複数機AUVの地形観測情報共有による自己位置推定手法に関する研究

多AUV共享地形观测信息的自位置估计方法研究

• 批准号: 22K04558
• 负责人: 佐藤 匠
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04558/
• 关键词: AUV; 自己位置推定; TERCOM; 複数AUV

本研究では、深海底資源調査において、複数機の自律型潜水機（AUV: Autonomous Underwater Vehicle）同時展開による調査活動が非常に有効であると考え、複数AUV間音響通信によって各々がリアルタイムに計測する地形情報を共有し、地形マップと照合して自己位置を推定するUTMN（Underwater Terrain Matching Navigation）を行うことで自己位置推定の精度を向上させる自己完結的な観測システムの確立を目指している。多様なAUVにも適用可能な汎用性の確保に加え、通信量が厳しく制限される水中音響通信のみの環境下でも実装可能な手法を提案するため、深度計、高度計から得られるAUV直下の点情報のみを使用することとしており、実機での有効性検証を行う前のAUVシミュレーションが非常に重要なステップとなる。本年度では、複数AUVによるUTMNの実施前段階として、AUV１機でのUTMNのシュミレーションを行った。研究計画では、シミュレーション内容の項目として、①センサーデータのフィルター設計、②AUV間共有情報の最適化、③様々な地形条件に対する経路設定・航走設定の最適化を挙げていたが、本年度は、高度情報が限定される状況での自機位置推定高精度化をまず実現するためAUV１機でのシミュレーションを行った。高度計として利用しているドップラー式対地速度計(DVL)は、4本のビームにより、海底までの距離を計距する。DVLのビーム毎にマッチングした後，各ビームで得られた推定位置に対して，各ビームのSSD（Sum of Squared Difference）値の逆数に比例する重み係数に基づいた重み付け平均を行った。この手法により，マッチング精度の悪いビームを信頼せずに平均化し、安定かつもっともらしい自己位置推定が可能となった。本年度に考案した手法は複数AUVにも応用可能であり、来年度からのAUVシミュレーションのさらなる高度化が期待される。

In this study, we believe that research activities using multiple autonomous underwater vehicles (AUVs) simultaneously deploying multiple autonomous underwater vehicles (AUVs) are very effective, and aims to establish a self-contained observation system that improves the accuracy of self-location estimation by using acoustic communications between multiple AUVs, using UTMN (Underwater Terrain Matching Navigation), which estimates the self-location by comparing it with a topographic 地图。除了确保可以应用于各种AUV的多功能性外，我们还提出了一种方法，即使在严格限制数据量的环境中，只能使用水下声学通信来实现，因此我们只能在AUV下方使用从Depth Meters和Altimeters和Auv Simulation获得的AUV下方的点信息，然后验证AUV模拟，然后才能验证有效的实际机器，这是一个非常重要的机器。在今年，作为使用多个AUV实施UTMN的初步阶段，我们与一个AUV模拟了UTMN。研究计划包括1）传感器数据的滤波器设计，2）优化AUV之间的共享信息，以及3）在各种地形条件下优化路线和导航设置。但是，今年，在一台AUV飞机上进行了模拟，以在有限的海拔信息的情况下首先获得高精度。用作高度计的多普勒型接地速度计（DVL）使用四个梁测量到海底的距离。匹配每个DVL光束后，根据与每个光束的平方差（SSD）值的倒数成比例的加权系数，对每个光束获得的估计位置进行了加权平均值。这种方法可以通过平均匹配准确性较差而无需依赖的光束来进行稳定且合理的自定位估计。今年设计的方法可以应用于多个AUV，预计AUV模拟将从明年开始进一步完善。