[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

说明书

本发明提供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，包括航行区域的确定和透明度、跃层数据的提取，基于透明度和跃层数据对航行区域进行评估，将离散透明度和跃层数据点处理成多边形区域，在航行区域中利用粒子群算法搜索最优路径等几个重点步骤。本发明根据海水透明度和跃层对水下潜器的影响将航行区域划分为禁航区、危险区、隐蔽区、暴露区，基于水下潜器安全性和隐蔽性设计路径评价函数，并利用粒子群算法对水下潜器航行路径进行规划，能够得到满足水下潜器安全、隐蔽航行的路径。

技术领域

本发明涉及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，属于水下潜器路径规划领域。

背景技术

自主式水下潜器工作的海洋环境复杂多变，水下潜器在水下航行要受海洋水文要素的影响。如海流会对水下潜器产生转向力矩，导致其航向、航迹偏离预定计划，目前已有研究将海洋要素考虑进水下潜器的路径约束中，如申请号为201110031277.7专利申请一种基于海流历史统计信息的水下潜器路径规划方法，该方法充分考虑海流影响，规划出具有安全性、经济性、光滑性相结合的航行路径。申请号为201310714121.8专利申请一种多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法，此方法将海洋要素中的透明度作为AUV航行路径的约束之一。以上方法考虑的水文要素单一，没有将跃层、透明度、声道等水文要素综合考虑到海洋环境的模型中，然而这些水文要素对水下潜器的作业都有明显的影响。如李雅斯在《AUV路径规划系统的环境建模方法研究》一文和王彦磊、袁博等人在《海洋环境对潜艇的活动影响》一文中都描述了海洋要素对水下潜器的航行影响。其中，温度跃层是海洋中非常重要的环境参数，它将直接影响潜器在水下的隐蔽性。海洋密度跃层的存在将隔断海水在垂直梯度上的流动，对自主式水下潜器的安全性影响非常大。海洋的透明度要素是影响水下潜器的下潜深度和水下装备布置的关键参数。海水透明度表示了光线在海水中透射的深度，它将影响自主式水下潜器的下潜深度。然而，这些研究重点说明了海洋要素对航行的影响，并没有说明如何处理海洋要素数据，如何将海洋要素对水下潜器航行的影响考虑进航行路径的评价中。现有的文献表明，目前尚无考虑跃层和透明度信息的水下潜器航路规划方法。

发明内容

本发明的目的是为了为水下潜器规划出既安全又隐蔽的航行路径而提供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。

本发明的目的是这样实现的：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；