводного кабеля в Уссурийском заливе Японского моря [11]. Во время работы использовались фотосистема, ЭМИ и ГБО (рис. 5).

Близкой по идеологии, но имеющей иной практический смысл является задача траекторного обследования физических полей и их аномалий. Фактически речь идет о трех взаимосвязанных задачах.

Задача 1 заключается в восстановлении карты поля путем покрытия заданной области сетью траекторий и измерения параметров поля с привязкой к навигационным данным. Как правило, управление сводится к заданию и коррекции курсовой программы в характерных точках траектории.

Задача 2 состоит в организации поисковых движений с целью обнаружения и оконтуривания аномалии по уровню и изменчивости сигнала измерителя поля при маскирующем влиянии внешних помех.

Задача 3 связана с отслеживанием изолинии (например, изобаты или изотермы), определяющей границу аномалии.

Рис. 5. Фрагмент траектории АНПА, контакты ЭМИ и фотоизображения, полученные при инспекции кабеля в Уссурийском заливе

В общем случае указанные задачи могут быть объединены одним общим сценарием. Покрытие заданной области сетью траекторий (галсов) осуществляется с помощью жестких или корректируемых программ со стабилизацией скорости, курса, глубины (или расстояния до дна). Параметры движения должны соответствовать характеристикам изменчивости поля вдоль траекторий. Точность и подробность восстановления карты поля зависят от многих факторов, в том числе и от динамических свойств аппарата при осуществлении поисковых траекторий. Поиск координат с характерными (в частности, экстремальными) значениями параметров поля необходим для определения ориентиров целенаправленного движения. Для организации поисковых движений используется информация об уровне поля и его градиенте, определяемом путем сравнения текущих измерений поля либо с помощью градиентометра. Процедура поиска может быть организована на основе ортогонального или градиентного спуска с ориентированием на выбранную цель, в частности источник аномалии. Накопление данных об экстремальных значениях поля позволяет наметить аномальную или фоновую границу. Оконтуривание зоны с заданным уровнем поля может быть организовано путем поиска и отслеживания соответствующей замкнутой изолинии. В этом случае алгоритм управления ориентирует вектор скорости «в среднем» по касательной к изолинии. В принципе данная общая задача может быть решена различными способами в зависимости от природы аномалии и выбора управляющих параметров для ориентирования относительно ее границы.

Частным, но практически важным случаем задачи является управление движением в поле аномалии. Возможности организации поисковых траекторий, основанные на специфике аномальных физических полей, рассматривались в [12]. При построении конкретных алгоритмов управления движением АНПА при обследовании аномалий учитываются особенности пространственной структуры поля, в том числе наличие естественного фонового поля, временных и пространственных возмущений и существенных нелинейностей при их формальном описании.

При решении поисковых задач представляет интерес построение алгоритмов управления в поле аномалии, позволяющих оконтурить область определенного радиуса в зоне поиска. В этом отношении возможны следующие варианты:

а) выполнение типовой циклической программы с коррекцией ее параметров по наличию контакта;

б) выполнение поисковой программы с движением на источник аномалии и коррекцией траектории по навигационным данным;

в) оконтуривание области по точкам с максимальными значениями уровня поля или модуля градиента.

Управление движением во всех вариантах предполагает сочетание курсовой коррекции с определением координат характерных точек аномального поля.

Так, в ходе экспедиции «Арктика-2007» с помощью АНПА «Клавесин» было выполнено комплексное обследование участков Северного Ледовитого океана в районе хребта Ломоносова и в результате были построены карты полей батиметрии и температуры в придонном слое (рис. 6).

-4000 -3000 -2000 -1000 0 -4000 -3000 -2000 -1000 0

Рис. 6. Фрагменты построения батиметрической карты (слева) и карты поля температур (справа) при обследовании хребта Ломоносова в Арктике с использованием АНПА «Клавесин»

Заключительным этапом любой миссии АНПА является возращение к обеспечивающему судну или к подводной доковой станции (ПДС). Вся процедура выполняется автоматически и включает два этапа [13]: сближение АНПА с ПДС путем наведения на приводной маяк по дальности и пеленгу [14] и позиционирование в окрестности маяка (стыковочного устройства) с ориентацией по контрастным маркерным линиям. Для минимизации ошибки позиционирования, как правило, используются механические ловители и направляющие. Известны различные схемы попадания АНПА в ПДС, однако для АНПА, имеющих значительную массу и подруливающие движительные секции, предпочтительна схема с первоначальным зависанием аппарата над ложементами дока с последующим вертикальным спуском. Для осуществления прецизионного движения внутри ПДС до момента стыковки используются способы навигации на основе обработки последовательности видеоизображений и данных эхолокационной системы.

