سامانه ناوبري اينرسي به كمك مدل ديناميكي براي زيردريايي ريموس 100

A Model-Aided Inertial Navigation System for the Remus 100 AUV

استفاده از وسايل نقليه زيرآب خودگردان براي اكتشاف و علوم اقيانوس‌شناسي در دهه گذشته موردتوجه مراكز تحقيقاتي در سراسر جهان بوده است. ناوبري اينرسي معمولاً به‌عنوان اصلي‌ترين وسيله موقعيت‌يابي براي وسايل نقليه زيرآب مورداستفاده قرار مي‌گيرد. اشكال اصلي در استفاده تنها از سامانه ناوبري اينرسي خطاي رو به رشد در موقعيت‌ها و وضعيت‌هاي برآورد شده به دليل خطا در خروجي واحد اندازه‌گير اينرسي و انتگرال‌گيري از آن‌ها است. به‌طور سنتي حسگرهاي خارجي مانند سامانه موقعيت‌ياب جهاني، گيرنده‌هاي صوتي، سرعت‌سنج داپلري و يا يك دوربين براي كمك به راه‌حل ناوبري اينرسي جهت محدود كردن خطاهاي تخمين استفاده شده‌اند. اين حسگرهاي كمكي چندين معايب عملي دارند كه اساساً مربوط به اتكا به اطلاعات خارجي است. يكي از منابع اطلاعاتي كه مي‌تواند بدون نياز به سنجش خارجي اضافي در ناوبري زيردريايي كمك كند، استفاده از مدل ديناميكي آن است. مدل وسيله قادر است حالت سامانه را مطابق با ورودي‌هاي كنترلي و نيروهاي خارجي كه روي آن عمل مي‌كنند، نشان دهد. در اين مقاله يك سامانه ناوبري اينرسي به كمك مدل براي زيردريايي ريموس 100 بر اساس يك مدل ديناميكي غيرخطي 6 درجه آزادي ارائه‌شده است. سامانه ناوبري ارائه‌شده از دانش ديناميك وسيله از طريق يك مدل رياضي كه به‌صورت تجربي تائيد شده است بهره گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه سامانه ناوبري پيشنهادي قابليت‌هاي ناوبري زيرآب را براي سامانه‌هاي فاقد وسايل كمكي مرسوم بهبود مي‌بخشد.

The use of autonomous underwater vehicles (AUV) for the exploration and oceanology science has been a field of interest of several research centers around the world in the last decade. The inertial navigation system (INS) has commonly been used as the principal means of localization for autonomous underwater vehicles. The main drawback of using only the inertia navigation system is the escalating error in the estimated position and attitude due to the error in the output of the inertia measurement unit and its integration. Traditionally external sensors such as: GPS, acoustic transponders, Doppler velocity logs (DVL), or cameras have been used to aid the solution of the inertial navigator by constraining the errors in the estimated positions. These external sensors have several practical disadvantages, basically related to their reliance on external information. One source of information that can assist in the localization of the vehicle, without the need for extra additional external sensing, is the vehicle’s dynamic model. The model of the vehicle is capable of representing the attitude of the system according to the control inputs and the external forces acting on it. In this work, we follow a model-aided inertial navigation system (MA-INS) for Remus 100 AUV based on a 6-DOF non-linear dynamic model. The proposed navigation system utilizes the knowledge of the device dynamics through an experimentally validated mathematical model. The results show that the proposed navigation system improves underwater navigation capabilities for the systems that lack conventional aiding equipment.