novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.20.152-161novtexmech-594Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGАрхитектура гидроакустической навигационной системы с короткой базой для приведения подводного аппарата к стыковочному модулюArchitecture of a Hydroacoustic Navigation System with a Cotton Basis for Conversion of the Underwater Apparatus to the Docking ModuleФилипповБ. И.FilippovB. I.

Filippov Boris I. - C. S. T., Associate  Professor.

Novosibirsk, 630087.

Filippov-boris@rambler.ruНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation201906032019203152161Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20192019Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/594

Объектом   исследования  являются  принципы   и  методы   гидроакустического  приведения   автономного   подводного аппарата  к  носителю.  При  решении  задачи  построения  гидроакустической навигационной  системы  (ГНС)  приведения  основными  системными   вопросами  являются вопросы  выбора  приемлемого   с  точки  зрения  технической реализации  способа  определения  местоположения объекта  в  зоне  приведения  и  оценки  параметров  предлагаемой   навигационной  системы.   В  работе  обоснована   целесообразность   построения   аппаратуры  высокочастотной  гидроакустической системы   приведения   в  виде  совмещенной   информационно-навигационной  комбинированной  по  базе  антенн   системы, в которой  могут применяться  гидроакустические навигационные системы  с короткой  базой. В качестве  навигационных предложено использовать сигналы данных, которыми обмениваются стыковочный  модуль и автономный подводный аппарат по результатам измерения взаимных  навигационных параметров.  Предлагаемый образец аппаратуры высокочастотной гидроакустической системы  приведения  (АГСП)  ближнего  действия  предназначен  для работы в составе  комплекса технических средств, обеспечивающих подводную  стыковку автономного  подводного аппарата с носителем.  Полученные количественные характеристики  ГНС  с короткой  базой  являются исходными  показателями первого  приближения  при выборе необходимых  параметров  навигационного сигнала  и разработке  структуры  АГСП, предназначенной для решения задачи автоматического приведения  автономного  подводного аппарата  к стыковочному  модулю заданного  носителя.

The  object of the study are the principles and methods  of hydroacoustic  reduction  of an autonomous  underwater  vehicle to a carrier. When solving the problem of constructing a hydroacoustic  navigation  system (HNS), the main  systemic issues are the choice of an acceptable method for locating an object in the reduction zone and estimating the options of the proposed navigation system from the point of view of technical implementation. The  feasibility of constructing the equipment  of a highfrequency hydroacoustic  reduction system in the form of a combined  information  and navigation antenna  system combined  in base, in which hydroacoustic  navigation systems with a short base can be used, is justified; as navigation it is suggested to use data signals exchanged  between the docking module  and the autonomous  underwater  vehicle based on the results of measuring the mutual  navigation  options. The  developed  sample of equipment  is part of a multifunctional network  of hydroacoustic communication and should ensure that in a near zone at distances not exceeding 300 m, an autonomous  underwater  vehicle is brought into contact  with the carrier. For this purpose, mutual  determination  of the distance  and  angular  position of the docking module  of the carrier and the autonomous  underwater  vehicle relative to each other is carried out. Determination  of the distance and angular position of the docking module of the carrier and the autonomous  underwater vehicle relative to each other is accompanied  by the transfer of data  between  them  along the hydroacoustic  communication channel.  The  proposed sample of high-frequency hydroacoustic  reduction system (HHRS) equipment  of short-range action is intended  for operation as part of a complex of technical  means  providing underwater  docking of an autonomous  underwater  vehicle with a carrier. The  obtained  quantitative  options of short-based  HNS are the  initial  indicators  of the  first approximation  when  selecting the necessary parameters of the navigation  signal and developing the structure of the AGSS  designed to solve the problem of automatically bringing the autonomous  underwater  vehicle (AU V ) to the docking module  (DM)  of the given carrier.

