Проблемные вопросы интеллектуализации процессов управления автономными необитаемыми подводными аппаратами

Рассмотрены пути интеллектуализации процессов управления автономными необитаемыми подводными аппаратами (АНПА) на примере решения трех задач, от которых во многом зависит успешное применение АНПА.

Первой задачей является создание системы управления (СУ) АНПА, обеспечивающей достижение цели миссии в условиях возникновения нештатных ситуаций, обусловленных как внешними, так и внутренними причинами, а также преднамеренного и непреднамеренного противодействия. Показано, что для построения СУ АНПА в наибольшей степени подходит децентрализованная мультиагентная структура, в которой каждая система АНПА является самостоятельным независимым интеллектуальным агентом с собственной системой управления. СУ должна быть оснащена набором адаптивных алгоритмов, обеспечивающих: управление АНПА в условиях возникновения нештатных ситуаций с учетом ограничений по запасу электроэнергии, скорости хода, точности автономной подводной навигации, дальности гидроакустической связи; рациональное распределение энергоресурсов по системам АНПА в соответствии со сложившейся обстановкой; сохранение функциональной устойчивости АНПА при частичной неисправности технических средств.

Второй задачей является создание системы подводной навигации, обеспечивающей выполнение миссий АНПА на больших удалениях от пункта базирования. Поскольку навигация АНПА с использованием только бортовых средств (инерциальной навигационной системы и лага) не обеспечивает необходимой точности, необходимым условием плавания АНПА на большие расстояния является выполнение обсервации с использованием внешних источников, выбор которых в сложившихся условиях представляет собой нетривиальную задачу.

Третьей задачей является создание системы сетевой подводной связи (СПС), обеспечивающей групповое применение АНПА. Наземным аналогом СПС является сетевая радиосвязь. Но если последняя достаточно хорошо развита, то первая только делает начальные шаги. Обусловлено это как более поздней практической востребованностью СПС, так и множеством фундаментальных физических факторов, затрудняющих развитие СПС, к которым относятся: существенно ограниченная полоса частот, которая может использоваться на практике для передачи сигнала; большое время распространения гидроакустического сигнала по сравнению с радиосигналом; образование протяженных зон тени и замирания связного сигнала вследствие его многолучевого распространения; значительные доплеровские искажения; быстрая изменчивость характеристик гидроакустической среды.

1. Агеев М. Д. и др. Автономные подводные роботы. Системы и технологии. М.: Наука, 2005. 400 с.

2. Инзарцев А. В. и др. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для научных исследований в Арктике // Подводные исследования и робототехника. 2007. № 2 (4). С. 5—14.

3. Боженов Ю. А. Использование автономных необитаемых подводных аппаратов для исследования Арктики и Антарктики // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2011. Т. 4, № 1. С. 4—68.

4. Millar G., Mackay L. Maneuvering Under the Ice // Sea Technology. 2015. Vol. 56, N. 4. P. 35—38.

5. Гизитдинова М. Р., Кузьмицкий М. А. Мобильные подводные роботы в современной океанографии и гидрофизике // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2010. Т. 3, № 1. С. 4—13.

6. Илларионов Г. Ю., Сиденко К. С., Бочаров Л. Ю. Угроза из глубины: XXI век. Хабаровск: КГУП "Хабаровская краевая типография", 2011. 304 с.

7. Белоусов И. Современные и перспективные необитаемые подводные аппараты ВМС США // Зарубежное военное обозрение. 2013. № 5. С. 79—88.

8. Кузьмицкий М. А., Гизитдинова М. Р. Мобильные подводные роботы в решении задач ВМФ: Современные технологии и перспективы // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2011, Т. 4, № 3. С. 37—48.

9. Указ Президента РФ № 490 от 10.10.2019 г.

10. Борейко А. А., Инзарцев А. В., Машошин А. И., Павин А. М., Пашкевич И. В. Система управления АНПА большой автономности на базе мультиагентного подхода // Подводные исследования и робототехника. 2019. № 2 (28). С. 23—31.

11. Butler H., Daly M., Doyle A., Gillies S., Hagen S., Schaub T. The GeoJSON Format, RFC 7946. The Internet Engineering Task Force. URL: https://tools.ietf.org/html/rfc7946.

12. Procedural Reasoning System User’s Guide. A Manual for Version 2.0. SRI International. 2001. URL: http://www.ai.sri. com/~prs/prs-manual.pdf.

13. Городецкий В. И., Грушинский М. С., Хабалов А. В. Многоагентные системы (обзор) // Новости искусственного интеллекта. 1998. № 2. С. 64—116.

