{pt_PT= A Range-Based Positioning System for Autonomous Underwater Vehicles: Theory and Experiments} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Muitos dos métodos adoptados para a navegação de veículos autónomos submarinos, baseiam-se na utilização de instrumentos de dead reckoning tal como sistemas de navegação acústica, de modo a obter uma estimativa da posição do veículo. Com a necessidade crescente de criar sistemas com baixo custo e tempo despendido associados, um método em que um único transmissor é utilizado (``single beacon navigation''), tem crescido em popularidade. Com este método, em vez de posicionar um conjunto de transmissores no fundo do mar, apenas um é posicionado e calibrado numa posição conhecida. Utilizando este método (sem a capacidade de utilizar as medidas de distância a vários transmissores, para implementar algoritmos de trilateração), é necessário que a trajectória do veículo seja diversa o suficiente para que este obtenha medidas de distância relevantes para posicionamento. Na realidade, a estimativa inicial da posição do veículo tem incerteza associada e as medidas de distância obtidas são ruidosas. Considerando estes factores, o trabalho desenvolvido nesta tese aborda os problemas de reduzir a incerteza associada à estimativa da posição inicial, e de conduzir o veículo para uma posição final, através do desenvolvimento de um sistema de navegação em duas partes. Primeiro, considerando apenas um veículo, integra-se planeamento de trajectória óptima que utiliza a matriz de informação de Fisher como função de custo, e um EKF de modo a estimar a posição do veículo, de modo a implementar e testar o sistema de navegação completo. Finalmente, considera-se um modelo de dois veículos, repete-se o procedimento e comparam-se os casos estudados., en=Many of the methods adopted for AUV navigation rely on dead reckoning and acoustic navigation for position estimation. With the growing need to implement cost and time saving systems, single beacon navigation has recently come to the foreground. In this setup, instead of deploying an array of transponders to the sea floor, only one beacon is set at a known position, in order to aid the vehicle's dead reckoning system. Here, without the ability to perform trilateration algorithms given the ranges obtained from several transponders, the trajectory taken by the vehicle needs to exhibit some form of excitation in order to provide range measurements that are relevant for positioning. Furthermore, in real applications, the initial estimate of the vehicle's position, is not know with certainty, and the range measurements obtained are noisy and contain outliers. Considering this, we address the problems of reducing the initial uncertainty relative to the initial position estimation, and driving the vehicle to a desired final position, by developing a two part receding horizon navigation system that solves these problems separately but sequentially. First, we consider a single beacon, single vehicle setup. Here, for each part of the system, we integrate optimal trajectory planning, using the Fisher information matrix as an observability metric, and the EKF as a state estimator, and implement and test the complete system. Then, for a cooperative, single beacon setup, where two vehicles exchange information with a beacon and each other, we repeat the preceding work and compare both studied scenarios. }

Discussão: dezembro 2, 2019, 16:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

Inês Vieira Fernandes Nunes da Cruz (ist181769)

ORIENTADOR

António Manuel dos Santos Pascoal

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Associado