THE PROBLEM OF ICE-HOLES SEARCHING BY LONG-RANGE AUV SAILING IN THE ARCTIC AREAS
Abstract
The development of the Arctic region is a task of national importance. In the last decade, the time has come for the Russian Arctic zone to implement large-scale projects that become priorities given the understanding of the special role of the Arctic for the Russian Federation. For effective activity in the Arctic seas, in conditions of continuous ice cover, in the near future, sometimes the only reliable means of solving a number of tasks will be autonomous underwater vehicles (AUV) capable of being under ice cover for a long time. At the same time, solving the tasks of ensuring the AUV abilities to safely maneuver under the ice for a long time, to survey large underwater and ground spaces, to find ice-holes for the purpose of surfacing for communication and navigation sessions, becomes one of the important elements of the successful development of the Arctic. The aim of the research is to increase the safety of the AUV subglacial sailing through the use of con-trol algorithms that take into account the influence of the complex ice situation on the application of on-board equipment and the maneuvering of underwater vehicles. At the beginning of the article we briefly review the experience for the subglacial AUV operation, as well as the features of the Central Arctic Basin. A method is proposed for the specification of a given AUV mission based on the assessment of ice conditions along the navigation route using information received from external sources and on-board technical devices. The main factors are considered that have an effect on the decision-making algorithm for finding an ice-hole suitable for surfacing, or its inspection. Critical conditions have been defined, the implementation of which imposes certain requirements on the mission planned by the operator, as well as on the AUV control system. Algorithms for de-termining the coordinates and sizes of ice-hole using the AUV technical equipment (ice fathometer and Doppler lag) are proposed, and AUV maneuvering schemes (diverging spiral and “flower”) are shown to meet the set requirements in the absence or presence of complete information about an ice-hole coordinates.
References
2. Наумов Л.А., Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Бабак А.В. К вопросу о принципах плани-рования и особенностях формирования глобальных маршрутов автономных подводных роботов // Известия Тульского Государственного университета. Технические науки. – 2015. – Вып. 11. – Ч. 2. – С. 82-85.
3. Тарасюк Ю.Ф., Реданский В.Г. Плавание подводных лодок в арктических льдах. – https://tech.wikireading.ru/7792 (дата обращения: 01.02.2019).
4. Инзарцев А.В., Каморный А.В., Львов О.Ю., Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для научных исследований в Арктике // Подводные исследования и робототехника. – 2007. – № 2 (4). – С. 5-14.
5. Научно-технический отчет // Работы по исследованию геологического строения конти-нентального шельфа в Северном Ледовитом океане с применением автономного необи-таемого подводного аппарата «Клавесин-1Р». – Владивосток: Изд-во ИПМТ ДВО РАН. 2007. Прил. 3.1, 3.2.
6. Kukulya Amy, Plueddemann Albert, Austin T, Stokey Roger, Purcell Michael, Allen B, Little-field R, Freitag Lee, Koski P, Gallimore E, Kemp J, Newhall K, Pietro J. Under-ice operations with a REMUS-100 AUV in the Arctic. // Autonomous Underwater Vehicles (AUV). – 2010, – 8 p. 10.1109/AUV.2010.5779661.
7. Forrest Alexander, Laval Bernard, Doble Martin, Yeo Richard, Magnusson E. AUV meas-urements of under-ice thermal structure // Proceedings of the OCEANS. – 2008. – 10 p. 10.1109/OCEANS.2008.5152046.
8. Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Матвиенко А.В. Подготовка и планирование глобально-го маршрута автономного необитаемого подводного аппарата дальнего радиуса дейст-вия // Двойные технологии. – 2018. – № 2 (83). – С. 41-49.
9. Главное управление навигации и океанографии // Кораблевождение. Практическое по-собие для штурманов. МО СССР. 1972 г.
10. Ваулин Ю.В., Лаптев К.З. Оценка точности плавания автономного необитаемого под-водного аппарата в заданном районе // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 1-2 (186–187). – С. 74-87.
11. Inzartsev A., Pavin A., Kleschev A., Gribova V., Eliseenko G. Application of Artificial Intelli-gence Techniques for Fault Diagnostics of Autonomous Underwater Vehicles // Proceedings of the OCEANS 2016 MTS/IEEE, Monterey, California, USA, September 19-23. ISBN DVD: 978-1-5090-1538-2.
12. Инзарцев А.В., Багницкий А.В. Планирование и реализация траекторий движения авто-номного подводного робота при выполнении мониторинга в акваториях различных ти-пов // Подводные исследования и робототехника. – 2016. – № 2 (22). – С. 25-35.
13. Andrei Bagnitckii, Alexander Inzartsev, Alexander Pavin. Planning and correction of the AUV coverage path in real time // Proceedings of the Underwater Technology (UT), 2017 IEEE: Busan, South Korea, 2017. – 6 p.
14. Простаков А.Л. Электронный ключ к океану. – Л.: Судостроение. 1986. – С. 29-30.
15. Киселев Л.В., Медведев А.В. Траекторное обследование границ морских акваторий груп-пой подводных роботов // Известия ЮФУ. Научно-технический и прикладной журнал. Технические науки. – 2018. – № 03 (197). – C. 185-197.
16. Medvedev A.V., Kiselev L.V., Tolstonogov A.Yu. Dynamic Models for Trajectory Survey and Mapping of Local Physical Fields of the Ocean with Autonomous Underwater Vehicle // IEEE OES International Symposium on Underwater (UT 2017), Busan, Korea, 21-24 February 2017.
17. Alexander V. Inzartsev, Dmitry G. Lyakhov, Andrei V. Medvedev, Alexander F. Scherbatyuk, Vyacheslav S. Odintsov. On the selection of the configuration of autonomous underwater ro-bots for monitoring marine biological resources // International Conference Scientific and Technological Developments of Research and Monitoring of Marine Biological Resources (MBR-2017), Vladivostok, Russia, May 22-24, 2017.
18. Патент РФ RU № 2672840. РФ. Способ построения предварительной прокладки мар-шрута автономного необитаемого подводного аппарата / Матвиенко А.В., Карпачев А.А., Лаптев К.З., Илларионов Г.Ю. Опубл. 19.11.2018. Бюлл. №32.
19. Багницкий А.В., Инзарцев А.В. Автоматизация подготовки миссии для автономного не-обитаемого подводного аппарата в задачах обследования акваторий // Подводные ис-следования и робототехника. – 2010. – № 2 (10). – С. 17-24.
20. Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Матвиенко А.В. Дополнительные требования к автоном-ным необитаемым подводным аппаратам дальнего радиуса действия // Технические проблемы освоения Мирового океана: Матер. 7-й Всероссийской научно-технической конференции. – 2017. – С. 25-31.
21. Andrei Bagnitckii, Alexander Inzartsev, Oleg Lebedko, Mikhail Panin, Alexander Pavin. A survey of underwater areas using a group of AUVs // Proceedings of the Underwater Tech-nology (UT), 2017 IEEE: Busan, South Korea, 2017. – 6 p.