2. Исследования в области комплектированных малогабаритных средств прецизионной подводной навигации. Задача разработки и совершенствования средств навигации, обеспечивающих как безопасную эксплуатацию, так и наиболее эффективное использование АНПА, всегда оставалась одной из важнейших в ходе их создания [15-16]. Опыт ИПМТ ДВО РАН по созданию АНПА это фактически и опыт создания навигационных средств. С учетом этого опыта расширенный перечень задач включает:

1. Задачу локальной навигации для обеспечения маневрирования робота, его безопасного плавания, выполнения рабочих миссий вблизи дна и донных препятствий и прецизионного маневрирования в заданной точке или области подводного пространства.

2. Задачу глобальной навигации с определением текущих географических координат робота на его борту и отображением текущего местоположения робота на борту обеспечивающего судна.

2.1. Локальная навигация. Решение этой задачи, принятое и развиваемое в ИПМТ, основано на применении в составе робота комплекта эхолокаторов, ориентированных по ряду направлений относительно направления движения с измерением текущей дальности препятствий по каждому направлению и использованию агента тактического уровня в системе управления для выработки решений об изменении курса при появлении препятствий. Устройства для решения этой задачи, при диапазоне дальностей эхолокаторов от 0,5 до 70 м, реализованы в настоящее время на уровне технических условий.

Для управления маневрированием в локальной области (например при детальном обследовании объекта) более эффективными являются средства видеонавигации. Обследование может включать этап зависания над выбранным объектом или точкой дна. Для реализации активизируется агент, использующий алгоритмы обнаружения и классификации объектов морского дна на основе анализа последовательности фотоизображений. В основе алгоритмов лежит оригинальный метод распознавания объекта произвольной формы, основанный на преобразовании Ха-фа. В качестве шаблона может выступать любой объект, в том числе фрагмент ранее полученного снимка.

2.2 Глобальная навигация. 2.2.1. Конфигурация навигационного оборудования. Для решения координатной задачи АНПА исторически первыми были разработаны гидроакустические навигационные системы (ГАНС) различного типа [1-2]. Дальнейшее развитие было связано с достижениями в области создания средств малогабаритной бортовой автономной навигации. В настоящее время созданные бортовые инерциальные системы и системы счисления могут достаточно точно решать координатную задачу в реальном времени на борту аппарата после привязки какой-либо (например стартовой) точки траектории к географическим координатам. Ключевыми здесь следует считать последние достижения в области создания малогабаритных измерителей абсолютной скорости (доплеровских лагов) и гирокурсоуказателей. Однако ошибка счисления накапливается с увеличением времени работы и должна компенсироваться за счет привязки отдельных точек счисленной траектории к данным независимых навигационных средств. Для коррекции могут использоваться текущие координаты, полученные при радиообсервации спутниковых систем на поверхности или гидроакустические обсервации специальных маяков.

Задача коррекции счисленных координат в настоящее время является ключевой. Комплексная обработка данных от различных устройств, разнесенных в пространстве и имеющих канал информационного взаимодействия, активно развивается и может быть реализована различными методами [17]. Методы отличаются особенностями доставки внешних навигационных данных. Например, гидроакустические маяки могут быть как стационарными, так и не стационарными. Задача коррекции может быть решена также при наличии только одного опорного маяка путем накопления траекторных дальномерных данных. Для навигации аппаратов большой автономности и совершающего протяженную миссию сеть маяков устанавливается вдоль трассы работ. Каждый из этих маяков по очереди является опорным в своем районе.

Ведутся работы по созданию гидроакустических средств, которые обеспечивают поддержку подводного робота с борта обеспечивающего судна, оборудованного только судовой навигационной антенной, буксируемой или встроенной [18].

Опорный навигационный маяк может буксироваться автономным необитаемым водным аппаратом (АНВА). Работа такой системы основана на применении гидроакустической связи, которая позволяет синхронно обмениваться пакетами навигационных данных между АНПА и АНВА и одновременно измерять время распространения акустического сигнала между ними [9].

