Методы формирования поведения и проектирования программного обеспечения обследовательского автономного подводного робота

• Автор: Инзарцев, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 297 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КЛАССЫ РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ

1Л Введение

1Л Л Области использования АНПА

1Л .2 Функциональная структура вычислительной системы АНПА

1Л .3 Взаимодействие оператора с АНПА

1.2 Анализ областей применения АНПА

1.2.1 Картографирование

1.2.2 Поисковые задачи

1.2.3 Обследовательские задачи
1.2.4 Освещение подводной обстановки
1.2.5 Групповые операции
1.3 Проблемы подготовки программного обеспечения для АНПА
Выводы к главе
ГЛАВА 2. ОБЩИЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АНПА
2.1 Особенности реализации вычислительной сети АНПА
2.1.1 Функциональные требования к архитектуре
2.2 Программные архитектуры систем управления
2.2.1 Иерархическая архитектура
2.2.2 Поведенческая архитектура
2.2.3 Модель целесообразного поведения
2.3 Общий подход к построению ПО
2.4 Тактический уровень
2.4.1 Особенности задачи управления на тактическом уровне
2.4.2 Организация тактического уровня
2.4.3 Структура агента тактического уровня

2.4.4 Типичный состав библиотеки агентов тактического уровня
2.4.5 Пример управляющей структуры
2.5 Исполнительный уровень
2.5.1 Особенности задачи управления на исполнительном уровне
2.5.2 Поведенческие структуры исполнительного уровня
Выводы к главе
ГЛАВА 3. СТРАТЕГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ АНПА
3.1 Введение
3.2 Существующие способы задания миссии
3.2.1 Языковые средства
3.2.2 Визуальные средства планирования
3.2.3 Анализ существующих решений
3.3 Императивные миссии
3.4 Декларативные миссии
3.5 Стратегический уровень
3.6 Средства автоматизации подготовки заданий
3.6.1 Графические средства формирования миссий
3.6.2 Элементы покрытия акваторий для решения типовых задач
3.6.3 Симулятор миссии
Выводы к главе
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ПО АНПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1 Введение
4.2 Основные положения концепции отладки ПО
4.3 Имитационный моделирующий комплекс
4.3.1 Структура комплекса
4.3.2 Особенности комплекса
4.3.3 Отладка программного обеспечения с использованием ИО

4.4 Примеры работы комплекса
4.4.1 Отладка алгоритмов верхнего уровня
4.4.2 Визуальная отладка миссий в среде моделирующего комплекса
4.4.3 Использование программного ИО
Выводы к главе
ГЛАВА 5. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОЙ АРХИТЕКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
5.1 Поведения и алгоритмы работы исполнительного уровня
5.1.1 Режимы движения и динамика АНПА
5.1.2 Движение по вертикальным профилям в сложном рельефе
5.1.3 Эквидистантное движение
5.1.4 Практические результаты использования управляющих структур исполнительного уровня
5.2 Библиотека агентов для решения поисково-обследовательских задач
5.2.1 Типовые траектории для покрытия акваторий сетью галсов
5.2.2 Обследование искусственных протяженных объектов
5.2.3 Дообследование посторонних объектов
5.2.4 Приведение и стыковка АНПА с доковой станцией
Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ИНТЕРФЕЙСНЫЕ ФУНКЦИИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УРОВНЯ
1. Задание формы траектории и параметров движения
2. Установка навигационных параметров
3. Управление бортовыми устройствами
4. Получение данных из исполнительного уровня
5. Обработка асинхронных событий при выполнении миссии
6. Вспомогательные функции

Похожие задачи получения точной карты дна стоят при предварительном обследовании предполагаемых трасс прокладки подводных трубопроводов и кабелей.
1.2.1.1 Требования к системе управления
В приведённых задачах управление движением АНПА организуется с использованием жестких программ-заданий и траекторий, составленных из сопряженных прямолинейных и круговых элементов. Для рациональной съемки используется, как правило, ограниченный набор типовых программ (например, прямоугольный меандр). Кроме того, необходимо, иметь навигационное обеспечение, позволяющее осуществлять привязку района работы к географическим координатам, документировать измерения и проводить при необходимости повторный эксперимент.
К способу формирования заданий для АНПА при этих работах выдвигаются минимальные требования (линейные программы), поскольку их изменения в процессе работы не предусмотрено [159]. С другой стороны, не смотря на относительную простоту миссии, система управления АНПА должна обеспечить выполнение комплекса достаточно сложных функций, перечисленных ниже:
• организацию работы бортовой исследовательской и вспомогательной аппаратуры в соответствии с заданием;
• управление движением (в том числе, вблизи дна) для реализации заданной траектории;
• сбор и накопление получаемой информации;
• точную навигационную привязку собранных данных;
• контроль состояния АНПА и внешней обстановки и обеспечение безопасности при работе под водой.
Остановимся на задаче движения вблизи дна несколько подробнее. Целенаправленное движение предполагает активное маневрирование аппарата среди препятствий по траектории, соответствующей изменчивости рельефа.