Імітаційне моделювання колового руху автономного безпілотного підводного апарату з урахуванням випадкових завад у сигналах сенсорів

Є.О. Золотарьов, аспірант, Н.І. Бурау, д-р техн. наук
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»
Україна, 03056, Київ, пр-т Берестейський, 37
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Èlektron. model. 2025, 47(6):69-83

https://doi.org/10.15407/emodel.47.06.069

АНОТАЦІЯ

Дослідження присвячено питанням розробки інтегрованого навігаційного комплексу ав­то­номного безпілотного підводного апарату (АБПА) для визначення поточних коор­ди­нат його місцезнаходження та навігаційних параметрів в різних режимах руху. Вико­на­но імітаційне моделювання руху АБПА по коловій траєкторії та проаналізовано вплив випадкових завад сенсорів інерціального вимірювального модуля (ІВМ) на накопичення похибок курсу, швидкості та положення. Для колового руху АБПА на прикладі інерціальної навігаційної системи (ІНС) фірми «Inertial Labs» проведено математичне та комп’ютерне моделювання роботи ІНС з еталонними сигналами сенсорів ІВМ, з урахуванням в сигна­лах випадкових завад, притаманних реальним сенсорам, та виконано оцінку навігацій­них похибок за аналітичними моделями. Проведений аналіз отриманих похибок показав, що за відсутності зовнішньої корекції похибки визначення навігаційних параметрів не­ухильно накопичуються, що призводить до значного відхилення траєкторії руху АБПА від заданої колової траєкторії.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

автономний безпілотний підводний апарат, інерціальна навігацій­на система, інерціальний вимірювальний модуль, моделювання, гіроскоп, акселерометр.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Бурау Н.І., Гуриненко С.О. Аналіз систем автоматичного керування багатоцільового автономного безпілотного підводного апарата зі складною динамікою руху. Вісник КПІ. Серія Приладобудування. 2023, Вип. 65 (1), с. 5—12. DOI: https://doi.org/10.20535/1970.65(1).2023.283195.
2. Balestrieri E., Daponte P., De Vito L., Lamonaca F. Sensors and Measurements for Unmanned Systems: An Overview. Sensors. 2021, Vol. 21, Iss. 4, p.1518. DOI: https://doi.org/10.3390/ s21041518.
3. Snyder, W., Renken, M., Van Uffelen, L. Performance of a MEMS IMU for Localizing a Seaglider AUV on an Acoustic Tracking Range. IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2023, Vol. 48, Iss. 2, pp. 323-331. DOI: https://doi.org/10.1109/JOE.2022.3198474.
4. Passaro, V.M.N., Cuccovillo, A., Vaiani, L., De Carlo, M., Campanella, C.E. Gyroscope technology and applications: A review in the industrial perspective. Sensors. 2017, Vol. 17, pp. 2284—2305. DOI: https://doi.org/10.3390/s17102284.
5. Medagoda, L., Williams, S.B., Pizarro, O., Kinsey, J.C., Jakuba, M.V. Mid-water current aided localization for autonomous underwater vehicles. Autonomous Robots. 2016, Vol. 40, pp. 1207—1227. https://doi.org/10.1007/s10514-016-9547-3.
6. Snyder, W., Van Uffelen, L., Renken, M. ‘Effects of incorporating inertial measurements on the localization accuracy of the Seaglider AUV,’ in Proc. IEEE OCEANS Conf., 2019, pp. 1—6. DOI: https://doi.org/10.1109/OCEANSE.2019.8867252.
7. Batista, P., Silvestre, C., Oliveira, P. Optimal position and velocity navigation filters for autonomous vehicles. Automatica. 2010, Vol. 46, Iss. 4, pp. 767—774. DOI: https://doi.org/10.1016/j.automatica.2010.02.004.
8. Золотарьов Є.О., Бурау Н.І. Моделювання колового руху автономного безпілотного підводного апарату та сигналів датчиків інерціальної навігаційної системи. Елект­ронне моделювання. 2025, Т. 47, № 1, С. 116—132. https://doi.org/10.15407/emodel. 47.01.116
9. Inertial Labs INS — GPS-Aided Inertial Navigation Systems. Режим доступу: https://inertiallabs.com/products/ins-inertial-navigation-systems/ (Accessed: 5 December 2024).
10. Мелешко В.В., Нестеренко О.И. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы: учебное пособие, Кировоград: ПОЛИМЕД-Сервис, 2011, 164 с. ISBN 978-966-7813-75-8.
11. Groves, P.D. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems. 2nd ed. Artech House, Boston, 2013, 776 pp. ISBN-13: 978-1-58053-255-6.
12. Inertial Labs — IMU, AHRS, INS, MRU, LiDAR RESEPI, WOM. [Дата звернення 24 червня 2025]. Режим доступу: https://inertiallabs.com/wp-content/uploads/2025/01/INS-B-P-D-DL_Datasheet_rev-6.29_Jan_2025.pdf
13. Woodman, O.J. An introduction to inertial navigation. Technical Report UCAM-CL-TR-696, University of Cambridge Computer Laboratory. 2007. Режим доступу: https://www.cl.cam.ac.uk/techreports/UCAM-CL-TR-696.pdf.
14. Armenise, M.N., Ciminelli, C., Dell'Olio, F., Passaro, V.M. Advances in gyroscope technologies. Springer Science & Business Media, 2010. ISBN 978-3-642-15493-5.
15. VectorNav (n.d.). 3.3 INS Error Budget – Inertial Navigation Primer. VectorNav Technologies. Режим доступу: https://www.vectornav.com/resources/inertial-navigation-primer/specifications--and--error-budgets/specs-inserrorbudget.

Повний текст: PDF