При наличии всего комплекса навигационного оборудования на борту подводного робота формируется ряд независимых координатных оценок:

♦ Координат, счисленных по данным доплеровского лага, датчика курса и измерителя глубины.

♦ Координат, рассчитанных на основе измеренных дальностей аппарата от гидроакустического маяка (или сети маяков).

♦ Координат, рассчитанных на основе измерения дальности и углового положения источника навигационных сигналов, размещенного в точках с известными координатами.

Эффективная координатная оценка формируемая на борту робота является результатом совместной взвешенной обработки перечисленных данных.

Созданные в настоящее время навигационные комплексы подводных роботов, включающие автономные инерциальные измерители, доплеровские лаги, гидроакустические навигационные системы с длинной или ультракороткой базой, системы информационного обмена обычно объединены в виде единого комплекта оборудования, а целесообразность выбора того или иного режима работы навигационного комплекса определяется конкретными условиями применения. На доп-леровский лаг, с диапазоном дальностей 0,5-70,0 м и скоростей 0-3,0 м/с, ИПМТ имеет необходимую техническую документацию на поставку.

Экспериментальная реализация подтверждают высокие возможности такой организации навигационного обеспечения подводных роботов.

2.2.2 Технология решения навигационной задачи. Для формирования взвешенной оценки текущих координат АНПА используются методы оптимальной фильтрации. Суть этих методов заключается в комплексировании навигационной информации от различных систем и датчиков с целью совместной математической обработки полученных данных, позволяющей дополнить измерения, компенсировать и фильтровать погрешности.

В ИПМТ ДВО РАН разработано несколько типов комплексированных навигационных систем (КНС) для АНПА. Первой была КНС, основанная на совместной обработке данных от системы счисления пути (ССП) и дальномерных данных ГАНС. Процедура определения координат включает следующие этапы:

♦ счисление координат на основе данных от ССП;

♦ селекция дальномерных данных от сети выставленных мачков-ответчиков и расчет координат по данным ГАНС

♦ периодическая коррекция счисленных координат по данным ГАНС.

Процесс селекции дальномерных данных обеспечивает фильтрацию ложных

сигналов, вызванных многолучевостью и шумами. Селекция сигналов производится с учетом накопленных за предыдущие циклы ГАНС откликов. При этом используется информация о текущих счисленных координатах подводного аппарата, на основе которой оценивается ожидаемый интервал времени прихода откликов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Математически коррекция местоположения АНПА с использованием даль-номерных данных основана на реализации расширенного фильтра Калмана. При этом координаты АНПА и степень точности их оценки описываются при помощи

На этапе экстраполяции работы фильтра Калмана выполняется расчет предсказываемого вектора состояния Хк и его ковариационной матрицы Рк . Для этого используются полученные на предыдущем шаге оценки XXк_1 и Рк, а также счисленный вектор перемещения АНПА ДХ^ и его ковариационная матрица Мк .

На этап еем:

где О и й альности между

маяком и АНПА на к-ом такте работы алгоритма, - глубина нахождения АНПА в момент получения к-го навигационного сигнала, Кк - оптимальная по Калману матрица коэффициентов усиления.

В результате двух шагов работы алгоритма на основе предыдущей оценки координат АНПА XXк_х, ее ковариационной матрицы Рки измерения дистанции до маяка О формируется текущая апостериорная оценка местоположения АНПА в горизонтальной плоскости Xк = \хк, ук ]т и ковариационная матрица Рк для данной оценки. Знание ковариационной матрицы ошибок для оценки вектора состояния позволяет контролировать сходимость и устойчивость процесса оценивания.

При применении рекурсивной фильтрации апостериорная оценка положения АНПА производится на основе априорной информации от ССП и текущих данных полученных от ГАНС. Коэффициент коррекции адаптивно подстраивается исходя из точностных характеристик доступных на момент измерений навигационных датчиков. По результатам коррекции координат на каждом шаге производится усреднение ошибок измерений. Фильтр включает в себя блок селекции измеренных дистанций, целью которого является оценка достоверности данных ГАНС и отбраковка ложных данных.

2.3. Экспериментальные исследования навигационных средств. Важнейшее значение имеет отработка навигационных средств в натурных условиях. Так, для проверки одномаяковой мобильной навигационной системы был использован робототехнический комплекс МАРК [9]. В процессе экспериментов организовывалось движение АНПА на небольшой глубине (до 15 метров). АНПА сопровождал надводный аппарат АНВА с маяком.