гидроакустическая навигационная системаавтономный подводный аппаратстыковочный модульнавигационные параметрыhydroacoustic navigation systemautonomous underwater vehicledocking modulenavigation optionsReferencesАвтоматические подводные аппараты / М. Д. Агеев, Б. А. Касаткин, Л. В. Киселев и др. Л.: Судостроение, 1981. 224 с.Ageev M. D., Kasatkin B. A., Kiselev L. V. et al. Avtomaticheskie podvodnye apparaty (Automatic underwater vehicles), Leningrad, Shipbuilding, 1981, 224 p. (in Russian).Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А. Способ формирования программного управления скоростным режимом движения подводного аппарата по произвольным пространственным траекториям с заданной динамической точностью // Известия РАН. Теория и системы управления. 2011. № 4. С. 167—170.Filaretov V. F., Yukhimets D. A. Sposob formirovanija programmnogo upravlenija skorostnym rezhimom dvizhenija podvodnogo apparata po proizvol’nym prostranstvennym traektorijam s zadannoj dinamicheskoj tochnost’ju (Method of software formation by the high-speed regime of underwater vehicle motion along an arbitrary spatial trajectory with a given dynamic accuracy), Izvestiya R A N. Theory and control systems, 2011, no. 4, pp. 167—170 (in Russian).Киселев Л. В. Организация пространственного движения автономного подводного аппарата при траекторном обследовании объектов, областей физических полей: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. д. т. н., спец. 05.13.01. 1997.Kiselev L. V. Organizacija prostranstvennogo dvizhenija avtonomnogo podvodnogo apparata pri traektornom obsledovanii ob#ektov, oblastej fizicheskih polej (Organization of the spatial use of an autonomous underwater vehicle in the trajectory survey of objects, areas of physical fields), The thesis abstract for the degree of Doctor of Science, special. 05.13.01, 1997 (in Russian).Филаретов В. Ф., Лебедев А. В., Юхманец Д. А. Устройства и системы управления подводных роботов. М.: Наука. 2005. 213 с.Filaretov V. F., Lebedev A. V., Yukhmanets D. A. Ustrojstva i sistemy upravlenija podvodnyh robotov (Devices and control systems for underwater robots), Moscow, Nauka, 2005, 213 p. (in Russian).Кабанов Д. С. Синтез алгоритма оптимального программно-позиционного управления многорежимным автоматическим подводным аппаратом // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 1. С. 60—66.Kabanov D. S. Sintez algoritma optimal’nogo programmno-pozicionnogo upravlenija mnogorezhimnym avtomaticheskim podvodnym apparatom (Synthesis of the algorithm of optimal programpositional control of a multimode automatic submersible vehicle), Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2014, no. 1, pp. 60—66 (in Russian).Бобков В. А. Навигация подводного робота по стереоизображениям // Мехатроника, автоматизация, управление. Т. 17. 2016. № 2. С. 101—109.Bobkov V. A. Navigacija podvodnogo robota po stereoizobrazhenijam (Navigation underwater robot on stereo images), Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2016, vol. 17, no. 2, pp. 101—109 (in Russian).Henriksen L. Real-time underwater object detection based on an electrically scanned highresolution sonar // In Proceedings of the Symposium on Autonomous Underwater Vehicle Technology. 1994. pp. 99—104.Henriksen L. Detection of an underwater object based on an electrically scanned high-resolution sonar, In the materials of a symposium on autonomous technology of underwater transport, 1994, pp. 99—104.Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Мурсалимов Э. Ш., Туфанов И. Е. Новый метод контурного управления движением АНПА // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 8. С. 46—56.Filaretov V. F., Yukhimets D. A., Mursalimov E. Sh., Toufanov I. E. Novyj metod konturnogo upravlenija dvizheniem ANPA (New method of contour control by ANPA movement), Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2014, no. 8. pp. 46—56 (in Russian).Кушнерик А. А., Михайлов Д. Н., Сергиенко Н. С., Щербатюк А. Ф., Гой В. А., Туфанов И. Е., Дубровин Ф. С. Морской робототехнический комплекс, включающий автономные необитаемые подводный и водный аппараты // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 3. С. 67—72.Kushnerik A. A., Mikhaylov D. N., Sergienko N. S., Shcherbatyuk A. F., Goy V. A., Toufanov I. E., Dubrovin F. S. Morskoj robototehnicheskij kompleks, vkljuchajushhij avtonomnye neobitaemye podvodnyj i vodnyj apparaty (The marine robot-technical complex, including autonomous uninhabited underwater and water vehicles), Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2014б no. 3, pp. 67—72 (in Russian).DePasqua L. Sonar navigation system and method. United States Patent 8879359. Date of publication 4.11. 