一種水下自主航行器導(dǎo)航遠(yuǎn)程導(dǎo)航方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種水下自主航行器導(dǎo)航遠(yuǎn)程導(dǎo)航方法，受生物長(zhǎng)途遷徙原理啟發(fā)，歸結(jié)地球物理場(chǎng)導(dǎo)航過(guò)程為多參量多目標(biāo)搜索問(wèn)題，將水下航行器導(dǎo)航參數(shù)作為搜索方案構(gòu)建進(jìn)化種群，采用時(shí)序進(jìn)化搜索算法，在求解多目標(biāo)搜索問(wèn)題的同時(shí)獲取的導(dǎo)航收益，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)需先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的地球物理場(chǎng)導(dǎo)航，本發(fā)明除了無(wú)需先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)外，還提高了水下航行器自主導(dǎo)航能力、隱蔽性，可作為洲際遠(yuǎn)程導(dǎo)航、無(wú)人機(jī)等運(yùn)載體的導(dǎo)航控制方法。本發(fā)明的方法從仿生搜索角度實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程導(dǎo)航任務(wù)，擺脫了地球物理場(chǎng)導(dǎo)航對(duì)先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的依賴，增強(qiáng)了水下航行器自主運(yùn)動(dòng)能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種水下自主航行器導(dǎo)航遠(yuǎn)程導(dǎo)航方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水下航行器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種水下自主航行器導(dǎo)航遠(yuǎn)程導(dǎo)航方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水下自主航行器是一種水下自主運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，主要功能是承擔(dān)水下勘探、偵測(cè) 甚至是軍事上的進(jìn)攻防守等任務(wù)，具有活動(dòng)范圍大、機(jī)動(dòng)性好、安全、智能化等優(yōu)點(diǎn)。由于在 水下無(wú)線電信號(hào)衰減嚴(yán)重，陸地與空中常用的Gl^s定位系統(tǒng)，難W適用于水下環(huán)境，導(dǎo)航問(wèn) 題已經(jīng)成為發(fā)展水下航行器技術(shù)重要的挑戰(zhàn)。
[0003] 目前，水下自主航行器常用的導(dǎo)航方法主要有兩類(lèi)：
[0004] 一類(lèi)是利用自身信息的導(dǎo)航系統(tǒng)，如慣性系統(tǒng)、多普勒系統(tǒng)，載體利用自身運(yùn)動(dòng)運(yùn) 動(dòng)信息進(jìn)行航位推算，工作不受外部環(huán)境影響，具有全天候、全空間、高隱蔽性等特點(diǎn)。然 而，此類(lèi)方法成本高、且導(dǎo)航誤差隨航程會(huì)累積增大，遠(yuǎn)程長(zhǎng)航時(shí)情況下，精度難W保證。
[0005] 二類(lèi)是利用地球物理場(chǎng)的導(dǎo)航系統(tǒng)，如地磁匹配、地形匹配等，利用實(shí)測(cè)物理場(chǎng)特 征數(shù)據(jù)與先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)匹配，獲取位置信息，此類(lèi)方法具有高自主性、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)。 然而，定位精度與導(dǎo)航適用范圍受先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性、精確度限制，難W在未知環(huán)境應(yīng) 用。就目前環(huán)境探測(cè)技術(shù)而言，建立全時(shí)空導(dǎo)航可用的先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)是困難的、昂貴的，尤其 是水下環(huán)境。
[0006] 上述兩類(lèi)方法所存在的缺陷，將大大減低水下航行器遠(yuǎn)程導(dǎo)航能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 要解決的技術(shù)問(wèn)題
