基于海圖建模的水下潛器路徑規(guī)劃研究.pdf

1、路徑規(guī)劃技術是水下潛器智能化航行的關鍵技術，在動態(tài)、靜態(tài)障礙物的海洋里尋找一條安全快速的航行路徑是水下潛器完成任務的前提。為了更準確地進行海洋三維空間環(huán)境下的水下潛器路徑規(guī)劃問題研究，本文首先對三維海底環(huán)境進行模擬，將水下潛器路徑規(guī)劃分為全局靜態(tài)路徑規(guī)劃和實時動態(tài)避障兩步進行，然后在全局路徑規(guī)劃中，針對路徑規(guī)劃區(qū)域的大小，分別用蟻群算法進行小范圍柵格空間中柵格路徑的求解，并用量子粒子群算法進行大區(qū)域復雜海洋環(huán)境中的路徑求解，最后利用卡爾

2、曼濾波對動態(tài)障礙物運動進行估計，根據(jù)相對運動進行水下潛器避障控制。本文的主要工作有：
　　利用電子海圖中水深數(shù)據(jù)建立路徑規(guī)劃研究區(qū)域的海底三維模型。從二維矢量電子海圖中提取離散水深數(shù)據(jù)點，建立原始水深數(shù)據(jù)點的Delaunay三角網(wǎng)模型,利用基于分形布朗運動的隨機中點位移法對Delaunay三角網(wǎng)模型進行中點插值；提出一種快速查找插值點的三角形內(nèi)插法將細分后的Delaunay三角網(wǎng)模型進行三角形內(nèi)插生成規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)；利用改進型分形插

3、值算法將格網(wǎng)數(shù)據(jù)生成海底三維模型。
　　利用蟻群算法進行海底柵格模型空間中的全局路徑規(guī)劃。介紹了蟻群算法的基本原理，建立適用于蟻群算法求解路徑規(guī)劃問題的柵格化海洋環(huán)境模型，依據(jù)水深數(shù)據(jù)將柵格空間劃分為可行空間與障礙區(qū)域的組合，將路徑規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為求一組可行區(qū)域內(nèi)最優(yōu)柵格坐標組合問題，將算法中信息素值定義在各柵格點上，定義了螞蟻的視野范圍為下一層柵格的最近九個柵格，對螞蟻的的轉(zhuǎn)移概率進行改進，將柵格的安全性、距離長度及與目標直線距離

4、均考慮在粒子啟發(fā)信息中，對信息素更新進行改進，利用蟻群算法在柵格海底地形空間上進行水下潛器三維空間路徑規(guī)劃仿真實驗，并對實驗結(jié)果進行了分析。
　　利用量子粒子群算法進行復雜海洋環(huán)境下的水下潛器三維路徑規(guī)劃。介紹粒子群優(yōu)化算法和量子粒子群算法基本原理，將兩種算法進行了對比；對三維空間模型進行了插值處理，得到精度更高的規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)，研究了海流因素對水下潛器航行的影響，將海流影響轉(zhuǎn)化為路徑長度體現(xiàn)在粒子的適應度函數(shù)中，為了避免規(guī)劃路徑太

5、過彎曲，研究了路徑曲度懲罰函數(shù)，限定轉(zhuǎn)彎角度，定義路徑曲度轉(zhuǎn)化函數(shù)將路徑曲率體現(xiàn)在適應度函數(shù)中，設計路徑安全檢測函數(shù)，對生成的碰撞路徑進行提升處理來跳出障礙環(huán)境，建立綜合評價適應度函數(shù)來評判路徑的好壞，利用量子粒子群算法進行復雜海洋環(huán)境下水下潛器路徑規(guī)劃仿真實驗，并對實驗結(jié)果進行了分析。
　　進行了水下潛器路徑點間的實時動態(tài)路徑規(guī)劃。介紹了水下潛器的運動學基礎；通過聲吶獲取水下潛器前方障礙物的位置信息數(shù)據(jù)，建立運動障礙物的近似運動