2014.Louis DePascua. The system and method of sonar, US Patent no. 8879359. Publication Date 4.11. 2014.Филиппов Б. И., Чернецкий Г. А. Выбор ансамбля сигналов для передачи команд управления в гидроакустических каналах связи // Известия ВолгГТУ, серия Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь. Вып. 11. 2015. № 3(161). С. 69—72.Filippov B. I., Chernetsky G. A. Vybor ansamblja signalov dlja peredachi komand upravlenija v gidroakusticheskih kanalah svjazi (Selection of the ensemble of signals for command transmission in hydroacoustic communication channels), Izvestiya Volg-GTU, series Electronics, measuring equipment, radio engineering and communications, 2015, vol. 11, no. 3 (161), pp. 69—72 (in Russian).Филиппов Б. И. Протокол обмена сигналами в сети гидроакустических донных автономных станций // Известия ВолгГТУ, серия "Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь", вып. 12. 2015. № 11(176). С. 104—111.Filippov B. I. Protokol obmena signalami v seti gidroakusticheskih donnyh avtonomnyh stancij (Protocol for the exchange of signals in a network of hydroacoustic bottom autonomous stations), Izvestiya VolgGTU, a series of electronics, measuring equipment, radio engineering and communications, 2015, vol. 12, no. 11 (176), pp. 104—111 (in Russian).Филиппов Б. И. Определение наклонной дальности между судном и донной станцией // Вестник РГРТУ. 2016. № 55. С. 33—40.Filippov B. I. Opredelenie naklonnoj dal’nosti mezhdu sudnom i donnoj stanciej (Determination of the inclined distance between the court and the bottom station), Vestnik RGRTU, 2016, no. 55, pp. 33—40 (in Russian).Филиппов Б. И. Передача телеметрической информации по гидроакустическому каналу связи // Информационные технологии. 2017. Т. 23. № 9. С. 658—663.Filippov B. I. Peredacha telemetricheskoj informacii po gidroakusticheskomu kanalu svjazi (Transmission of telemetric information on the hydroacoustic communication channel), Informatsionnye tekhnologii, 2017, vol. 23, no. 9, pp. 658—663 (in Russian).Филиппов Б. И. Алгоритм функционирования системы измерения дистанции с использованием гидроакустического канала связи // Вестник АГТУ, серия "Управление, вычислительная техника и информатика". 2016. № 4. С. 87—98.Filippov B. I. Algoritm funkcionirovanija sistemy izmerenija distancii s ispol’zovaniem gidroakusticheskogo kanala svjazi (A lgorithm for the functioning of a distance system using a hydroacoustic communication channel), Vestnik ASTU, Series Management, Computer Engineering and Informatics, 2016, no. 4, pp. 87—98 (in Russian).Филиппов Б. И., Чернецкий Г. А. Принципы аппаратурной реализации системы измерения дальности в гидроакустических каналах // Радиотехника. 2017. № 3. С. 40—49.Filippov B. I., Chernetsky G. A. Principy apparaturnoj realizacii sistemy izmerenija dal’nosti v gidroakusticheskih kanalah (Principles of hardware implementation of distance measuring systems in hydroacoustic channels), Radio engineering, 2017, no. 3, pp. 40—49 (in Russian).Филиппов Б. И. Энергетический расчет гидроакустических линий связи // Вестник АГТУ. Серия "Управление, вычислительная техника и информатика". 2016. № 3. С. 81—91.Filippov B. I. Jenergeticheskij raschjot gidroakusticheskih linij svjazi (Energy calculation of hydroacoustic communication lines), Bulletin of the Astrakhan State Technical University. Series Management, Computer Science and Informatics, 2016, no. 3, pp. 81—91 (in Russian).Письменный Д. Т. Лекции по высшей математике. М.: Айрис-пресс. 2002. 288 с.Pissmenny D. T. Lekcii po vysshej matematike (Lectures on higher mathematics: 2nd ed.), Moscow, Iris press, 2002, 288 p. (in Russian).Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука 1974. 832 с.Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike dlja nauchnyh rabotnikov i inzhenerov (Handbook of Mathematics for Scientists and Engineers), Moscow, Science, 1974, 832 p. (in Russian).Мирский Г. Я. Электронные измерения: 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь. 1986. 440 с.Mirsky G. Ya. Jelektronnye izmerenija (Electronic measurements), Recyc. and additional, Moscow, Radio and communication, 1986, 440 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.