Online estimation of time presence with a-profiles in the course keeping problem of AUV

Abstract

Статья посвящена теме оценки времени присутствия автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) в положении, ограниченном заданным углом курса на примере управления АНПА при передаче данных в морской среде из АНПА на фиксированную платформу с помощью лазерного приёмо-передатчика. Цель статьи: осуществить качественный прогноз времени пребывания АНПА в заданном положении при действии внешних возмущающих факторов, что должно приводить к более эффективному использованию ограниченных ресурсов АНПА при передаче данных. Новизна заключается в использовании в алгоритмах прогноза нескольких а-профилей, содержащих траектории наиболее вероятного движения к заданным ограничениям и оценки времени движения вдоль них. Для решения задач используются методы теории больших уклонений, методы Монте-Карло, методы численного интегрирования дифференциальных уравнения. Траектории наиболее вероятного движения вычисляются аналитически. В статье приводятся результаты численного симулирования управления курсом АНПА MiddleAUV на приёмное устройство при действии внешних возмущений; оценки времени присутствия в заданных ограничениях курса соответствующие каждому моменту времени до выхода за ограничения; статистические метрики ошибок прогноза, которые свидетельствуют о достаточном качестве прогноза. Для 5 сек окна прогноза максимальная абсолютная ошибка составляет не более 0.5 сек. The article is devoted to the topic of estimating the presence time problem of an autonomous underwater vehicle (AUV) in a position limited by a given course angle. Methods described using the example of AUV control in the process of transmitting data in the marine environment from AUV to a fixed platform using a laser transceiver. The purpose of the article: to carry out a qualitative forecast of the time spent by the AUV in a given position under the action of external disturbing factors, which should lead to a more efficient use of the limited resources of the AUV when transmitting data. The novelty lies in the use of several a-profiles in prediction algorithms containing trajectories of the most probable movement to the specified constraints and estimates of the time of movement along them. Methods of the theory of large deviations, Monte Carlo methods, methods of numerical integration of differential equations are used to solve problems. The trajectories of the most probable movement are calculated analytically. The article presents the results of numerical simulation of the control of the AUV, named MiddleAUV, course on the receiving device under the action of external disturbances; estimates of the presence time in the specified limits of the course corresponding to each moment of time before going beyond the limits; statistical metrics of forecast errors, which indicate the sufficient quality of the forecast. For 5 seconds of the forecast window, the maximum absolute error is less than 0.5 seconds.