[发明专利]一种基于透明度和跃层数据的水下潜器隐蔽路径规划方法

权利要求书

1.一种基于透明度和跃层数据的水下潜器隐蔽路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定航行区域，提取跃层和透明度数据

航行区域是以路径起始点与终止点连线为对角线的矩形区域，从海洋环境数据库中提取在矩形区域范围内的声速跃层、温度跃层、密度跃层数据和透明度数据；

步骤2、航行区域环境评估

对航行区域内的跃层和透明度散点数据进行处理，跃层数据提取分类成禁航区、隐蔽区、危险区，透明度数据提取成暴露区，具体如下：

(2.1)水下潜器最大下潜深度为d_Amax，用d_Amax与跃层数据文件中温度跃层点上界深度d_temp相比较，若d_temp<d_Amax，提取该温度跃层点数据，归入隐蔽区的温度跃层文件中；

(2.2)水下潜器最大下潜深度为d_Amax，用d_Amax与跃层数据文件中声速跃层点上界深度d_sound相比较，若d_sound<d_Amax，提取该声速跃层点数据，归入隐蔽区的声速跃层文件中；若d_Amax<d_sound，提取该声速跃层点数据，归入危险区的声速跃层文件中；

(2.3)提取自主式水下潜器航行区域中负密度跃层点数据归入禁航区的负密度跃层文件中；

(2.4)水下潜器最大下潜深度为d_Amax，用d_Amax与跃层数据文件中透明度数据点上界深度d_transparency相比较，若d_transparency<d_Amax，提取该透明度点数据，归入暴露区的透明度文件中；

步骤3、将透明度和跃层离散点数据处理成多边形区域

(3.1)将透明度或跃层点处于八个方向地理位置相邻的点聚堆，作为同一个要素块；

(3.2)提取要素块四周的边缘点；

(3.3)选取扫描基准点；

(3.4)散点扫描排序，以基准原点p0为基准，按照极角从小到大将点排序，利用数学公式向量的外积模公式：

|c|＝|a|×|b|×sin＜a,b＞＝a.x×b.y-b.x×a.y

其中，a、b为同一个数据要素块中不同的要素点，a.x,b.x为要素点a,b经度坐标，a.y,b.y为要素点a,b纬度坐标；

(3.5)按照极角顺序对边缘点进行graham扫描，每三个点为一个扫描单位，设一个扫描单位中的三个点分别为p1、p2、p3，当扫描到逆时针转p1、p2、p3时保留顶点p2，顺时针转p1、p2、p3时分以下几种情况：

设均匀间隔网格数据间距为d0，p1点与p2点之间距离为d1，p2与p3点之间的距离为d2，p1、p2、p3的夹角为α；

(1)如果且α>90°，则保留p2点；

(2)α>45°，保留p2点；

根据上述规则依次遍历所有的点，保留的点就是多边形的顶点集；

(3.6)重复步骤(3.5)，直到多边形顶点集不再发生变化，输出多边形；

步骤4、构造路径评价函数；

(1)路径长度

对于有k个节点的航路，共有k-1个路径段，航路长度为路径段的长度相加，即：

其中，ΔL_i是第i段路径的直线欧式距离，x_i,y_i,z_i分别是第i个路径点的经度、纬度、深度方向上的坐标，x_i-1,y_i-1,z_i-1分别是第i-1个路径点的经度、纬度、深度方向上的坐标，其中i≤k；

(2)安全性

判断航线是否进入禁航区和危险区，若航线进入禁航区或危险区，设为情况1；未进入禁航区或危险区则为情况2；设进入禁航区或危险区路径惩罚值w_safty×f_l，其中w_safety为路径的安全性权重系数，f_l是路径实际长度，则安全性的评价函数为：

(3)隐蔽性

航路进入暴露区，为情况1，添加路径惩罚值w_exposure×f_l，其中w_exposure为路径的暴露性权重系数，f_l是路径实际长度，未进入暴露区为情况2；进入隐蔽区，航路在隐蔽区的路径长度L_c，添加路径奖励值w_concealment×L_c，其中w_concealment为路径的隐蔽性权重系数，则路径的隐蔽性评价函数为：

(4)上述三个路径指标中，根据航行任务指标的优先级确定相关系数大小，安全性优先级最高，其次是隐蔽性，因此，安全性权重系数w_safty大于暴露性权重系数w_exposure和隐蔽性权重系数w_concealment；根据优先级设置，路径优劣的评价标准函数设计为：

f(p)＝f_l+f_s+f_c

其中，f_l是路径的实际长度，f_s是路径的安全性评价值，f_c是路径的隐蔽性评价值，f(p)越小，表示路径越优；

步骤5、利用粒子群算法进行路径规划

(5.1)初始化粒子群算法参数；

(5.2)随机产生一组初始解；

(5.3)计算各个粒子的适应度值，更新粒子的个体最优值和种群最优值；

(5.4)根据粒子更新公式更新粒子；

(5.5)重复步骤(5.3)～(步骤5.4)达到最大迭代次数；

(5.6)输出具有安全性、隐蔽性的路径，路径规划结束。