一种基于动态规划的水下航行器路径规划方法

文档序号:8223049阅读:655来源:国知局
一种基于动态规划的水下航行器路径规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水下航行器路径规划技术领域,具体涉及一种基于动态规划的水下航 行器路径规划方法。
【背景技术】
[0002] 路径规划是一种在某一特定环境下,从设定的起始点到终点规划出一条可行的路 径的方法,这条路径一定是在某种约束下的最优或次优解,这种约束可以是时间最优或威 胁最小或能耗最少等条件。路径规划已经应用于各种场合,例如移动机器人路径规划、无人 机路径规划,水下航行器路径规划。路径规划可以综合考虑各种环境状况,例如面临的各种 障碍、威胁,规划出一条时间最优或者能耗最优的路径,对于水下航行器路径规划也已经有 很多研究,然而对于低速水下航行器,例如水下滑翔机,在海洋中远比其它的水下航行器受 洋流的影响大,因此很有可能受洋流的运动而偏离既定的航迹很远,而且洋流速度的大小、 方向也不是固定不变的,而是随时间及各种因素状况不断调整的。

【发明内容】

[0003] 为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种基于动态规划的水下航行器路径 规划方法,针对传统水下航行器路径规划未能考虑低速水下航行器受洋流影响较大的情 况,根据可预测或已知的时变洋流设计了适用于单个水下航行器路径规划方法。
[0004] 一种基于动态规划的水下航行器路径规划方法,其特征在于步骤如下:
[0005] 步骤1、将路径规划空间栅格化:将规划区域的横向等间距分为n份,纵向等间距 分为m份,这样就形成了nXm个点,以每列的点为一个搜索阶段,按顺序组成n个阶段;以 第一个阶段的第一个点为搜索起始点,以最后阶段最后一个点为终点;
[0006] 步骤2 :在航行器起始点开始,根据已知的洋流模型,获取在初始时刻tstart、初始 点Search_start_point所在位置的洋流速度利用速度合成模型判断两个 搜索点之间能否通过;
[0007] 速度合成模型为:
【主权项】
1. 一种基于动态规划的水下航行器路径规划方法,其特征在于步骤如下: 步骤1、将路径规划空间栅格化:将规划区域的横向等间距分为η份,纵向等间距分为m 份,这样就形成了 nXm个点,以每列的点为一个搜索阶段,按顺序组成η个阶段;以第一个 阶段的第一个点为搜索起始点,以最后阶段最后一个点为终点;
步骤2 :在航行器起始点开始,根据已知的洋流模型,获取在初始时刻tstart、初始点 Search_start_point所在位置的洋流速度利用速度合成模型判断两个搜 索点之间能否通过; 速度合成模型为 如果Λ < 0,两点之间路径不可通; 如果Λ >0,计算两个搜索点之间的速度
如果彡〇,两点之间路径不可通; 式中:表示两个搜索点之间的单位矢量;Vvdlic^为航行器的速度,V 是洋 流在某一时刻的速度矢量; 如果'_> 〇, V 为两个搜索点之间的速度; 步骤3 :计_
,以为粗略估计的时间tMUgh_MUte; 步骤4 :以tMUgh MUte+tstart为时间值从洋流模型中获取在初始点的下一个搜索点的 V〇cean-current-en d速度; 少马來 5 :以(V〇cean-current-start+V〇cean-current-end) Z2 作为 V〇c旦an' 再次计算
,得到两个阶段搜索点之间的相对 trough_"ute更精确的时间t _U MUte,以tacxu _为搜索权重;以此计算一个阶段的所有点到下 一个阶段的所有点之间的时间,并把该时间作为两点间的搜索权重;然后以tacxuMUte+tstart 作为Search_end_point这一点的时刻值,在起始时刻为0的条件下,应用动态规划算法算 出最初起始点到这一搜索点的最早时刻,然后将其作为下一个搜索点的t start,以此作为获 取时变洋流速度的变量之一;在下一步搜索中,以Search_end_point为下一步的初始点, 以 1^。。11_1^+1^£^作为初始点所在时亥 |1,直至363^11_611(^〇;[111:为航行器的规划终点; 步骤6、应用动态规划算法找出从初始点到第i阶段所有点之间的距离:f [SiJ表示从 第i-Ι阶段所有点中找出使SiJ最小的点,作为f[Si,j]: f [si;J] = min{f[Si_1;k]+w(Si^ljk, si;J)} 其中:《(s^k,Si,P表示第i-1阶段的第k个点到第i阶段的第j个点所耗费时间; 然后开始进行第i到i+Ι阶段的搜索,首先通过2-5步骤计算出i阶段所有点到i+1 阶段所有点之间的时间,然后找出初始点到第i+1阶段所有点之间的距离,往后递推计算, 直至到最后阶段,最后f[S4(U(1]即为所求最短路径; 步骤7:将每个搜索阶段中找出的一个点,从起始点到最终点首位顺序连接出一条线 段,为规划路径,然后根据步骤2-5求得两个点之间所需时间。
【专利摘要】本发明涉及一种基于动态规划的水下航行器路径规划方法,对于低速水下航行器受到洋流影响较大,很大程度上会收到洋流的影响而偏离预定航迹很远,而现有的水下航行器都没能够考虑这一影响,而且洋流是复杂、时变的。本发明在洋流的未来状况已知的情况下,先将所要规划的区域栅格化然后利用速度合成模型来计算搜索点之间所耗费的时间值,并以时间值作为权重,应用动态规划算法在二维平面内规划出一条可达最优路径。本发明能够根据已知的洋流的情况,利用动态规划快速规划出一条可行路径,仿真验证了该算法具有良好的效果。
【IPC分类】G05D1-02
【公开号】CN104536442
【申请号】CN201410766346
【发明人】刘明雍, 许宝贵, 董婷婷, 高沛林, 武小金, 闫阔
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月11日
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