Местоположение АНВА определялось с помощью дифференциальной спутниковой навигационной системы DGPS.

Для проверки точности фактические точка старта (погружения) и точка финиша (всплытия) в процессе выполнения программы-задания АНПА измерялись с помощью DGPS, установленном на АНВА. Полученные координаты сравнивались с результатами работы предложенной ГАНС с синтезированной длинной базой.

Если за основу брать координаты, полученные с помощью DGPS, ошибки определения координат АНПА составили: для ССП - около 41 метра, при использовании алгоритма на основе расширенного фильтра Калмана - около 2.2 метра, рекурсивной фильтрации - 0,4 м.

вектора состояния Х и его ковариационной матрицы

Р

Очень важные особенности работы КНС можно выявить на основании данных полученных в ходе продолжительного запуска АНПА на специальном навигационном полигоне. В бортовой навигационной системе были реализованы алгоритмы комплексирования, основанные на методах оптимальной фильтрации и позволяющие осуществлять коррекцию счисленных координат по данным ГАНС в режиме реального времени. Запуск осуществлялся на полигоне ИПМТ в условиях мелководной бухты (глубина 6-20 м). Программная траектория представляла собой циклическое движение по квадрату со стороной 300м. Для программирования использовались команды движения в целевые точки с заданными абсолютными координатами. Коррекция счисленных координат при этом производилась с периодом 30с по данным измерения дистанций до трех маяков-ответчиков ГАНС. Общая продолжительность пуска составила 24 ч 34 минуты; при заданной скорости движения 0,8 м/с была пройдена дистанция 81900 м. Погрешность счисления координат без коррекции ГАНС в точке финиша составила 67,8 м, а погрешность счисления с коррекцией ГАНС - 7,2 м.

Однако по столь малой величине погрешности сложно делать выводы о результирующей точности счисления координат, поскольку в данном случае траектория носила циклический замкнутый характер и накапливаемая погрешность счисления частично компенсировалась на взаимно противоположных галсах. Еще более точные оценки были получены при введении дополнительной коррекции показаний доплеровского лага (за счет уточнения текущей скорости звука). Погрешность счисления пути комплексированной системой в результате всего суточного запуска уменьшилась до величины, равной 2 м (менее 0,01 % от пройденной дистанции). График формирования погрешности счисления пути в ходе выполнения миссии при уточненной скорости звука, равной 1514 м/с показан на рис. 7.

Рис. 7. Погрешность счисления пути автономной навигационной системой относительно КНС после коррекции лага

При этом погрешность счисления координат автономной системой фактически сохранилась и составила 57 метров за 24 часа. На рис. 7 также показано, как накапливалась погрешность счисления координат (автономный режим, без коррекции от ГАНС) [19].

3. О создании специализированного полигона для испытаний и аттестации систем подводных роботов. Объективная оценка функциональных характеристик подводных роботов, основным назначением которых является выполнение автоматизированных технологических операций в подводной среде, является важнейшим требованием, выполнение которого обеспечивает получение достоверной и качественной информации о ходе и результатах этих операций. Значительная часть таких оценок должна быть выполнена в реальных условиях работы систем подводных роботов. Отсутствие нормативной базы и специализированных испытательных площадок уже стало серьезным препятствием создания подводных ро-

бототехнических средств и не вызывает сомнений, что задачи сертификации роботов в условиях специально оборудованных полигонов фактически являются ключевыми при определении эффективности роботов и их систем. В настоящее время действуют разрозненные отраслевые регламенты выполнения специфических подводных работ, которыми определяются, прежде всего, требования к качеству информации, необходимой потребителю.

Задачей специализированного полигона для испытаний и аттестации систем подводных роботов является получение объективной информации о параметрах и характеристиках робота и его систем, подвергаемых испытаниям, путем обеспечения единства и точности измерений, воспроизведения и поддержания с требуемой точностью заданных условий испытаний для максимального числа систем и задач назначения. Иначе - определение в нормируемых условиях с заданной точностью и достоверностью параметров, установленных в документации на АНПА и его системы на различных стадиях жизненного цикла.

Предполагается, что создание полигона будет сопровождаться разработкой методик выполнения типовых испытаний и измерений, апробацией средств измерений и процедур подготовки отчетных документов.

