Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) and Remotely Operated Vehicles (ROVs) are used for a wide variety of missions related to exploration and scientific research. Successful navigation by these systems requires a good localization system. Kalman filter based localization techniques have been prevalent since the early 1960s and extensive research has been carried out using them, both in development and in design. It has been found that the use of a dynamic model (instead of a kinematic model) in the Kalman filter can lead to more accurate predictions, as the dynamic model takes the forces acting on the AUV into account. Presented in this paper is a motion-predictive extended Kalman filter (EKF) for AUVs using a simplified dynamic model. The dynamic model is derived first and then it was simplified for a RexROV, a type of submarine vehicle used in simple underwater exploration, inspection of subsea structures, pipelines and shipwrecks. The filter was implemented with a simulated vehicle in an open-source marine vehicle simulator called UUV Simulator and the results were compared with the ground truth. The results show good prediction accuracy for the dynamic filter, though improvements are needed before the EKF can be used on real-time. Some perspective and discussion on practical implementation is presented to show the next steps needed for this concept.


翻译:在与勘探和科学研究有关的各种任务中使用了自主水下车辆和遥控车辆(ROVs)和遥控车辆(ROVs),这些系统的成功导航要求有一个良好的本地化系统。Kalman过滤器本地化技术自1960年代初期以来一直很普遍,并在开发和设计方面使用这些技术进行了广泛的研究;发现在卡尔曼过滤器中使用动态模型(而不是运动模型)可以导致更准确的预测,因为动态模型考虑到在AV上采取行动的力量。本文介绍的是使用简化的动态模型为AUV提供运动预先期扩展的Kalman过滤器(EKF),首先推出动态模型,然后对RexROV(一种用于简单水下勘探、海底结构检查、管道和沉船事故的潜水器)进行了简化;在开源海洋车辆模拟器中安装了模拟器,称为UUVF模拟器,并且将结果与地面事实进行了比较。在实际操作前,在实际操作前,结果可以显示所需的精确度,在实际操作前,在实际操作前,对动态过滤器进行所需的精确度进行预测。

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