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、隨著各國對海洋資源關注度的提高,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)揮著越來越重要的作用,而水下潛器的航路設計屬于三維空間路徑規(guī)劃問題,是深海航行的關鍵技術之一,合理的設計航線,對航行的安全,燃料的利用和時間的節(jié)省,起著至關重要的作用。目前,三維空間路徑規(guī)劃存在著計算量大、運算時間長,尋路精度低等問題,為此本文針對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

2、算時間,提出一種基于彈性繩運動性質的三維空間路徑規(guī)劃方法——彈性繩算法,該方法通過模擬現(xiàn)實世界中彈性繩的運動方式,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,可快速準確地搜索到一條最短無碰路徑。
　　首先,對現(xiàn)實世界中彈性繩進行數(shù)學建模,得到彈性繩算法的計算公式,根據(jù)此公式給出彈性繩算法的運算步驟;詳細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、運動收斂定理和長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,推導并證明了彈性繩算法的收斂速度定理,即當彈性繩上點的個數(shù)確定時,存在常數(shù)k*(0,1),當彈性繩算法中的阻力系數(shù)*k時,算法的收斂速度最快;當阻力系數(shù)*k(0,k)時,k值越大,收斂速度越快;當阻力系數(shù)*k(k,1)時,k值越大,收斂速度越慢;該定理同時給出了k*的計算公式。同時,為了驗證彈性繩算法的正確性和有效性,設計了一種可應用在球形障礙環(huán)境下的彈性繩計算方法,并通過仿真

4、實驗驗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論。
　　最后,將彈性繩算法應用于真實海底地形環(huán)境中,給出三維高程數(shù)據(jù)下彈性繩算法的計算方法,仿真實驗表明,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,快速尋得一條平滑準確的三維海底路徑。同時,針對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行結合的的三維空間路徑規(guī)劃方法,并將該方法應用于海底地形環(huán)