Объем испытаний на полигоне должен обеспечивать:

♦ натурные исследования характеристик отдельных элементов и систем в составе АНПА как транспортного средства (скорость, управляемость, маневренность, энергопотребление в штатных режимах, автономность, подтверждение работоспособности в условиях обнаружения и обхода подводных препятствий). Проверка динамики АНПА - настройка регуляторов движительно-рулевого комплекса для работы в заданных диапазонах скоростей и высоты движения над грунтом;

♦ испытания, градуировку и периодическую поверку систем навигации и управления, опытных и серийных образцов АНПА;

♦ испытания, градуировку и периодическую поверку поисковых и измерительных инструментов в реальных условиях их применения;

♦ обеспечение калибровки малоразмерных мишеней, имитаторов и целей (например, по отношению к эталонным отражателям и т.п.);

♦ отработку отдельных узлов и механизмов на макетах разрабатываемых аппаратов в ходе проектирования в реальных условиях морской среды;

♦ тренировку операторов средств обнаружения малоразмерных подводных целей;

♦ обучение операторов и навигаторов подводных аппаратов различного предназначения.

3.1. Предложения по конфигурации полигона. Ключевая составляющая такого подводного полигона - прецизионная подводная навигация. Поэтому начальным этапом создания специализированного полигона является размещение координатного поля из ряда опорных точек на дне акватории с точной геодезической привязкой их координат. В этом координатном поле должны размещаться все элементы оборудования полигона: маяки-ответчики, управляющие антенны гидроакустической навигационной системы, муляжи целей, комплекты отражателей, средства обозначения мерных линий и другое.

Наиболее важные процедуры, которые целесообразно реализовать в условиях полигона на начальном этапе его разработки.

Проверка и градуировка гидроакустических дальномеров, составляющих основу гидроакустических навигационных систем дальномерного типа.

С этой целью на акватории из элементов оборудования гидроакустических навигационных систем формируется ряд постоянно действующих в ходе испытаний стационарных трасс для проверки текущей анизотропии скорости распростра-

нения сигналов на акватории и оценок инструментальных погрешностей обнаружителей сигналов дальномерного оборудования, обусловленных неопределенностью фиксации моментов прихода навигационных сигналов.

Итогом градуировки должна стать оценка инструментальной погрешности путем расчета координат объекта навигации, размещенного в ряде точек с известными координатами, по дальномерным данным от установленных донных опорных точек.

Измерение абсолютной скорости (градуировка доплеровского лага)

Необходимо создание мерной линии, стартовая и финишная точки которой должны иметь известные координаты, причем контроль прохождения этих точек должен обеспечиваться датчиками систем технического зрения самого носителя лага. На мерной линии проверяются (градуируются) показания лага при движении носителя в условиях прямолинейного равномерного движения на основе точного измерения времени движения на выделенной мерной линии.

Проверка основных характеристик гидролокаторов бокового обзора

Представляется целесообразным создание полосы эталонных целей, составленных из идентичных эталонных отражателей. Цели должны быть сгруппированы попарно вдоль трассы движения носителя с разнесением не более, чем на дистанцию установленного углового разрешения на предельной дальности, и размещены на различных дистанциях от маршрута следования носителя гидролокатора.

Проверка режима сплошной площадной фотосъемки дна.

Целесообразно создать поле фотомишеней с известными координатами, размером 5х5 м или 10х10 м для отладки режима сплошной площадной фотосъемки и исследования возможности навигационной системы и системы управления робота при работе в режиме прецизионного позиционирования.

Проверка абсолютных ошибок системы счисления и комплексированной бортовой навигационной системы.

Эта процедура включает ряд этапов. Сначала - формирование стартовой точки в локальной системе координат бортовой навигационной системы робота -на основе выхода в точку с известными координатами, определяемыми по данным системы технического зрения, или доставку робота перед погружением в стартовую точку (в условиях малой глубины акватории) по данным спутниковой навигации. Далее, после выполнения подводных миссий различной продолжительности, робот должен выйти в точку с известными координатами, при контроле этой операции по данным систем технического зрения или датчиков системы управления.

Проверка работы датчиков системы управления, прежде всего многолучевой эхолокационной системы (дальность действия, мертвая зона, градуировка дальномерных измерителей).

Отдельные элементы и технологии функционирования морского метрологического испытательного полигона в течение нескольких лет уже проверяются нами в бухте Патрокл, г. Владивосток совместно с 755 испытательным полигоном МО.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В., Молоков Ю.Г., Никифоров В.В., Рылов Н.И. Автоматические подводные аппараты. - Л.: Судостроение, 1981. - 223 с.

2. Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы. Системы и технологии / под общ. ред. М.Д. Агеева. - М.: Наука, 2005. - 400 с.

3. Киселев Л.В., Инзарцев А.В., Матвиенко Ю.В. Создание интеллектуальных АНПА и проблемы интеграции научных исследований // Подводные исследования и робототехника. - 2006. - № 1. - С. 6-17.

4. ИнзарцевА.В., Павин А.М., Багницкий А.В. Планирование и осуществление действий обследовательского подводного робота на базе поведенческих методов // Подводные исследования и робототехника. - 2013. - № 1 (15). - С. 4-16.

5. Инзарцев А.В., Павин А.М., Елисеенко Г.Д, Родькин Д.Н., Сидоренко А.В., Лебедко О.А., Панин М.А. Реконфигурируемая кроссплатформенная среда моделирования поведения необитаемого подводного аппарата // Подводные исследования и робототехника. - 2015,

- № 2 (20). - С. 28-34.

6. Инзарцев А.В., Грибова В.В., Клещёв А.С. Интеллектуальная система для формирования адекватного поведения автономного подводного робота в аварийных ситуациях // Подводные исследования и робототехника. - 2015. - № 2 (20). - С. 4-11.

7. Матвиенко Ю.В., Борейко А.А., Костенко В.В., Львов О.Ю., Ваулин Ю.В. Комплекс ро-бототехнических соедств для выполнения поисковых работ и обследования подводной инфраструктуры на шельфе // Подводные исследования и робототехника. - 2015. - № 1 (19). - С. 4-15.

8. Киселев Л.В., Инзарцев А.В., Бычков И.В. и др. Ситуационное управление группировкой автономных подводных роботов на основе генетических алгоритмов // Подводные исследования и робототехника. - 2009. - № 2 (8). - С. 34-43.

9. КушнерикА.А., МихайловД.Н., СергеенкоН.С., ЩербатюкА.Ф., Гой В.А., ТуфановИ.Е., Дубровин Ф.С. Морской робототехнический комплекс, включающий автономные необитаемые подводный и водный аппараты // Мехатроника, автоматизация, управление.

- 2014. - № 3. - С. 67-72.

10. Костенко В.В., Павин А.М. Автоматическое позиционирование необитаемого подводного аппарата над объектами морского дна с использованием фотоизображений // Подводные исследования и робототехника. - 2014. - № 1 (17). - С. 39-47.

11. Inzartsev A., Pavin A. AUV Application for Inspection of Underwater Communications // Underwater Vehicles / ed. by A.V. Inzartsev. In-Tech Publishers, Vienna. January, 2009.

- P. 215-234. open access: http://www.intechopen.com/books/underwater_vehicles.

12. Киселев Л.В. Управление движением автономного подводного робота при траекторном обследовании физических полей океана // Автоматика и телемеханика. - 2009. - № 4.

- C. 141-148.

13. Inzartsev A., Matvienko Yu., Pavin A., Vaulin Yu., Scherbatyuk A. Investigation of Autonomous Docking System Elements for Long Term AUV // Proceedings of the OCEANS 2005 MTS/IEEE Conference, September 18-23, 2005, Washington, D.C., USA.

14. Pavin A., Inzartsev A., Matvienko Yu. Experience of AUV Automatic Homing to Hydroacoustic Transponder // Proc. of UT2009 Symp., Apr 21-24, 2009, Wuxi, China.

- P. 201-206.

15. Romeo J., Lester G. Navigation Is Key to AUV Missions // Sea Technology,2001, December.

- P. 24-29.

16. KiselyovL.V., Inzartsev A.V., Matviyenko Yu. V., Rylov N.I. Actual Problems of Navigation and Control at Creation of Autonomous Underwater Vehicles // Proceedings of International Conference on Subsea Technologies SubSeaTech'2007, June 25-28, 2007, St.Petersburg, Russia, ISBN 5-88303-409-8.

17. Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Рылов Р.Н., Каморный А.В. Гидроакустическая навигационная система подводного робота без опорных навигационных маяков // Подводные исследования и робототехника. - 2009. - № 1. - C. 15-21.

18. Патент РФ №2 344 435. Способ навигационного обеспечения автономного подводного робота контролируемого с борта обеспечивающего судна / Матвиенко Ю.В., Каморный А.В., Кузьмин А.В., НургалиевР.Ф., РыловР.Н.08.05. 2007.

