[发明专利]一种无人航行器搜寻的路径规划方法、装置和无人航行器

权利要求书

1.一种无人航行器搜寻的路径规划方法，其特征在于，包括：

S1：采用蒙特卡罗随机粒子仿真法分析海上事故信息建立粒子初始分布图；利用高斯混合模型对所述粒子初始分布图进行聚类分析得到聚类结果；基于腐蚀膨胀的置信椭圆算法从所述聚类结果中确定出最佳搜寻包含概率POC对应的目标搜寻区域；

S2：建立适应所述目标搜寻区域边界特征的欠驱动无人航行器转向数学模型，以确定出所述目标搜寻区域外的非工作路径；

S3：利用搜寻总路径和搜寻发现概率POD函数构建目标适应度函数，所述搜寻总路径包括：所述非工作路径和工作路径；求解所述目标适应度函数优化模型得到最短总路径与最大POD对应的区域覆盖最佳路径规划策略，所述区域覆盖最佳路径规划策略用于参数化描述：最优搜寻方向、最优搜寻线间距和最优搜寻线遍历次序。

2.如权利要求1所述的无人航行器搜寻的路径规划方法，其特征在于，所述S2包括：

建立适应所述目标搜寻区域边界特征的欠驱动无人航行器转向数学模型，以确定搜寻线间距s、欠驱动无人航行器转向直径d与转向非工作路径l之间的映射关系；

利用所述映射关系获取所述转向非工作路径l的数学表达式。

3.如权利要求2所述的无人航行器搜寻的路径规划方法，其特征在于，所述映射关系为：

当所述搜寻线间距s小于所述欠驱动无人航行器转向直径d且时，所述非工作路径

当所述搜寻线间距s小于所述欠驱动无人航行器转向直径d且时，所述非工作路径

当所述搜寻线间距s大于所述欠驱动无人航行器转向直径d时，所述非工作路径

当所述搜寻线间距s等于所述欠驱动无人航行器转向直径d时，所述非工作路径

其中，下标i，j为搜寻线的序号，i≠j，o点为垂直于所述搜寻线并且过原点的直线上的点，b点为所述搜寻线与所述目标搜寻区域的交点，|o_ib_i|为搜寻线i对应的o_i点和b_i点之间的连线，|o_jb_j|为搜寻线j对应的o_j点和b_j点之间的连线；||o_ib_i|-|o_jb_j||为搜寻线i和j之间的边界高度差；

4.如权利要求1所述的无人航行器搜寻的路径规划方法，其特征在于，所述S3包括：

S31：利用所述目标搜寻区域的几何特征以及无人航行器的探测器扫海宽度建立搜寻工作路径模型，基于所述搜寻工作路径模型将所述工作路径和所述非工作路径进行求和获得搜寻总路径函数；

S32：将所述总路径函数和所述POD函数赋予权重后进行线性叠加得到所述目标适应度函数；

S33：利用双重归一化算子的多目标遗传算法对所述目标适应度函数进行优化求解，得到最短总路径与最大POD对应的所述区域覆盖最佳路径规划策略。

5.如权利要求4所述的无人航行器搜寻的路径规划方法，其特征在于，所述S33包括：

S33-1：依据无人航行器性能预设搜寻步长，从而在搜寻方向角度范围内获取离散搜寻方向角θ一维数组，以及从搜寻线间距范围内获取离散搜寻线间距s一维数组；

S33-2：依次遍历由搜寻方向角和搜寻线间距组合确定的二维矩阵的每一种组合；在每一种组合下，利用双重归一化算子的多目标遗传算法求解，以最短总路径与最大POD为优化目标下的最佳搜寻遍历次序以及对应的目标适应度函数值；

S33-3：从所述二维矩阵中目标适应度函数值最小的组合即可确定目标搜寻区域的覆盖最佳路径规划策略，从而实现全局最短总路径与最大POD。

6.如权利要求5所述的无人航行器搜寻的路径规划方法，其特征在于，所述S33-2之前，所述方法还包括：

设置所述多目标遗传算法对应的最小期望POD，以使所述目标搜寻区域覆盖最佳路径规划策略满足实际任务场景对POD的特殊要求，从而提高总体搜救成功率。