[发明专利]一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统

权利要求书

1.一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统，其特征在于，包括水下滑翔机能耗设计模块、水下滑翔机全局路径规划模块、水下滑翔机局部路径规划模块，

所述水下滑翔机能耗设计模块用于计算水下滑翔机在单个滑翔周期的能耗，包括浮力调节所需的能耗、姿态调节所需的能耗和通信定位所需的能耗和水下滑翔机的传感器在单个滑翔周期内连续工作所需的能耗；

所述水下滑翔机全局路径规划模块用于通过粒子群算法获取水下滑翔机在整个航程中所需经过的路径点集合，通过水下滑翔机能耗设计模块计算航程所需的总能耗，将总能耗作为粒子的适应度值，将路径点是否出现在碍航物区域作为惩罚函数，根据总能耗最低时的路径点集合获取每艘水下滑翔机的路径；

所述水下滑翔机局部路径规划模块用于根据每艘水下滑翔机的路径，判断不同水下滑翔机之间是否出现碰撞，若出现碰撞，则根据人工势场法重新计算任一水下滑翔机的路径点，水下滑翔机根据重新计算的路径点航行，当重新计算的路径点与路径中的路径点重合，表示碰撞解除，将重新计算后的路径点集合更新在路径中。

2.根据权利要求1所述的一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统，其特征在于，所述计算水下滑翔机在单个滑翔周期的能耗是通过公式(1)计算，

其中，E_t是单个滑翔周期产生与滑翔时间有关的能耗，E_fd为下潜抽油阶段能耗，上浮排油阶段能耗E_fu，E_c是单个滑翔周期产生的通信定位能耗，E_z为上浮或下潜姿态调节系统产生的能耗，∵为航迹角，B_d为下潜净浮力，P_v和P_a分别为电磁阀功率和气泵功率，q_v和q_a分别为液压阀流量和气泵流量，ρ为海水密度，g为重力加速度，q_p为液压泵排量，η_P为液压泵效率，H为下潜深度，U_e、I₀和η_m分别为液压泵拖动电机的额定电压、额定电流和效率，B_u为上浮净浮，p_m为滑块拖动电机功率，v_p1为滑块移动速度，v_p1为滑块移动速度，P_c和t_c分别为通信功率和通信时间，P_t为连续工作制元器件的平均功率，V_G为水下滑翔机的实时航速，D_d表示海面附近的浮力、姿态的调节次数和通信定位次数，D_u表示最大工作水深附近的浮力和姿态调节次数，假设水下滑翔机在水平滑翔距离S下的运动位于同一剖面，且各剖面内最大工作水深H相同，则水下滑翔机航行的周期数C＝S tan∵/(2H)，m为粒子群的维度。

3.根据权利要求1所述的一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统，其特征在于，所述将路径点是否出现在碍航物区域作为惩罚函数是指通过公式(2)建立，

其中，表示路径起始点至路径终点之间在海面附近的浮力、姿态的调节次数和通信定位次数；表示路径起始点至路径终点之间在最大工作水深附近的浮力和姿态调节次数；为水下滑翔机航行周期数；为路径起始点至路径终点之间的水平距离；S_F表示碍航物所在区域，为路径点集合，T为迭代次数，i表示粒子，m为粒子的维度，E_t是单个滑翔周期产生与滑翔时间有关的能耗，E_fd为下潜抽油阶段能耗，上浮排油阶段能耗E_fu，E_c是单个滑翔周期产生的通信定位能耗，E_Z为上浮或下潜姿态调节系统产生的能耗。

4.根据权利要求1所述的一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统，其特征在于，所述判断不同水下滑翔机之间是否出现碰撞是指分别计算每艘水下滑翔机经过不同路径点的时间，以水下滑翔机经过路径点的最早时间作为航行时间的开始时间，以水下滑翔机经过路径点的最晚时间作为航行时间的结束时间，将航行时间划分为时间间隔，计算在时间间隔内所有水下滑翔机之间的距离，若水下滑翔机之间的距离小于阈值，表示水下滑翔机之间会出现碰撞。

5.根据权利要求1所述的一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统，其特征在于，所述根据人工势场法重新计算任一水下滑翔机的路径点是指选取任一水下滑翔机作为调整滑翔机，根据碰撞发生前水下滑翔机的路径点，计算调整滑翔机与其它滑翔机之间的斥力，以调整滑翔机发生碰撞的路径点作为参考位置，计算参考位置对调整滑翔机产生的引力，根据斥力和合力计算调整滑翔机的路径点。