[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

说明书

本发明公开了一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统，包括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；水下滑翔机全局路径规划模块用于获取水下滑翔机在整个航程中所需经过的路径点集合，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，进行碰撞判断，若出现碰撞，根据人工势场法重新计算任一水下滑翔机的路径点，并根据重新计算的路径点航行，直到重新计算的路径点与路径中的路径点重合。本发明能够满足水下滑翔机集群开展三维海洋观测的路径规划需求，同时采用惩罚函数实现避障功能，并采用人工势场法解决局部区域多水下滑翔机的避碰问题。

技术领域

本发明涉及水下滑翔机路径规划领域，尤其涉及一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统。

背景技术

当今时代，海洋资源越来越得到各国的重视。水下滑翔机因其具有小型化、轻量化、智能化等特点，是人们探索、开发和利用海洋的一种重要工具。水下滑翔机的路径规划、协调与控制在许多方面是一个新型的研究课题。在水下滑翔机自主航行过程中，由于海上和水下实时通信技术难以突破，现阶段路径规划对水下滑翔机航行安全和节省能耗来说十分重要。因此，设计一种基于能耗最优的水下滑翔机集群路径规划方法是十分必要的。

在水下滑翔机集群路径规划方面，国内外学者已经取得了一些进展。为实现水下滑翔机集群的路径规划，现有路径规划方法任然存在以下不足：

第一，现有研究结果仅适用于单水下滑翔机的路径规划，未考虑面向水下滑翔机集群的路径规划方法。

第二，现有研究结果研究了水下滑翔机集群的最短航行路径问题，但未针对水下滑翔机集群低航速、弱导航的特点综合考虑海流影响和避障避碰等特殊问题，无法满足水下滑翔机集群组网协同观测的实际需求。

针对水下滑翔机对路径曲率约束的要求，结合水下滑翔机运动学和动力学特性，探索对规划的三维路径进行平滑处理和参数化处理的方法，也是圆碟形水下滑翔机集群路径规划需要考虑的问题。

发明内容

本发明提供一种基于能耗最优的多水下滑翔机路径规划系统，以克服上述技术问题。

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。

优选地，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，