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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这项研究中，在深海资源调查中，基于多个自主潜艇的调查活动（AUV：自动驾驶水下车辆）非常有效，因此每个多个AUV声音通信都是实时衡量的。建立一个独立的观察系统，该系统共享地形信息并与地形图补偿，并通过执行UTMN（水下地形匹配导航）来提高自我位置的准确性，从而估算其自己的位置。除了确保可以应用于不同AUV的多功能性外，它还提出了一种方法，即使在水下声音和通信中的环境中也可以实现，该方法具有严格的通信量，因此它直接从深度获得的AUV下仪表和高度。今年，UTMN在AUV1飞机上进行了模拟，就像在UTMN实施之前，多个AUV。在研究计划中，作为仿真内容，（1）传感器数据的滤波器设计，（2）AUV共享信息的优化，（3）在各种地形条件下优化路线设置和帆船设置为了在信息有限的情况下首先实现家用机器位置的估计准确性，进行了一个AUV的模拟。用作高度计的多普勒 - 型接地速度计（DVL）应是距海底有四个梁的距离。在每个DVL光束匹配之后，每个光束中获得的估计位置基于加权系数，基于与每个梁的SSD（平方扩散）值的反向数量成正比的权重系数。通过这种方法，平均匹配精度较差的光束在没有信任的情况下进行了平均，从而可以估计稳定且合理的自我位置。今年设计的方法可以应用于多个AUV，明年的AUV模拟将进一步提高。