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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2018.tde-27082018-151618
Document
Author
Full name
Rodrigo Eiji Yamagata Diana
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Barros, Ettore Apolonio de (President)
Pellini, Eduardo Lorenzetti
Silva, Felipe Oliveira e
Title in Portuguese
Análise de um sistema de navegação para veículo submarino autônomo.
Keywords in Portuguese
Instrumentação (Física)
Modelos para processos estocásticos
Simulação de sistemas
Submersíveis não tripulados
Abstract in Portuguese
O ambiente aquático tem notória importância para a pesquisa, pela biodiversidade e vastidão, e também do ponto de vista comercial, para a indústria militar e de óleo&gás por exemplo. Entretanto, a sua exploração é prejudicada por diversos fatores, entre eles devido à dificuldade de navegação. Infelizmente, carece-se de sinal GPS (Global Positioning System) embaixo d'água, o que exige outras técnicas de localização. Assim, este trabalho analisa um sistema de navegação para um veículo submarino autônomo. Graças a sensores de velocidade, girômetros, bússola, entre outros, aplica-se o princípio de dead reckoning para calcular a posição atual do veículo a partir da última posição conhecida. Para tal, é feito inicialmente um estudo dos sensores a serem utilizados e um algoritmo de navegação é proposto, cujos resultados são expressos em coordenadas geodésicas (latitude e longitude), permitindo a visualização da trajetória do veículo em mapas geo-referenciados. Além disso, problemas práticos de medição são tratados. Em seguida, é feito um estudo sobre o ruído dos sensores, utilizando a curva de variância de Allan para caracterização dos sinais dos girômetros e do DVL (Doppler Velocity Logger). Por meio de equações de propagação de erro, os ruídos são recuperados em simulação, permitindo a estimação do erro de posição e de atitude (posição angular) acumulados para uma dada manobra. Finalmente, discute-se um critério de emersão a partir das estimativas de erro de posição.
Title in English
Navigation system analysis for autonomous underwater vehicles.
Keywords in English
Autonomous underwater vehicles
AUV
Instrumentation
Stochastic process
Systems simulation
Abstract in English
The main part of our planet is filled with water, so the aquatic environment has notorious research and commercial importance. However, its exploration faces many difficulties. In navigation, the lack of GPS signal (Global Positioning System) during underwater missions requires different techniques, so this document focus on analyzing a navigation system for autonomous underwater vehicles. Thanks to different embedded sensors, like DVL (Doppler Velocity Logger), compass, gyrometers and others, the processes of dead reckoning is applied, witch calculates vehicle's current position by using the previously determined position. To do so, a navigation algorithm is implemented, providing geodesic coordinates to plot vehicle's trajectories on geo-referenced maps. Also, practical difficulties are discussed and treated. To improve the quality of the results, girometer's and DVL's errors are analyzed using Allan's variance and the navigation errors are estimated using first order time derivative equations in an augmented state space. Lastly, it is discussed a criterion to emerge and correct the vehicle's position using GPS signal.
 
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Publishing Date
2018-09-03
 
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