一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法技术

一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法，涉及水下无人航行器路径规划方法。先建立海底三维地形空间模型；通过对各个平面的等距切割形成多个平面，根据实际需要将水下空间的三维网格序列坐标通过矩阵运算转换成实际位置坐标，完成水下欠驱动AUV的路径规划；给出水下机器人视觉区域的定义，得出下一路径点可行域范围；改进三维离散空间下的优化启发式函数；根据给定的数学模型和优化启发式函数，推导欠驱动AUV三维路径规划的改进蚁群算法，确定不同位置空间信息素的更新程度，实现复杂海底情况下的三维水下欠驱动AUV路径规划方法。有效避免训练过程中陷入局部最优的可能性，能提高搜索质量和搜索精度,输出稳定性更好。性更好。性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法


[0001]本专利技术涉及水下无人航行器的路径规划方法，尤其是涉及一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法。

技术介绍

[0002]水下无人航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)的三维空间路径规划能力是实现海洋资源开发、海底地形勘测等领域重要技术前提。由于其潜在的技术优势，水下航行器已广泛应用于商业、科学和军事领域，如海洋石油和避让鱼雷等。在这些应用中，通常需要高精度来完成特定的任务。水下完全未知环境下的路径规划问题是水下机器人研究的一个重要分支。在复杂的海底环境下，水下机器人从起始点到目标点需要有一个避障的最优路径来解决路径规划问题。
[0003]现有的路径规划方法大多在二维平面上，三维平面路径规划算法计算过程复杂，存储信息量大，设计难度大。难以直接执行全局规划，以及其他问题。许多算法被提出用以解决三维空间中的路径规划问题，并取得良好的效果，例如人工势场算法、A*算法(Carroll et al.1992)、遗传算法(Hao and Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法，其特征在于包括以下步骤：1)欠驱动自主水下航行器根据当前任务，利用均匀网格法沿坐标系建立复杂水下空间模型；2)利用复杂水下空间模型，通过对各个平面的等距切割形成多个平面，根据实际需要将水下空间的三维网格序列坐标通过矩阵运算转换成实际位置坐标，完成水下欠驱动AUV的路径规划；3)根据水下欠驱动AUV的运动特点和模拟实际海底环境下的能见度，给出水下机器人视觉区域的定义，得出下一路径点的可行域范围；4)改进三维离散空间下的优化启发式函数，由三部分组成，包括下一目标点的可行性、当前路径函数与全局路径函数，其中全局路径函数由基于粒子群的优化算法得出；5)根据给定的数学模型和步骤4)中所得优化启发式函数，推导欠驱动AUV三维路径规划的改进蚁群算法，通过多次的迭代，确定不同位置空间信息素的更新程度，实现复杂海底情况下的三维水下欠驱动AUV路径规划方法。2.如权利要求1所述一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法，其特征在于在步骤1)中，所述利用均匀网格法沿坐标系建立复杂水下空间模型的具体方法为：欠驱动自主水下航行器(AUV)根据当前任务，利用均匀网格法沿坐标系O
‑
xyz建立复杂水下空间OABC
‑
O
′
A
′
B
′
C
′
模型，其中x轴遵循经度增量方向，y轴遵循纬度增量方向，z轴垂直于x、y轴所形成的平面，方向向上(指向地心相反方向)，三轴垂直相交于O点。3.如权利要求1所述一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法，其特征在于在步骤2)中，所述完成水下欠驱动AUV的路径规划的具体步骤为：利用步骤1)中建立完成的复杂水下空间模型，通过对各个平面的等距切割形成多个平面，这些平面组成多个有限数量的三维网格序列坐标N(i,j,k)，根据实际需要将水下空间的三维网格序列坐标N(i,j,k)通过矩阵运算转换成实际位置坐标n(x
i
,y
j
,z
k
)，水下欠驱动AUV的路径规划在此空间中完成；网格序列坐标通过如下方法转换为实际坐标：其中，λ是序列坐标到位置坐标的转移向量，λ1,λ2,λ3为空间变换向量的值；i,j,k分别表示延x轴、y轴、z轴所切割的当前平面上的序列坐标；x
i
,y
i
,z
i
分别表示在x轴、y轴、z轴上的实际位置坐标。4.如权利要求1所述一种改进蚁群算法的三维水下欠驱动AUV路径规划方法，其特征在于在步骤3)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘利军，闫肃，余臻，车高峰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：