[发明专利]基于探测威胁域的无人潜航器路径规划装置及方法

说明书

本发明提供一种基于探测威胁域的无人潜航器路径规划装置及方法，基于探测威胁域的路径规划算法来解决地形障碍环境下UUV的路径规划问题，能满足UUV本身运动学约束、避碰约束以及隐蔽探测约束。在给定初始位置、终点位置、最大曲率约束、路径离散点分辨率、隐蔽安全指标等，规划出从运动起点到终点的路径，且光滑连续可导，满足UUV的航行转弯曲率约束、隐蔽安全指标等，使其以最短时间安全隐蔽到达终点。本发明首次将探测威胁理论与航行转弯曲率约束的几何理论应用到UUV的路径规划领域中，能快速实现路径规划，方法简单可靠，易于实现，计算量小，实时性较好，能满足路径规划要求，提高了路径规划的实用性，对今后水下路径规划领域的发展有着积极意义。

技术领域

本发明涉及无人水下潜航器隐蔽路径规划算法研究，尤其涉及一种基于探测威胁域的无人潜航器路径规划装置及方法，属于地形可视性领域、水声领域、复杂系统及智能控制领域，本发明可以用于无人潜航器控制、导航以及地图构建等领域。

背景技术

路径规划是无人潜航器研究领域的一个重要问题，它能够为无人潜航器产生安全可航行的路径，而这条在从起始状态到目标状态的过程中避开障碍物的路径中最优或者接近最优的一条。

UUV路径规划作为保障UUV安全、高效完成作业任务的重要功能，具有重要的现实意义。国内外众多学者在这方面进行了大量研究，提出了很多有效规划算法，取得了丰富的研究成果，如人工势场、A*算法、可视图法、快速扩展随机数、Voronoi图以及各种优化算法等获得了广泛的研究与应用。以上这种在网络的一个节点或多个节点之间产生一条路径的路径规划问题在运筹学、通信、计算几何和图形学等领域已被人们所熟知，然而将这些领域的规划概念应用于无人潜航器的隐蔽规划却是一个挑战。无人潜航器隐蔽路径规划的两个最重要的约束条件是路径的可航行性与隐蔽安全性。可航行性在于航行路径通常由连接各航路点的一系列分段直线段组成，但这样的路径并不是可航行的路径，难以满足航行器运动学或运动约束，由于每一对相连的分航路段都必须有相同的切线以形成一条曲率连续的路径，因此确定每个航路点的方向以使得每段航路相互匹配是非常重要的。隐蔽安全性是指航行器在执行一定隐蔽任务时，会受到来自对方声纳基阵、防御设施探测等威胁，从而不但影响任务执行的成功率，更将对航行器自身的隐蔽安全性造成一定威胁。同时由于对探测威胁区域的路径规划需要基于一定的地理数据，而大规模地理数据量的迫切需要高效的存储与传输，为此还需对环境数据进行压缩处理，从而减少数据冗余，降低数据存储和相应的通讯费用。

综上所述，目前无人潜航器路径规划的方法大多只考虑碍航物的存在问题，并未考虑如何处理路径点使其满足转弯曲率等约束条件，以及基于水声学的探测威胁等安全约束等问题，为此本发明基于对航行环境的水声探测威胁分析，规划出无人潜航器的隐蔽安全可行路径，以满足航行器物理性能上的各种约束条件，实现无人潜航器在路径规划领域中的工程应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决多约束情况下的无人潜航器隐蔽路径规划问题而提供一种基于探测威胁域的无人潜航器路径规划装置及方法，能够为无人潜航器规划地形障碍条件下连续可行的路径，解决无人潜航器在敌方探测威胁时的各种物理约束条件。