一种考虑洋流的水下航行器三维多任务路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑洋流的水下航行器三维多任务路径规划方法。首先建立三维海洋空间模型，再建立指定深度下的二维洋流场，再利用插值方法模拟三维空间的洋流，然后使用多因子进化算法，在所建立的三维环境中规划出合理的路径点，经过个体交叉变异，计算因子代价和种群合并，最终经过环境选择，输出水下航行器多任务优化的最优解。本发明专利技术能够在考虑障碍物、洋流等影响因素下，使多个水下航行器适应复杂的海洋环境，安全地到达目标点。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑洋流的水下航行器三维多任务路径规划方法
本专利技术属于水下航行器控制
，具体涉及一种多任务路径规划方法。
技术介绍
自主水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle,以下简称AUV)是一种重要的工具，常用于海洋资源的勘探与研究。海洋环境复杂多变，为了确保AUV的安全导航，其路径规划技术非常重要。目前，AUV路径规划的主要方法是人工势场法，A*算法，粒子群优化算法和遗传算法等。人工势场法比较成熟和高效，但会存在局部极小点和不可达点。A*算法原理简单，但对于三维路径规划，算法的启发函数难以设置，若不能保证启发函数值小于真实值，难以规划最优路径。粒子种群算法和遗传算法都是通过随机搜索来更新种群和搜索最优点，但不能保证全局最优。AUV的自主控制技术主要包括以下三个方面：运动控制技术，传感器数据感知技术和自主路径规划与避障技术。其中，AUV路径规划是指AUV在复杂的三维海洋环境中，从起始点安全地到达目标点。随着海洋勘探任务的发展，单个AUV的能力已不能满足任务要求。为了提高工作效率，多个AUV的协同工作已成为研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑洋流的水下航行器三维多任务路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：建立三维海洋空间模型，将水下障碍物视为长方体；/n建立任意坐标系x

【技术特征摘要】
1.一种考虑洋流的水下航行器三维多任务路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立三维海洋空间模型，将水下障碍物视为长方体；
建立任意坐标系x0y0z0，确定路径规划任务的起点Pst和终点Pgo；然后将坐标系x0y0z0平移变换到坐标系x1y1z1，使Pst位于坐标系x1y1z1的原点；再将坐标系x1y1z1旋转变换到坐标系x2y2z2，使坐标系x2y2z2的x轴方向指向路径规划任务的终点Pgo；坐标系x0y0z0中的点P的坐标转换到坐标系x2y2z2中的关系式为：



其中，α为坐标系x0y0z0的x0轴与坐标系x1y0z1的x1轴的夹角，β为坐标系x1y0z1的x1轴与坐标系x2y1z1的x2轴的夹角，(xst，yst，zst)是路径规划任务的起点Pst坐标，(x′P，y′P，z′P)是点P在坐标系x0y0z0中的坐标，(xP，yP，zP)是点P在坐标系x2y2z2中的坐标；
步骤2：采用分层思想进行三维洋流环境建模，先建立指定深度下的二维洋流场，再利用插值方法模拟海洋三维空间的洋流速度；
二维平面涡流场函数为：






其中，S0＝(x0，y0)是涡流场的中心，η是涡流的半径，ζ是涡流的强度，S＝(x，y)代表在二维平面的任意位置；uc(S)和vc(S)分别为洋流在地球纬度方向和经度方向的分量；
指定多个海洋深度Z1，...，Zi，...，Zm，i＝1，...，m；使用二维平面涡流场函数计算平面上任意位置S在深度Zi投影点的二维洋流速度，得到任意位置S在每个指定深度的投影点的二维洋流速度；再通过插值法计算任意两个指定深度之间的二维洋流速度，由此得到海洋三维空间中任意一点的洋流速度；
步骤3：使用多因子进化算法，先进行种群初始化，生成初始个体种群并将其存储在parent_pop中；假设同时执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭星光，胡浩，周永建，宋保维，潘光，张福斌，高剑，李乐，张立川，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61