[000引為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種水下自主航行器導(dǎo)航遠(yuǎn)程導(dǎo)航方 法，針對(duì)W上缺陷，受生物進(jìn)行遠(yuǎn)程遷徙的導(dǎo)航原理啟發(fā)，提出一種多特征參量捜索的導(dǎo)航 方法，將地球物理場(chǎng)看做多種參量的混合體，轉(zhuǎn)化導(dǎo)航問(wèn)題為多參量多目標(biāo)捜索問(wèn)題，通過(guò) 載體自主捜索運(yùn)動(dòng)求解多目標(biāo)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)需地球物理場(chǎng)先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程自主導(dǎo)航目 的。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 一種水下自主航行器導(dǎo)航遠(yuǎn)程導(dǎo)航方法，其特征在于步驟如下：
[0011] 步驟1;為自主航行器裝載遠(yuǎn)程導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括載體航行速度V，航向采樣間 隔T，導(dǎo)航目標(biāo)特征集CT;
[0012] 步驟2 載體可行性運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闃颖?，建立進(jìn)化種群，其中第j個(gè)樣本為：e j.= TXi，其中；0為可行性運(yùn)動(dòng)方向，i G [1，…，m]，m為可行性運(yùn)動(dòng)方向的數(shù)目；_]'￡[1，"- ，NpJ，Np。。為種群規(guī)模；
[0013] 步驟3 ;在第k個(gè)時(shí)刻，實(shí)測(cè)當(dāng)前載體所處位置的環(huán)境特征集合C\執(zhí)行導(dǎo)航運(yùn)動(dòng) 捜索，從進(jìn)化種群中隨機(jī)選取任一樣本作為載體運(yùn)動(dòng)方向，執(zhí)行導(dǎo)航捜索，在單位時(shí)間內(nèi)獲 得運(yùn)動(dòng)位移為以實(shí)測(cè)移動(dòng)當(dāng)前特征集合CW;
[0014] 步驟4、計(jì)算所執(zhí)行樣本的導(dǎo)航性能；將特征集合帶入公式

【權(quán)利要求】
1. 一種水下自主航行器導(dǎo)航遠(yuǎn)程導(dǎo)航方法，其特征在于步驟如下： 步驟1 :為自主航行器裝載遠(yuǎn)程導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括載體航行速度V，航向采樣間隔T， 導(dǎo)航目標(biāo)特征集CT; 步驟2 :以載體可行性運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闃颖荆⑦M(jìn)化種群，其中第j個(gè)樣本為：0j=TXi，其中：0為可行性運(yùn)動(dòng)方向，iG[1，--?，!!!]，m為可行性運(yùn)動(dòng)方向的數(shù)目；_]_￡[1，? ，N_]，N_為種群規(guī)模； 步驟3 :在第k個(gè)時(shí)刻，實(shí)測(cè)當(dāng)前載體所處位置的環(huán)境特征集合Ck，執(zhí)行導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)搜索， 從進(jìn)化種群中隨機(jī)選取任一樣本作為載體運(yùn)動(dòng)方向，執(zhí)行導(dǎo)航搜索，在單位時(shí)間內(nèi)獲得運(yùn) 動(dòng)位移為L(zhǎng)，實(shí)測(cè)移動(dòng)當(dāng)前特征集合Ck+1;
計(jì)算獲取多目標(biāo)函數(shù)F及約束函數(shù)J;如果目標(biāo)函數(shù)F中各子目標(biāo)函數(shù)收斂至0,則認(rèn)為載 體到達(dá)目的地，否則依據(jù)約束函數(shù)進(jìn)行種群進(jìn)化；如果約束函數(shù)J變小，則對(duì)種群執(zhí)行繁殖 操作；如若約束函數(shù)J變大，則對(duì)種群執(zhí)行淘汰操作； 其中，Ulrf為水下航行器導(dǎo)航參數(shù)，由航行速度V和航向角0組成；F為目標(biāo)函數(shù)，J為 搜索約束； 步驟5、繁殖操作：以等概率隨機(jī)從種群中選取樣本，賦值為上一步被執(zhí)行的樣本； 步驟6:淘汰操作，隨機(jī)生成新的種群樣本替換上一步被執(zhí)行的樣本； 步驟7:變異操作，針對(duì)種群所有樣本，按照變異算子，執(zhí)行變異操作，得到新的種群； 步驟8 :得到新的進(jìn)化種群，重新進(jìn)行樣本選擇，執(zhí)行步驟3 ;往復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程，直至 目標(biāo)函數(shù)F收斂至各自最小值。
【文檔編號(hào)】G01C21/20GK104501815SQ201410789866
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】劉明雍, 劉坤, 李紅, 張小件, 李洋, 楊盼盼, 雷小康 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)