| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 8.04 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
With the increasing usage of unmanned underwater vehicles, the need to develop the different systems associated with them is also growing. One of the most essential systems for an unmanned vehicle is its positioning system. Due to the inherent characteristics of the medium, the most common positioning method in aquatic environments involves the use of acoustic signals that use time-of-flight measurements to locate a target, referencing it to a set of sensors. This dissertation presents an acoustic positioning system for underwater vehicles based on the measurement of arrival delays of three acoustic signals originating from emitters with known positions on the surface, providing data transmission by periodically sending a modulated signal with position information. This system includes several components. Firstly, there are three stationary emitters on the surface responsible for the periodic sending of modulated acoustic signals. Then, there is a receiver and an emitter on the target, the former being responsible for the acquisition of acoustic signals and the latter for sending an acoustic signal with the coded position. Finally, there’s a receiver on the surface responsible for capturing the signal with the coded position. The developed detection, coding and decoding algorithms are presented, as well as the hyperbolic positioning algorithm, the latter implemented with a Kalman filter for the position estimation. In addition, the development of hardware to enable the sending and reception of the acoustic signals is also analyzed. To validate the developed system, results obtained in field tests and in a simulation environment are presented.
Com o crescente uso de veículos subaquáticos não tripulados, cresce também a necessidade de desenvolver os diferentes sistemas a eles associados. Um dos sistemas mais importantes para um veículo não tripulado é o seu sistema de posicionamento. Devido `as características inerentes ao meio, o método de posicionamento mais comum em ambientes aquáticos envolve o uso de sinais acústicos que usam medições de tempo de voo para localizar um alvo, referenciando-o a um conjunto de sensores. Esta dissertação apresenta um sistema de posicionamento acústico para veículos subaquáticos com base na medição das diferenças de chegada de três sinais acústicos, originários de emissores com posições conhecidas na superfície, sistema esse que possibilita também a transmissão de dados através do envio periódico de um sinal modulado com informação da última posição estimada para o alvo. Na superfície, três emissores estacionários são responsáveis pelo envio periódico de sinais acústicos modulados. O alvo possui um recetor e um emissor, sendo o recetor responsável pela aquisição dos sinais acústicos e o emissor pelo envio de um sinal acústico modulado com a posição. Por fim, um receptor na superfície é responsável por capturar o sinal com a posição codificada. São aqui apresentados os algoritmos de detecção, codificação e descodificação desenvolvidos, assim como o algoritmo de posicionamento hiperbólico usado, implementado com um filtro Kalman para possibilitar a estimação da posição. Além disso, ´e analisado o desenvolvimento de hardware para permitir o envio e a recepção dos sinais acústicos. Para validar o sistema desenvolvido, são apresentados os resultados obtidos em testes de campo e num ambiente de simulação.
Com o crescente uso de veículos subaquáticos não tripulados, cresce também a necessidade de desenvolver os diferentes sistemas a eles associados. Um dos sistemas mais importantes para um veículo não tripulado é o seu sistema de posicionamento. Devido `as características inerentes ao meio, o método de posicionamento mais comum em ambientes aquáticos envolve o uso de sinais acústicos que usam medições de tempo de voo para localizar um alvo, referenciando-o a um conjunto de sensores. Esta dissertação apresenta um sistema de posicionamento acústico para veículos subaquáticos com base na medição das diferenças de chegada de três sinais acústicos, originários de emissores com posições conhecidas na superfície, sistema esse que possibilita também a transmissão de dados através do envio periódico de um sinal modulado com informação da última posição estimada para o alvo. Na superfície, três emissores estacionários são responsáveis pelo envio periódico de sinais acústicos modulados. O alvo possui um recetor e um emissor, sendo o recetor responsável pela aquisição dos sinais acústicos e o emissor pelo envio de um sinal acústico modulado com a posição. Por fim, um receptor na superfície é responsável por capturar o sinal com a posição codificada. São aqui apresentados os algoritmos de detecção, codificação e descodificação desenvolvidos, assim como o algoritmo de posicionamento hiperbólico usado, implementado com um filtro Kalman para possibilitar a estimação da posição. Além disso, ´e analisado o desenvolvimento de hardware para permitir o envio e a recepção dos sinais acústicos. Para validar o sistema desenvolvido, são apresentados os resultados obtidos em testes de campo e num ambiente de simulação.
Description
Keywords
Acoustics Positioning Robotics Signal processing Modulation ROS Kalman filter