[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

摘要

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。

主权项

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dAmax，用dAmax与跃层数据文件中温度跃层点上界深度dtemp相比较，若dtemp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，ΔLi是第i段路径的直线欧式距离，xi,yi,zi分别是第i个路径点的经度、纬度、深度方向上的坐标，xi‑1,yi‑1,zi‑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wsafty×fl，其中wsafety为路径的安全性权重系数，fl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wexposure×fl，其中wexposure为路径的暴露性权重系数，fl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Lc，添加路径奖励值wconcealment×Lc，其中wconcealment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wsafty大于暴露性权重系数wexposure和隐蔽性权重系数wconcealment；根据优先级设置，路径优劣的评价标准函数设计为：f(p)＝fl+fs+fc其中，fl是路径的实际长度，fs是路径的安全性评价值，fc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。