[发明专利]基于混沌特性的水下探测装置

说明书

技术领域

本发明属于控制领域，涉及一种探测装置的路径规划方法，尤其是一种水下探测装置的路径规划方法，其主要目的是为了借助混沌的内在特性来快速实现探测装置路径的合理规划以及自动完成探测装置协同工作时的路径协同任务。

背景技术

伴随着对海洋资源的利用，以及对沉船等海底目标的搜索需要，水下探测装置的作用已毋庸置疑。而自主性是水下探测装置的重要指标。水下探测装置的自主能力是指其具有和外部环境进行交互的能力，进而，具有自主确定行进路线、自主避障、自主简单作业等功能。现有探测装置一般都要借助外界辅助（GPS等）来进行路径规划。对应的就需要探测装置具有信号接收装置和通信保障装置，这无疑增加了成本，且随着生产的探测装置数量的增加，成本会累计的增加。此外，为了尽快找到目标，通常使用多个探测装置同时进行搜索。而使用一般的探测装置，此时就需要对所有参与的探测装置进行路径规划并进行路径协同，以防止出现碰撞和搜索区的重复。这无疑又增加了工作量和成本。因此，有必要考虑使用新的方法来在节省成本的条件下，更简单高效的对探测装置进行路径规划和路径协同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种基于混沌特性的水下探测装置，能够在不借助外界导航系统和控制系统的情况下，快速实现探测装置路径的合理规划，即实现探测装置的自主行进和遍历搜索。而且，当使用多个该型探测装置进行联合搜索时，无需再次进行路径设定和探测装置间的协同规划。只需让各个探测装置从不同的位置下水即可，且各个下水地点无需彼此离的太远。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，主要包括九个步骤。

步骤一：根据栅格法为水下预定区域建立坐标系。

步骤二：由混沌序列发生器产生初始混沌序列，并完成相应的处理，以得到最终混沌序列。

步骤三：设定各个探测器的工作起点的坐标。对序列进行坐标变化使之和预定工作区域的坐标范围基本保持一致，且使序列的起点和设定的工作起点基本重合。

步骤四：将混沌序列储存在路径规划系统里，并使探测装置在预定下水点（工作起点）附近下水,此时探测装置定位系统开始工作，产生了探测装置的坐标位置。

步骤五：障碍物识别系统开始工作，通过声呐等探测技术发现障碍物并确定是固定障碍物还是运动障碍物。如是固定的则将其坐标发送给数据处理系统，如果是运动的则每隔一个时间点发送一次障碍物的坐标。

步骤六：目标比对系统开始工作，通过声呐等探测技术对周围空间进行探测，一旦发现目标即向数据处理系统发送发现目标的信号，否则不发送。

步骤七：信号发射系统处于待激活状态，一旦接到数据处理系统发送的发现目标的信号即向外界发送目标的坐标信息。

步骤八：路径规划系统开始工作，通过混沌序列里对应的两个相邻的坐标，给出一条直线路径，然后对数据处理系统给的数据进行分析，并给出最终路径。其分析步骤如下：

1、如果信号处理系统给出固定障碍物的判定及其坐标，则计算该坐标与上述直线路径的距离是否大于安全距离。如果是则将上述路径对应的参数发给驱动系统，否则确定障碍物位于直线路径的哪侧，并从另一侧进行绕行。

2、如果信号处理系统给出运动障碍物的判定及发送过来的时间序列和坐标序列的信息,则根据障碍物的运动趋势来决定探测器的前进路径或规避路径。

步骤九：驱动系统开始工作，根据路径规划系统发来的数据，驱动探测装置运动。

所述步骤二中，初始混沌序列指的是以利用混沌特性为目的的广义的“混沌序列”。其应包括多种情况，例如：

1、根据某个混沌系统的动力学方程或某个混沌电路，通过采样等方式得到一个混沌序列作为初始混沌序列。

2、对多个混沌序列的组合所得的序列作为初始混沌序列。

所述步骤二中，最终混沌序列指的是根据数据处理系统的运算速率和探测装置的探测半径等限制条件对初始混沌序列（序列的每个元素是一个三维坐标）进行非均匀采样等处理，所得的序列再通过乘以一个合适的比例系数等变换方法处理后，使得所得的混沌序列对应的轨迹适合探测装置使用（如图2所示）。如果多次尝试后所得的混沌序列仍不适合探测装置使用，则重新选定初始混沌序列并按上述步骤重新尝试。按照此法，直到所得的混沌序列适合探测装置使用为止。

所述步骤五中的障碍物识别系统指的是以防止探测装置无法继续行进为目的的支持系统。故而，将障碍物信息预先置入探测装置相关系统内直接加以利用等方法依然属于本障碍物识别系统的范畴。

所述步骤八中的路径规划系统指的是以利用混沌序列的上述特性为基础构建的规划系统。