Application of the proportional navigation law for guidance of autonomous underwater vehicles

Abstract

Рассматривается задача наведения автономного подводного аппарата (АПА) на заданный объект. Предполагается, что АПА под действием силы тяги и поворотного момента, перемещается в горизонтальной плоскости. Неизвестное постоянное течение рассматривается в качестве основного возмущения подводной среды действующего на АПА. Пропорциональный закон навигации (ПЗН) формируется по изображениям, поступающих с видеокамеры или гидроакустического датчика, измеряя скорость изменения угла визирования объекта. Показывается, что решение задачи наведения может быть сведено к анализу устойчивости нелинейной нестационарной системы с особой точкой. Предлагаемый в работе подход основан на специальных определениях устойчивости решений такой системы и методе функций Ляпунова. Получены условия устойчивости процесса наведения АПА, обеспечивающие его желаемое поведение. Приведены результаты компьютерного моделирования, включающие оценки точности и сравнительный анализ использования ПЗН и метода погони. The problem of guidance autonomous underwater vehicles (AUV) to a given object is considered. It is assumed that the AUV moves in a horizontal plane under the action of the thrust force and the turning moment. An unknown constant current is considered as the main disturbance of the underwater environment acting on the AUV. The proportional navigation law (PNL) is formed from images coming from a video camera or a sonar sensor, measuring the rate of change in the angle of sight of the object. It is shown that the solution of the guidance problem can be reduced to an analysis of the stability of a nonlinear non-stationary system with a singular point. The approach proposed in this paper is based on special definitions of the stability of solutions of such a system and the method of Lyapunov functions. The stability conditions of the AUV guidance process have been obtained providing its desired behavior. The results of computer modeling are presented including accuracy estimates and a comparative analysis of the use of PNL and the pursuit guidance.