Разработка робототехнического комплекса и методов его использования для исследования глубоководных экосистем

Объектом исследования являются технологии, а также алгоритмы, методы и системы управления, способствующие повышению качества выполнения исследований глубоководных экосистем с помощью необитаемых подводных аппаратов (НПА). Целью выполнения научно-исследовательских работ (НИР) является разработка методов синтеза информационно-управляющей системы (ИУС), предназначенной для эффективного планирования рабочих миссий и управления перемещениями НПА различного типа, а также разработка технологий выполнения исследовательских глубоководных операций НПА в условиях морских экспедиций. Методы проведения исследований базируются на основных положениях теории и практики построения информационно-измерительных и управляющих систем, методах идентификации характеристик динамических систем, методах компьютерного моделирования и вычислительной геометрии, теории программирования, общей теории систем, численных методах математического анализа. В ходе выполнения НИР были получены следующие новые научные результаты. Разработаны методы синтеза ИУС, обеспечивающих информационную поддержку деятельности операторов НПА различного типа и судоводителей при планировании миссий НПА и отслеживания нахождения аппаратов в зоне действия навигационной системы. Реализованная ИУС с помощью графического интерфейса позволяет визуально отслеживать функционирование бортовых систем НПА, отображать в режиме реального времени все объекты робототехнического комплекса и объекты работ на единой карте местности, а также обеспечивает интеллектуальную и информационную поддержку деятельности операторов при управлении НПА посредством отображения подсказок и предупреждений. Созданы и прошли модельное тестирование алгоритмы работы группировки агентов тактического уровня, которые обеспечивают движение АНПА подо льдом на различных горизонтах, со стабилизацией заданного отстояния от нижней кромки льда, а также в покрытых льдом мелководных акваториях. Кроме этого предусмотрена процедура поиска полыньи при необходимости выполнения незапланированного всплытия АНПА. Завершена интеграция в состав АНПА ММТ-3500 манипуляционного комплекса, предназначенного для проведения контактных работ с донными объектами по забору проб грунта, сбору морских организмов, установки и эвакуации малогабаритного научного оборудования на глубинах до 3500 м. При этом разработан метода синтеза системы управления манипуляционным АНПА, позволяющий за счет использования дополнительного движителя, установленного на поворотной платформе, и перераспределения тяг движительно-рулевого комплекса качественно выполнять контактные манипуляционные операции. Результаты выполненного численного моделирования подтвердили работоспособность и высокую эффективность системы управления, синтезированной на основе предложенного метода. По программе экспедиционных работ на НИС «Академик Мстислав Келдыш» (87-й рейс) с помощью разработанного АНПА ММТ-3500 выполнена съемка рельефа дна трассы суммарной длиной более 6 км с помощью многолучевого эхолота (МЛЭ) и гидролокатора бокового обзора (ГБО). Выполнен бесконтактный мониторинг морской донной экосистемы, в результате чего получены 10890 фотографий морского дна на глубинах до 1800 м. Также получены измерения физических и гидрохимических параметров воды по маршруту следования АНПА. Экспериментально подтверждена эффективность комплексированной (интегральной) навигационной системы, обеспечивающей высокоточное определение координат аппарата. Общая погрешность измерения координат в рабочих запусках лежала в пределах от 26 до 51 м при продолжительности миссий более 5 часов. Получен большой объем экспериментальных данных, позволивший выработать рекомендации для оператора АНПА с целью усовершенствования системы интеллектуальной поддержки деятельности оператора. На основе съемки МЛЭ, ГБО и фотосъемки дна выполнена оценка применимости трала Сигсби в районе работ. Получены данные, предназначенные для визуальной оценки распределения глубоководных биологических ресурсов Южных морей. Использование полученных результатов НИР позволит с помощью АНПА эффективно выполнять исследовательские и технологические глубоководные операции.