[发明专利]一种多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法

摘要

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。包括：构建初始航行上边界曲面；构建初始航行下边界曲面；下潜深度约束处理；最小离底间距约束处理；根据航行上、下边界曲面确定AUV航行环境空间。本发明提出一种多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法，在考虑AUV航行约束条件下生成AUV航行的上边界曲面和下边界曲面，上述两个曲面构成了AUV的航行环境空间，基于该航行环境空间进行航路规划可以提高航路的实用性，同时降低了航路规划的计算量，进而可以提高航路规划效率。

主权项

1.一种多约束条件下的AUV航行环境空间构建方法，其特征在于，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：Hup0(xi,yi)=T0(xi,yi),T0(xi,yi)≥hminhmin,T0(xi,yi)<hmin;]]>（3.2）航行下边界曲面下潜深度约束处理AUV的最大下潜深度为h_max，下边界曲面上的任一点(x_i,y_i)的水深值为H_bed(x_i,y_i)，进行最大下潜深度约束处理后的航行下边界曲面H_down0(x,y)为：Hdown0(xi,yi)=hmax,Hbed(xi,yi)≥hmaxHbed(xi,yi)Hbed(xi,yi)<hmin;]]>（4）最小离底间距约束处理AUV的最小离底间距为H_min，即对于下边界曲面上的每一个网格点，处理后的下边界曲面H_down(x_i,y_i)为：H_down(x_i,y_i)＝H_down0(x_i,y_i)+H_min；（5）最大升沉角约束处理最大升沉角对应航行曲面的坡度角，AUV的最大升沉角度为θ，相邻两个网格点i和i+1的属性值分别为v(i)和v(i+1)，间隔为l，相邻两个网格点组成直线的坡度角为φ，tanφ=v(i+1)-v(i)l]]>则调整坡度角，保证每一点的坡度均能满足最大升沉角约束v(i)＜v(i+1)时，v(i)=v(i),tanθ≥tanφv(i+1)-l×tanθ,tanθ<tanφ;]]>v(i)＝v(i+1)时，坡度角为0，不需要进行处理；v(i)＜v(i+1)时，v(i+1)=v(i+1),tanθ≥-tanφv(i)-l×tanθ,tanθ<-tanφ;]]>（6）根据航行上、下边界曲面确定AUV航行环境空间航行上边界曲面确定了航行环境空间的上边界，航行下边界曲面确定了航行环境空间的下边界，二者之间的空间既是AUV航行环境空间，航行环境空间中任意点(x₀,y₀)，则该点的深度值H(x₀,y₀)应该满足如下关系：H_up(x₀,y₀)＜H(x₀,y₀)＜H_down(x₀,y₀)。