Communication et positionnement simultanés pour les drones sous-marins autonomes - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Simultaneous communication and positioning for autonomous underwater drones

Communication et positionnement simultanés pour les drones sous-marins autonomes

Raphaël Garin
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1384780
  • IdRef : 278337864

Résumé

This thesis focuses on the navigation of autonomous underwater drones (AUVs) in the absence of underwater GPS signals. To address this issue, it proposes an innovative approach that combines AUV localization with underwater acoustic communication to a surface beacon. This method utilizes the Doppler shift estimation required for communication signal demodulation in order to estimate the relative velocity of the AUV. Additionally, the communication’s time of flight is used to measure the distance between the AUV and the beacon. The final system requires only affordable components, such as an inertial navigation system, a pressure sensor, a GPS for initialization, and an acoustic transponder for the drone, combined with a sound velocity profiling sensor. A fixed beacon communicates with the drone and is equipped with an acoustic transponder. This approach offers accuracy comparable to the state-of-the-art, with a small spatial footprint and reduced cost. Successful simulations and tests were conducted in a 6 m3 test tank, confirming the feasibility of the system. Furthermore, real-world sea trialsdemonstrated an accuracy of approximately 3 meters, showcasing the algorithm’s effectiveness.Compared to the state-of-the-art, the proposed system is quicker to set up, requires no calibration, is more cost-effective, and consumes less power, although it is slightly less accurate.
Cette thèse porte sur la navigation des drones sous-marins autonomes (AUV) en l’absence de signaux GPS sous l’eau. Pour résoudre ce problème, elle propose une approche innovante qui combine la localisation de l’AUV avec la communication acoustique sous-marine avec une balise en surface. Cette méthode utilise l’estimation du décalage Doppler requis pour le décodage des signaux de communication afin d’estimer la vitesse relative de l’AUV. De plus, le temps de vol de la communication est utilisé pour mesurer la distance entre l’AUV et la balise. Le système final nécessite seulement des capteurs peu onéreux, tels qu’une centrale inertielle, un capteur de pression, un GPS pour l’initialisation, et un transpondeur acoustique pour le drone, combine avec un capteur de profilage de la vitesse du son. Une balise fixe communique avec le drone et est équipée d’un transpondeur acoustique. Cette approche offre une précision comparable à l’état de l’art, avec une faible empreinte spatiale et un cout réduit. Des simulations et des essais en bassin de 6 m3 ont été effectués avec succès, confirmant la faisabilité du système. De plus, des expérimentations en mer dans des conditions réelles ont montré une précision d’environ 3 mètres, démontrant l’efficacité de l’algorithme. En comparaison avec l’état de l’art, le système proposé est plus rapide à mettre en place, ne nécessite pas de calibration, est plus économique, et consomme moins d’énergie, bien qu’il soit légèrement moins précis.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04584884 , version 1 (23-05-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04584884 , version 1

Citer

Raphaël Garin. Communication et positionnement simultanés pour les drones sous-marins autonomes. Réseaux et télécommunications [cs.NI]. Université de Bretagne occidentale - Brest, 2023. Français. ⟨NNT : 2023BRES0097⟩. ⟨tel-04584884⟩
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