سامانه ناوبری اینرسی به کمک مدل دینامیکی برای زیردریایی ریموس 100

استفاده از وسایل نقلیه زیرآب خودگردان برای اکتشاف و علوم اقیانوس‌شناسی در دهه گذشته موردتوجه مراکز تحقیقاتی در سراسر جهان بوده است. ناوبری اینرسی معمولاً به‌عنوان اصلی‌ترین وسیله موقعیت‌یابی برای وسایل نقلیه زیرآب مورداستفاده قرار می‌گیرد. اشکال اصلی در استفاده تنها از سامانه ناوبری اینرسی خطای رو به رشد در موقعیت‌ها و وضعیت‌های برآورد شده به دلیل خطا در خروجی واحد اندازه‌گیر اینرسی و انتگرال‌گیری از آن‌ها است. به‌طور سنتی حسگرهای خارجی مانند سامانه موقعیت‌یاب جهانی، گیرنده‌های صوتی، سرعت‌سنج داپلری و یا یک دوربین برای کمک به راه‌حل ناوبری اینرسی جهت محدود کردن خطاهای تخمین استفاده شده‌اند. این حسگرهای کمکی چندین معایب عملی دارند که اساساً مربوط به اتکا به اطلاعات خارجی است. یکی از منابع اطلاعاتی که می‌تواند بدون نیاز به سنجش خارجی اضافی در ناوبری زیردریایی کمک کند، استفاده از مدل دینامیکی آن است. مدل وسیله قادر است حالت سامانه را مطابق با ورودی‌های کنترلی و نیروهای خارجی که روی آن عمل می‌کنند، نشان دهد. در این مقاله یک سامانه ناوبری اینرسی به کمک مدل برای زیردریایی ریموس 100 بر اساس یک مدل دینامیکی غیرخطی 6 درجه آزادی ارائه‌شده است. سامانه ناوبری ارائه‌شده از دانش دینامیک وسیله از طریق یک مدل ریاضی که به‌صورت تجربی تائید شده است بهره گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که سامانه ناوبری پیشنهادی قابلیت‌های ناوبری زیرآب را برای سامانه‌های فاقد وسایل کمکی مرسوم بهبود می‌بخشد.

A ModelAided Inertial Navigation System for the Remus 100 AUV

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 modelaided inertial navigation system (MAINS) for Remus 100 AUV based on a 6DOF nonlinear 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.