14. Ржевский Г. А., Скобелев П. О. Как управлять сложными системами? Мультиагентные технологии для создания интеллектуальных систем управления предприятиями. Самара: Офорт, 2015. 290 с.

15. Kinsey J. C., Eustice R. M., Whitcomb L. L. A Survey of Underwater Vehicle Navigation: Recent Advances and new Challenges // IFAC Conference on maneuvering and control of marine craft. 2006. Lisbon, Portugal.

16. Кебкал К. Г., Машошин А. И. Гидроакустические методы позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24, № 3 (94). С. 115—130.

17. Малеев П. И. Проблемы средств навигации АНПА и возможные пути их решения // Навигация и гидрография. 2015. № 39. С. 7—11.

18. Каретников В. В., Миляков Д. Ф., Брянова Я. Д. Навигационное обеспечение Северного морского пути: функциональные дополнения ГНСС // Морская радиоэлектроника. 2018. № 2 (64). С. 8—11.

19. Каретников В. В., Миляков Д. Ф., Брянова Я. Д., Сикарев А. А. Навигационное обеспечение Северного морского пути: проблемы и перспективы развития // Морская радиоэлектроника. 2017. № 4 (62). С. 18—22.

20. Моргунов Ю. Н., Безответных В. В., Буренин А. В., Войтенко Е. А., Голов А. А. Экспериментальное тестирование технологии высокоточной подводной акустической дальнометрии // Акустический журнал. 2018. Т. 64, № 2. С. 191—196.

21. DARPA Broad Agency Announcement Positioning System for Deep Ocean Navigation (POSYDON). Strategic Technology Office, DARPA-BAA-15-30.

22. Степанов О. А., Торопов А. Б. Методы нелинейной фильтрации в задаче навигации по геофизическим полям // Гироскопия и навигация. 2015. № 3. С.102—125; 2015. № 4. С. 147—159.

23. Desset S., Damus R., Morash J., Bechaz C. Use of GIBs in AUVs for underwater archaeology // Sea Technology. 2003. Vol. 44, N. 12. P. 22—27.

24. Кебкал К. Г., Машошин А. И., Мороз Н. В. Пути решения проблем создания сетевой подводной связи и позиционирования // Гироскопия и навигация. 2019. Т. 27. № 2 (105). С. 106—135.

25. Domingo M. C. An overview of the internet of underwater things // Journal of Network and Computer Applications. 2012. Vol. 35, N. 6. P. 1879—1890.

26. Heidemann J., Stojanovic M., Zorzi M. Underwater sensor networks: Applications, advances, and challenges // Philosophi cal Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2012. Vol. 370, N. 1958. P. 158—175.

27. Akyildiz I. F., Pompili D., Melodia T. Underwater acoustic sensor networks: research challenges // Ad Hoc Networks. 2005. Vol. 3, N. 3. P. 257—279.

28. Lmai S., Chitre M., Laot C., Houcke S. Throughputefficient super-TDMA MAC transmission schedules in ad hoc linear underwater acoustic networks // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2017. Vol. 42. P. 156—174.

29. Lmai S., Chitre M., Laot C., Houcke S. ThroughputMaximizing Transmission Schedules for Underwater Acoustic Multihop Grid Networks // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2015. Vol. 40. P. 853—863.

30. Diamant R., Lampe L. Spatial Reuse Time-Division Multiple Access for Broadcast Ad Hoc Underwater Acoustic Communication Networks // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2011. Vol. 36, N. 2. P. 172—185.

31. Kredo K., Djukic P., Mohapatra P. STUMP: Exploiting Position Diversity in the Staggered TDMA Underwater MAC Protocol // Proc. of IEEE INFOCOM. 2009.

32. Chirdchoo N., Soh W. S., Chua K. C. MU-Sync: A time synchronization protocol for underwater mobile networks // Proc. of the ACM International Workshop on Underwater Networks. 2008.

33. Knappe S. еt al. A microfabricated atomic clock // Applied Physics Letters. 2004. Vol. 85, N. 9. P. 1460—1462.

34. Gardner T., Collins J. A. Advancements in high-performance timing for long term underwater experiments: A comparison of chip scale atomic clocks to traditional microprocessorcompensated crystal oscillators // Proc. IEEE Oceans Conf. 2011.

35. Kebkal K. G. еt al. Underwater acoustic modems with integrated atomic clocks for one-way travel-time underwater vehicle positioning // Proc. Underwater Acoustics Conference and Exhibition (UACE). 2017