A navigation system for free descent-ascent autonomous underwater vehicles

Abstract

Free vehicles are buoyant platforms designed to freely descend through the water column when ballasted. A free vehicle gathers samples from the water column or the ocean bed. Once done sampling, the vehicle releases its ballast, surfaces, and signals for recovery. Free vehicles are exible, low cost, tools for marine research and are designed with an interchangeable payload and full ocean depth deployment capability. This thesis presents the development of a post-processing navigation system based on geomagnetic navigation algorithms, suitable for free vehicles. A navigation solution for free vehicles can facilitate research e orts, by enabling the correlation of the samples gathered, to its location. Traditional underwater navigation solutions based on sonar technology can hinder a free vehicle's payload capabilities or introduce prohibitive costs. Geomagnetic navigation is a technique that uses magnetic maps and a strap down compass to determine a vehicle's position. The technique works by correlating the vehicle's path and corresponding magnetic readings to a magnetic map. The developed system was tested and its navigation performance estimated by a simulation framework developed for this purpose. The simulation framework consists of sensor model, a trajectory generator and performance measurements. The developed navigation system demonstrated good potential as a navigation solution and its recommended con guration and sensor performance is presented.

Los vehículos de descenso y acenso libre son plataformas flotantes diseñadas para descender libremente través de la columna de agua cuando son lastrados. Un vehículo de descenso y acenso libre recoge muestras de la columna de agua o del suelo oceánico. Una vez hecho el muestreo, el vehículo libera su lastre, sube a la superficie y envía señales para su recuperación. Estos vehículos son herramientas flexibles, de bajo costo, para la investigación marina y están diseñados con una carga de sensores intercambiable y la capacidad de llegar a los océanos más profundos. Esta tesis presenta el desarrollo de un sistema de navegación de post-procesamiento basado en algoritmos de navegación geomagnética, apto para vehículos de descenso y acenso libre. Una solución de navegación para estos vehículos puede facilitar los esfuerzos de investigación, permitiendo la capacidad de asociar una muestra con la localización donde fue tomada. Las soluciones tradicionales de navegación submarinas basadas en la tecnología sonar pueden limitar las capacidades de llevar carga útil de un de un vehículo de descenso y caída libre o introducir costos prohibitivos. La navegación geomagnética es una técnica que usa mapas de contornos magnéticos, y una compas para determinar la posición de un vehículo. La técnica funciona correlacionando la trayectoria del vehículo y lecturas magnéticas correspondientes a un mapa magnético. El sistema desarrollado fue probado y su desempeño de navegación estimado por un marco de simulación desarrollado para este propósito. El marco de simulación consiste de modelos de sensores, un generador de trayectoria y medidas de rendimiento. El sistema de navegación desarrollado demostró un buen potencial como solución de navegación y su configuración recomendada y su rendimiento esperado se presenta.