19. Матвиенко Ю.В., Ваулин Ю.В., Каморный А.В. Градуировка навигационных средств подводных роботов // Подводные исследования и робототехника. - 2015. - № 1 (19).

- С. 16-22.

REFERENCES

1. Ageev M.D., Kasatkin B.A., Kiselev L.V., Molokov Yu.G., Nikiforov V.V., Rylov N.I.

Avtomaticheskie podvodnye apparaty [Automatic underwater vehicles]. Leningrad: Sudostroenie, 1981, 223 p.

2. Ageev M.D., Kiselev L.V., Matvienko Yu.V. i dr. Avtonomnye podvodnye roboty. Sistemy i tekhnologii [Autonomous underwater robots. System and technology], Ed. by M.D. Ageeva. Moscow: Nauka, 2005, 400 p.

3. Kiselev L.V., Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V. Sozdanie intellektual'nykh ANPA i problemy integratsii nauchnykh issledovaniy [The smart API and integration problems of research], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2006, No. 1, pp. 6-17.

4. Inzartsev A.V., Pavin A.M., Bagnitskiy A.V. Planirovanie i osushchestvlenie deystviy obsledovatel'skogo podvodnogo robota na baze povedencheskikh metodov [Planning and implementation of actions inspection of an underwater robot based on behavioral methods], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2013, No. 1 (15), pp. 4-16.

5. Inzartsev A.V., Pavin A.M., Eliseenko G.D, Rod'kin D.N., Sidorenko A.V., Lebedko O.A., Panin M.A. Rekonfiguriruemaya krossplatformennaya sreda modelirovaniya povedeniya neobitaemogo podvodnogo apparata [Reconfigurable cross-platform simulation environment the behavior of underwater vehicle], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2015, No. 2 (20), pp. 28-34.

6. Inzartsev A.V., Gribova V.V., Kleshchev A.S. Intellektual'naya sistema dlya formirovaniya adekvatnogo povedeniya avtonomnogo podvodnogo robota v avariynykh situatsiyakh [Intelligent system for the formation of adequate behavior of an Autonomous underwater robot in emergency situations], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2015, No. 2 (20), pp. 4-11.

7. Matvienko Yu.V., Boreyko A.A., Kostenko V.V., L'vov O.Yu., Vaulin Yu.V.Kompleks robototekhnicheskikh soedstv dlya vypolneniya poiskovykh rabot i obsledovaniya podvodnoy infrastruktury na shel'fe [Complex robotic Soest to perform prospecting and surveys of underwater infrastructure on the shelf], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2015, No. 1 (19), pp. 4-15.

8. Kiselev L.V., Inzartsev A.V., Bychkov I.V. i dr. Situatsionnoe upravlenie gruppirovkoy avtonomnykh podvodnykh robotov na osnove geneticheskikh algoritmov [Situational management group of Autonomous underwater robots based on genetic algorithms], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2009, No. 2 (8), pp. 34-43.

9. Kushnerik A.A., Mikhaylov D.N., Sergeenko N.S., Shcherbatyuk A.F., Goy V.A., Tufanov I.E., Dubrovin F.S. Morskoy robototekhnicheskiy kompleks, vklyuchayushchiy avtonomnye neobitaemye podvodnyy i vodnyy apparaty [Marine robotics, including Autonomous neoby-taimie underwater and surface vehicles], Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mecha-tronics, Automation, Control], 2014, No. 3, pp. 67-72.

10. Kostenko V.V., Pavin A.M. Avtomaticheskoe pozitsionirovanie neobitaemogo podvodnogo apparata nad ob"ektami morskogo dna s ispol'zovaniem fotoizobrazheniy [Automatic positioning of the underwater vehicle over the sea bottom with the use of photo images], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2014, No. 1 (17), pp. 39-47.

11. Inzartsev A., Pavin A. AUV Application for Inspection of Underwater Communications, Underwater Vehicles, Ed. by A.V. Inzartsev. In-Tech Publishers, Vienna. January, 2009, pp. 215-234. Open access: http://www.intechopen.com/books/underwater_vehicles.

12. Kiselev L.V. Upravlenie dvizheniem avtonomnogo podvodnogo robota pri traektornom obsledovanii fizicheskikh poley okeana [Motion control of an Autonomous underwater robot during trajectory survey of physical fields of the ocean], Avtomatika i telemekhanika [Automatics and Telemechanics], 2009, No. 4, pp. 141-148.

