[发明专利]一种自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法

说明书

本发明公开一种自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法，包括(1)基于局部区域遍历方法生成局部区域路径，并统计各局部区域所有可能的遍历起始点；(2)基于L‑SHADE优化方法分析出最优遍历顺序和各局部区域最佳的遍历起始点；(3)根据获得的最佳遍历起始点位置和最优遍历顺序组合局部遍历路径，生成最优的遍历路径。本方案通过优化步骤有效减少了水下航行器转弯次数，使水下航行器执行任务过程更加容易控制，姿态更加稳定；并且通过构建适应度函数，由L‑SHADE优化方法计算寻优，保证获取最优的的区域遍历顺序和最佳的局部区域遍历起始点，总之，本方案方法受任务起始点位置影响较小，不仅高效而且稳定，具有较高的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及水下航行器导航技术领域，具体涉及一种自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法。

背景技术

自主式水下航行器(AUV，Autonomous Underwear Vehicle)的路径规划性能反映了AUV的自主水平，路径规划问题也一直是AUV研究领域的热点问题。遍历路径规划是海洋调查的一项重要任务，而AUV的续航力是完成任务的基本条件。但是由于体积的限制，AUV携带能源有限，因此规划效率最优的航行路径，以最低能耗执行任务，有利于减少任务执行时间，缓解AUV能源不足的限制，对于AUV在实际中的应用具有重要意义。

现有的路径规划方法有精确单元分解法、基于网格的全遍历覆盖方法和最优覆盖方法。(1)精确单元分解方法未考虑单元与单元之间的遍历路径问题，因此，该方法规划出的路径依然存在优化空间；(2)基于网格的全遍历覆盖方法内存使用率会呈指数级增长，不能适用于复杂环境下的路径规划，而且该方法需要精确定位保证地图的一致性；(3)最优覆盖方法将各分解单元看作节点，然后利用遗传算法或将问题转化为旅行商问题求解最优路径，该方法对精确单元法和基于网格的方法作出进一步优化，但是将分解单元看作为质点，容易导致求解结果不精确，因为区域并不是一个点，如果有多个区域的话，从哪个点进入或驶出一个区域也很重要，区域内部规划路径的起始点和终止点也并非固定不变，故而对最终的路径规划结果有很大影响；而且，使用遗传算法作为计算引擎可能出现收敛速度慢、计算结果差的现象。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提出一种自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法，解决了多个任务区域之间的最优路径规划问题，在水面或水下执行任务时，通过规划最优的路径，减少任务时长，提升任务执行效率。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法，包括以下步骤：

步骤A、局部区域规划：针对AUV巡航的多区域范围进行局部区域遍历，生成局部区域路径，并统计各局部区域所有的遍历起始点；

步骤B、优化：根据步骤A所得到的所有遍历起始点，通过优化分析获得最优遍历顺序和各局部区域的最佳遍历起始点；

步骤C、路径生成：基于获得的最佳遍历起始点位置和最优遍历顺序组合局部遍历路径，生成最优的遍历路径。

进一步的，所述步骤A中在进行局部区域规划时，以转弯次数最少为优化目标确定最优的扫描方向；

(1)设侧扫声呐单侧扫描范围为d，局部区域顶点个数为n，顶点集合为V＝{V₁,…,V_n}，边的集合为E＝{E₁,…,E_n}，第i条边E_i与每个顶点各有一个距离，计算其中的最大距离D_i,j，并得到最大距离对应的顶点V_j，从顶点V_j到边E_i作垂线，即得到一个扫描方向，按照该方向扫描所需的转弯次数t为

其中d为常量，符号表示向上取整，D_i,j越小，转弯次数越少；