一種水下自主航行器導航遠程導航方法
【專利摘要】本發明涉及一種水下自主航行器導航遠程導航方法，受生物長途遷徙原理啟發，歸結地球物理場導航過程為多參量多目標搜索問題，將水下航行器導航參數作為搜索方案構建進化種群，采用時序進化搜索算法，在求解多目標搜索問題的同時獲取的導航收益，最終實現無需先驗數據庫的地球物理場導航，本發明除了無需先驗數據庫的優點外，還提高了水下航行器自主導航能力、隱蔽性，可作為洲際遠程導航、無人機等運載體的導航控制方法。本發明的方法從仿生搜索角度實現遠程導航任務，擺脫了地球物理場導航對先驗數據庫的依賴，增強了水下航行器自主運動能力。
【專利說明】-種水下自主航行器導航遠程導航方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水下航行器領域，具體設及一種水下自主航行器導航遠程導航方法。
【背景技術】
[0002] 水下自主航行器是一種水下自主運動的機器人，主要功能是承擔水下勘探、偵測 甚至是軍事上的進攻防守等任務，具有活動范圍大、機動性好、安全、智能化等優點。由于在 水下無線電信號衰減嚴重，陸地與空中常用的Gl^s定位系統，難W適用于水下環境，導航問 題已經成為發展水下航行器技術重要的挑戰。
[0003] 目前，水下自主航行器常用的導航方法主要有兩類：
[0004] 一類是利用自身信息的導航系統，如慣性系統、多普勒系統，載體利用自身運動運 動信息進行航位推算，工作不受外部環境影響，具有全天候、全空間、高隱蔽性等特點。然 而，此類方法成本高、且導航誤差隨航程會累積增大，遠程長航時情況下，精度難W保證。
[0005] 二類是利用地球物理場的導航系統，如地磁匹配、地形匹配等，利用實測物理場特 征數據與先驗數據庫相關匹配，獲取位置信息，此類方法具有高自主性、隱蔽性強等特點。 然而，定位精度與導航適用范圍受先驗數據庫的完整性、精確度限制，難W在未知環境應 用。就目前環境探測技術而言，建立全時空導航可用的先驗數據庫是困難的、昂貴的，尤其 是水下環境。
[0006] 上述兩類方法所存在的缺陷，將大大減低水下航行器遠程導航能力。
【發明內容】
[0007] 要解決的技術問題
[000引為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種水下自主航行器導航遠程導航方 法，針對W上缺陷，受生物進行遠程遷徙的導航原理啟發，提出一種多特征參量捜索的導航 方法，將地球物理場看做多種參量的混合體，轉化導航問題為多參量多目標捜索問題，通過 載體自主捜索運動求解多目標問題，實現無需地球物理場先驗數據庫的遠程自主導航目 的。
[0009] 技術方案
[0010] 一種水下自主航行器導航遠程導航方法，其特征在于步驟如下：
[0011] 步驟1;為自主航行器裝載遠程導航運動參數，包括載體航行速度V，航向采樣間 隔T，導航目標特征集CT;
[0012] 步驟2 載體可行性運動方向為樣本，建立進化種群，其中第j個樣本為：e j.= TXi，其中；0為可行性運動方向，i G [1，…，m]，m為可行性運動方向的數目；_]'￡[1，"- ，NpJ，Np。。為種群規模；
[0013] 步驟3 ;在第k個時刻，實測當前載體所處位置的環境特征集合C\執行導航運動 捜索，從進化種群中隨機選取任一樣本作為載體運動方向，執行導航捜索，在單位時間內獲 得運動位移為以實測移動當前特征集合CW;
[0014] 步驟4、計算所執行樣本的導航性能；將特征集合帶入公式
【權利要求】
1. 一種水下自主航行器導航遠程導航方法，其特征在于步驟如下： 步驟1 :為自主航行器裝載遠程導航運動參數，包括載體航行速度V，航向采樣間隔T， 導航目標特征集CT; 步驟2 :以載體可行性運動方向為樣本，建立進化種群，其中第j個樣本為：0j=TXi，其中：0為可行性運動方向，iG[1，--?，!!!]，m為可行性運動方向的數目；_]_￡[1，? ，N_]，N_為種群規模； 步驟3 :在第k個時刻，實測當前載體所處位置的環境特征集合Ck，執行導航運動搜索， 從進化種群中隨機選取任一樣本作為載體運動方向，執行導航搜索，在單位時間內獲得運 動位移為L，實測移動當前特征集合Ck+1;
計算獲取多目標函數F及約束函數J;如果目標函數F中各子目標函數收斂至0,則認為載 體到達目的地，否則依據約束函數進行種群進化；如果約束函數J變小，則對種群執行繁殖 操作；如若約束函數J變大，則對種群執行淘汰操作； 其中，Ulrf為水下航行器導航參數，由航行速度V和航向角0組成；F為目標函數，J為 搜索約束； 步驟5、繁殖操作：以等概率隨機從種群中選取樣本，賦值為上一步被執行的樣本； 步驟6:淘汰操作，隨機生成新的種群樣本替換上一步被執行的樣本； 步驟7:變異操作，針對種群所有樣本，按照變異算子，執行變異操作，得到新的種群； 步驟8 :得到新的進化種群，重新進行樣本選擇，執行步驟3 ;往復進行上述過程，直至 目標函數F收斂至各自最小值。
【文檔編號】G01C21/20GK104501815SQ201410789866
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】劉明雍, 劉坤, 李紅, 張小件, 李洋, 楊盼盼, 雷小康 申請人:西北工業大學