Разработка гидроакустической навигационной системы как способа беспроводной подводной связи

Актуальность

На сегодняшний день подводная робототехника находится на этапе активного и интенсивного развития. Каждый год функциональность и область применения подводных робототехнических систем значительно расширяется. Подводные роботы проводят обследование акваторий, поиск и обслуживание подводных линий связи, поиск затонувших объектов, разминирование и патрулирование, контроль уровней радиационного и химического заражений, контроль за состоянием морских и речных объектов, обслуживание и ремонт нефтяных вышек.

Практически каждая из вышеперечисленных задач требует точного позиционирования подводного аппарата. Таким образом, одна из самых актуальных современных проблем подводной робототехники – это поиск универсального, портативного, масштабируемого и автономного средства подводной навигации для телеуправляемых и необитаемых подводных объектов.

Цель

Разработать гидроакустическую навигационную систему (ГАНС), позволяющую определять местоположения объекта управления (телеуправляемого необитаемого подводного аппарата – ТНПА)

Задачи

1. Определить состава ГАНС.
2. Изучить работу программных продуктов, необходимых для реализации проекта.
3. Разработать портативные приёмо-передающие маяки-ответчики.
4. Разработка алгоритма и программного кода для приёма данных с маяков-ответчиков и их передачи в интерфейс.
5. Разработать пользовательский интерфейс оператора
6. Проектирование корпуса и размещение в нем

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер с установленным ПО
• 3D-принтер
• Литий-ионная батарея – 3 шт.
• Микроконтроллер Arduino NANO

Описание

В рамках исследования были спроектированы приёмо-передающие устройства двух видов: автономные и неавтономные.

Все основные конструктивные элементы маяков разрабатывались взаимозаменяемыми. Основным отличием автономного маяка является блок аккумуляторных батарей (АКБ), в то время как на неавтономном маяке он отсутствует. В неавтономном маяке предусмотрен герметичный разъём для реализации двустороннего канала связи с поверхностью.

Герметизация изделий была обеспечена при помощи двойного радиального уплотнения. Герметизация излучающего элемента (пьезокерамической сферы) была обеспечена заливкой её внешней поверхности трёхмиллиметровым слоем двухкомпонентного морского полиуретана.

Конструктивно маяк-ответчик делится на три основные части: излучающая головка, блок электроники, кормовой отсек.

1. Излучающая головка представляет собой основание, напечатанное на 3Д-принтере, с приклеенной и залитой пьезокерамической сферой, канавками под уплотнительные резиновые кольца и металлическими втулками для обеспечения сборки-разборки изделия.
2. Блок электроники представляет собой набор плат, необходимых для работы устройства, жёстко закреплённых на кронштейне, который, в свою очередь, крепится к излучающей головке. Таким образом, извлечение полезной нагрузки устройства для тестирования и отладки происходит за одну операцию.
3. Кормовой отсек у автономного маяка представлен блоком АКБ, состоящим из трех литий-ионных батарей 18650 и держателя, а у неавтономного маяка – технологической крышкой с герметичным разъёмом.

Для отправки данных с микроконтроллеров выбрана плата Arduino NANO. Для реализации серверной части было принято решение использовать популярный фреймворк Flask, написанный на языке Python. Сама передача данных реализована посредством создания TCP-сокета.

Графический интерфейс разработан на языке HTML, в комбинации с ним применялся язык стилей CSS и язык программирования JavaScript.

Результаты работы/выводы

•          Определён состав гидроакустической навигационной системы.

•          Разработаны портативные приёмо-передающие гидроакустические приёмо-передатчики для обеспечения подводной связи и навигации.

•          Реализован обмен информацией между маяками и оператором.

•          Разработан удобный пользовательский интерфейс для отображения состояния объекта управления, его местоположения, а также для управления приёмо-передающими устройствами.