論文の概要: An Adaptive Fixed-Time Line-of-Sight Guidance Scheme for 3D Path Following of Underwater Vehicles: Theory and Experiment

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.14756v1
• Date: Sun, 13 Sep 2026 19:42:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-16 07:15:05.957897
• Title: An Adaptive Fixed-Time Line-of-Sight Guidance Scheme for 3D Path Following of Underwater Vehicles: Theory and Experiment
• Title（参考訳）: 水中車両の3次元経路追従のための適応固定時間視線誘導方式:理論と実験
• Abstract要約: 本稿では,AUVの3次元経路追跡のための頑健な固定時間適応誘導フレームワークを提案する。 また、カーブした経路におけるトラッキング性能を改善するために、時間変化のルックアヘッド機構も導入されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.202253618096515
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Reliable path tracking is crucial for autonomous underwater vehicles (AUVs) operating in dynamic and uncertain marine environments. However, traditional line-of-sight (LOS) guidance methods rely on asymptotic convergence, resulting in slow disturbance recovery and unpredictable tracking performance. Existing robust control methods typically require modifications to the underlying vehicle controller, limiting their practical application on commercial AUV platforms. This paper proposes a robust fixed-time adaptive LOS guidance framework for 3D path tracking for AUVs. By combining fixed-time stability theory with LOS guidance, this method guarantees path tracking convergence within a preset time range, with the convergence time independent of initial conditions. Furthermore, a fixed-time adaptive estimator is developed to rapidly compensate for time-varying sideslip disturbances caused by ocean currents. A time-varying look-ahead mechanism is also introduced to improve tracking performance on curved paths. Lyapunov analysis proves the fixed-time stability of the proposed framework, and numerical simulations and physical experiments demonstrate that, compared to state-of-the-art adaptive LOS methods, this framework exhibits superior tracking accuracy, convergence speed, and anti-interference capability. In simulation, the time-varying look-ahead variant reduced cross-track and vertical-track RMSE by 69.37\% and 67.46\%, respectively, during curved-path tracking. In field experiments with an Iver 3 AUV, the proposed fixed-time guidance reduced average tracking error by 56.35\% in straight-path evaluation and 27.59\% in curved-path evaluation compared with conventional adaptive LOS guidance.The proposed method provides a practical guidance-level solution for achieving reliable autonomous navigation of AUVs in complex marine environments.
• Abstract（参考訳）: 信頼性の高い経路追跡は、動的で不確実な海洋環境で動作する自律型水中車両(AUV)にとって重要である。 しかし、従来のLOS誘導法は漸近収束に依存しており、緩やかな外乱回復と予測不能な追跡性能をもたらす。 既存のロバストな制御方法は、通常、基礎となる車両制御装置の変更を必要とし、商用のAUVプラットフォームへの実用的適用を制限する。 本稿では,AUVの3次元経路追跡のためのロバストな固定時間適応型LOS誘導フレームワークを提案する。 固定時間安定理論とLOS誘導を組み合わせることで、初期条件に依存しない収束時間とともに、予め設定された時間範囲内で経路追跡収束を保証する。 さらに, 海流による時変側すべり障害を迅速に補償する固定時間適応型推定器を開発した。 また、カーブした経路におけるトラッキング性能を改善するために、時間変化のルックアヘッド機構も導入されている。 Lyapunov解析は提案手法の固定時間安定性を証明し、数値シミュレーションと物理実験により、最先端の適応型LOS法と比較して、トラッキング精度、収束速度、干渉防止能力が優れていることを示した。 シミュレーションでは、経時変化したルックアヘッド変種は、カーブパス追跡中にそれぞれ69.37\%と67.46\%の縦線RMSEを減少させた。 In the field experiment with a Iver 3 AUV, proposed fixed-time guidance average tracking error by 56.35\% in straight-path evaluation and 27.59\% in curved-path evaluation than conventional Adaptive LOS guidance。

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