13. Inzartsev A., Matvienko Yu., Pavin A., Vaulin Yu., Scherbatyuk A. Investigation of Autonomous Docking System Elements for Long Term AUV, Proceedings of the OCEANS 2005 MTS/IEEE Conference, September 18-23, 2005, Washington, D.C., USA.

14. Pavin A., Inzartsev A., Matvienko Yu. Experience of AUV Automatic Homing to Hydroacoustic Transponder, Proc. of UT2009 Symp., Apr 21-24, 2009, Wuxi, China, pp. 201-206.

15. Romeo J., Lester G. Navigation Is Key to AUV Missions, Sea Technology, 2001, December, pp. 24-29.

16. KiselyovL.V., Inzartsev A.V., Matviyenko Yu. V., Rylov N.I. Actual Problems of Navigation and Control at Creation of Autonomous Underwater Vehicles, Proceedings of International Conference on Subsea Technologies SubSeaTech'2007, June 25-28, 2007, St.Petersburg, Russia, ISBN 5-88303-409-8.

17. Matvienko Yu.V., RylovN.I., RylovR.N., KamornyyA.V. Gidroakusticheskaya navigatsionnaya sistema podvodnogo robota bez opornykh navigatsionnykh mayakov [Hydroacoustic navigation system of underwater robot without reference to navigation beacons], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2009, No. 1, pp. 15-21.

18. Matvienko Yu.V., Kamornyy A.V., Kuz'min A.V., Nurgaliev R.F., Rylov R.N. Sposob navigatsionnogo obespecheniya avtonomnogo podvodnogo robota kontroliruemogo s borta obespechivayushchego sudna [Method of navigational support of Autonomous underwater robot con controlled from the Board providing a vessel]. Patent RF No. 2 344 435, 08.05. 2007.

19. Matvienko Yu.V., Vaulin Yu.V., Kamornyy A.V.Graduirovka navigatsionnykh sredstv podvodnykh robotov [Calibration of navigation AIDS underwater robots], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Researches and Robotics], 2015, No. 1 (19), pp. 16-22.

Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. Ю.К. Алексеев.

Матвиенко Юрий Викторович - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН); e-mail: ymat@marine.febras.ru; г. Владивосток, ул. Суханова, 5а; тел.: 84232431624; д.т.н.; заместитель директора по научной работе.

Инзарцев Александр Вячеславович - e-mail: inzar@marine.febras.ru; д.т.н.; заведующий лабораторией.

Киселев Лев Владимирович - e-mail: kiselev@marine.febras.ru; д.т.н.; главный научный сотрудник.

Щербатюк Александр Федорович - e-mail: scherba@marine.febras.ru; д.т.н.; член-корр. РАН; заведующий лабораторией.

Matvienko Yuriy Viktorovich - The Federal State Budgetary Scientific Institution "Institute of Marine Technology Problems", IPMT FEB RAS; e-mail: ymat@marine.febras.ru; 5A, Sukhanov street, Vladivostok, Russia; phone: +74232431624; dr. of eng. sc.; deputy director on scientific work.

Inzartsev Alexandr Vyacheslavovich - e-mail: inzar@marine.febras.ru; dr. of eng. sc.; head of laboratory.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Kiselev Lev Vladimirovich - e-mail: kiselev@marine.febras.ru; dr. of eng. sc.; chief researcher.

Shcherbatyuk Alexandr Fedorovich - e-mail: scherba@marine.febras.ru; dr. of eng. sc.; mem-ber-corr. of the Russian Academy of Sciences; head of laboratory.

УДК 627.02:007.52

В.В. Чернышев, В.В. Арыканцев, Ан.Е. Гаврилов

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПОДВОДНЫХ ШАГАЮЩИХ АППАРАТОВ ПЕРЕДВИГАЮЩИХСЯ ПО ДНУ*

Шагающие машины и роботы передвигающиеся по дну в ряде случаев имеют ряд существенных преимуществ в сравнении с плавающими аппаратами и традиционными колесными и гусеничными машинами. В работе обсуждаются различные подходы к управлению движением подводных шагающих робототехнических систем. Проведен анализ ин-

* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 16-08-01109-а, 15-41-02451 р_поволжье-а, 15-08-04166-а, 16-31-00427-мол_а.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.