基于PSO和彈性繩算法的水下潛器三維空間路徑規(guī)劃方法研究.pdf

1、隨著各國(guó)對(duì)海洋資源關(guān)注度的提高,水下潛器在海洋資源開發(fā)、軍事信息偵察和海底深潛救援等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,而水下潛器的航路設(shè)計(jì)屬于三維空間路徑規(guī)劃問題,是深海航行的關(guān)鍵技術(shù)之一,合理的設(shè)計(jì)航線,對(duì)航行的安全,燃料的利用和時(shí)間的節(jié)省,起著至關(guān)重要的作用。目前,三維空間路徑規(guī)劃存在著計(jì)算量大、運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng),尋路精度低等問題,為此本文針對(duì)水下潛器的三維空間路徑規(guī)劃存在的問題展開深入研究。
　　為提高三維空間路徑規(guī)劃的尋路精度、降低運(yùn)

2、算時(shí)間,提出一種基于彈性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法——彈性繩算法,該方法通過模擬現(xiàn)實(shí)世界中彈性繩的運(yùn)動(dòng)方式,將彈性繩抽象成一條三維空間中的路徑,在彈性繩自身的收縮作用下,可快速準(zhǔn)確地搜索到一條最短無(wú)碰路徑。
　　首先,對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中彈性繩進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,得到彈性繩算法的計(jì)算公式,根據(jù)此公式給出彈性繩算法的運(yùn)算步驟;詳細(xì)分析和證明了彈性繩算法的收斂性,給出彈性繩的能量收斂定理、運(yùn)動(dòng)收斂定理和長(zhǎng)度收斂定理及其證明過程。
　　然

3、后,根據(jù)Banach壓縮映像原理分析了彈性繩算法的收斂速度,推導(dǎo)并證明了彈性繩算法的收斂速度定理,即當(dāng)彈性繩上點(diǎn)的個(gè)數(shù)確定時(shí),存在常數(shù)k*(0,1),當(dāng)彈性繩算法中的阻力系數(shù)*k時(shí),算法的收斂速度最快;當(dāng)阻力系數(shù)*k(0,k)時(shí),k值越大,收斂速度越快;當(dāng)阻力系數(shù)*k(k,1)時(shí),k值越大,收斂速度越慢;該定理同時(shí)給出了k*的計(jì)算公式。同時(shí),為了驗(yàn)證彈性繩算法的正確性和有效性,設(shè)計(jì)了一種可應(yīng)用在球形障礙環(huán)境下的彈性繩計(jì)算方法,并通過仿真

4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的收斂性定理和收斂速度定理的正確性,得出彈性繩算法可快速精確地尋找到球形環(huán)境中的局部最短路徑的結(jié)論。
　　最后,將彈性繩算法應(yīng)用于真實(shí)海底地形環(huán)境中,給出三維高程數(shù)據(jù)下彈性繩算法的計(jì)算方法,仿真實(shí)驗(yàn)表明,彈性繩算法可有效完成海底地形環(huán)境下的路徑規(guī)劃任務(wù),快速尋得一條平滑準(zhǔn)確的三維海底路徑。同時(shí),針對(duì)彈性繩算法缺乏全局尋優(yōu)能力,提出一種將彈性繩算法與粒子群算法進(jìn)行結(jié)合的的三維空間路徑規(guī)劃方法,并將該方法應(yīng)用于海底地形環(huán)