[发明专利]一种多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法

说明书

技术领域

本发明属于水下潜器航行环境空间建模技术领域，具体涉及一种多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法。 

背景技术

航行环境建模是对AUV航行所处的海洋环境空间进行抽象建模，以构建航路规划的规划空间。航行环境空间建模是航路规划的基础，直接影响规划的效率与精度。传统的航行空间建模方法一般将海底地形以上、海平面以下的空间作为AUV航行空间。这种建模方法一方面忽略了AUV自身的约束条件，导致在此环境中规划出的航路不能使用；另一方面加大了航路规划算法的计算量。 

AUV的实际航行环境是一个三维空间，海底地形是海洋环境最基本的空间框架，构成了AUV航行环境的下边界。而为了保证不被敌方的空中侦察发现，AUV必须至少航行在海水透明度以下，透明度决定了AUV航行的上边界。因此，AUV的实际航行空间就是航行上、下边界之间的区域，我们可以通过构建航行边界曲面来确定航行空间。为了保证航行的安全和隐蔽，AUV航行过程中要充分考自身机动性能的约束，如每条AUV都有最大下潜深度和最小下潜深度的限制；为了保障航行的安全性，AUV与海底距离不能过小；上浮和下潜时，每条AUV都有一个最大升沉角度。因此，为了提高航行边界曲面的实用性，必须在构建航行边界曲面时考虑AUV航行过程中的约束条件。现有的文献表明，目前还没有关于多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法方面的研究。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高航路规划效率的多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法。 

多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法，包括以下步骤： 

（1）构建初始航行上边界曲面 

以透明度历史统计数据为基础数据源，采用二维三次卷积插值方法对数据进行插值，以生成初始航行上边界曲面； 

（2）构建初始航行下边界曲面 

以电子海图中的水深数据为基础数据，利用自然单元插值方法对水深数据进行插值，生成初始航行下边界曲面； 

（2.1）根据AUV的航行区域选择电子海图作为基础数据源 

根据AUV的航行任务确定航行的海域范围，以能够包围该海域的最大比例尺海图作为AUV航行区域最佳的基础数据源； 

（2.2）从电子海图中提取水深数据，生成基础数据 

提取步骤（2.1）确定的海图中航行区域内的水深点并以此存入水深点数据结构中； 

（2.3）将岛屿、沉船、井架进行地形等价处理 

将海洋中的岛屿等价位水深值为0的地形；将沉船、井架等价为海底地形，该处地形的深度为海水深度减去沉船或者井架的高度； 

（2.4）对下边界高程数据进行插值，生成初始航行下边界曲面 

采用自然单元插值对离散高程数据进行内插处理，生成初始航行下边界曲面 

{V_down(i)＝(x_i,y_i,d_i),i＝1,2,...,N}； 

其中，(x_i,y_i)表示水平坐标，d_i是(x_i,y_i)处的海深值； 

（3）下潜深度约束处理 

（3.1）航行上边界曲面下潜深度约束处理 

对于上边界曲面上的任一点(x_i,y_i)，设该点的透明度值为T₀(x_i,y_i)，AUV的最小下潜深度为h_min，进行最小下潜深度约束处理后的航行上边界曲面H_up0(x,y)为：