1.一种海洋航行器路径规划方法,其特征在于包括以下步骤:S1、获取海洋航行器作业区域的水下地形数据;
S2、构建海洋航行器路径的代价函数;
S3、对XY平面进行二维路径规划
S31、首先使用服从正态分布的导向性初始化方法对指数分布优化算法的位置信息进行初始化,以距连接起点和终点的直线L的距离d为参数,按照正态分布的规律选择路径点;
第i个路径点距离直线L的距离d服从均值为0,标准差为δ的正态分布:2
d~N(0,δ);
xi坐标成等距分布,yi由以下公式确定:yi=yii+d;
式中,yii表示在xi处时,直线L上的取值;
S32、构建指数分布优化算法模型,设置最大迭代次数,根据代价函数评估初始路径的适应度值,并根据适应度值对种群进行递增排序;
S33、取适应度值前三的个体的位置的平均值作为指导解 即:式中, 表示第t次迭代中第i个个体对应的位置;
S34、定义一组变量w,值与初始的种群相等,S35、在开发阶段,第i个个体的位置更新公式如下:式中,vi是一个过程变量,φ是在[0,1]中均匀生成的一个随机数,rand()表示[0,1]之间的随机数;
S36、在勘探阶段,第i个个体的位置更新公式如下:t
其中,M表示种群的平均位置,T表示最大迭代次数,r1和r2表示[1,N]之间的随机整数,且r1≠r2;
开发和勘探随机进行;
S37、在完成一次迭代的开发和勘探后,对整个种群进行交叉变异操作;交叉变异操作完成后,进行贪婪选择,选择适应度优的个体留下,其余个体淘汰;
S38、将指导解添加到种群的行列中;
S39、种群的更新遵守以下原则,即个体u需要进行贪婪选择后才进行更新,而w不需要贪婪选择,直接由v构成;
S310、若达到最大迭代次数,则结束迭代,进行以下步骤;若未达到最大迭代次数,则计算种群个体适应度,返回步骤S33继续迭代;
S4、根据二维路径规划线路上的高程信息规划z轴路径;
S5、对规划的路径进行B样条插值,平滑路径,完成海洋航行器三维路径规划。
2.根据权利要求1所述的一种海洋航行器路径规划方法,其特征在于,步骤S2中包括以下步骤:S21、代价函数F的计算公式如下:
F=Fl+Fh+Fs;
S22、代价函数包含路径长度Fl、高度Fh以及步长Fs,其计算公式如下:式中,n为路径点数目,Di表示第i+1个路径点与第i个路径点的平面距离,(xi,yi,zi)表示第i个路径点的位置,ze为终点的高度,zi为第i个路径点的高度,step为规定的最大步长。
3.根据权利要求1所述的一种海洋航行器路径规划方法,其特征在于,步骤S36中:开发和勘探的比例各占一半。
4.根据权利要求1所述的一种海洋航行器路径规划方法,其特征在于,步骤S36中:交叉为第i个个体与第 个个体进行,生成新的个体,交叉位置p为随机产生,变异为小概率事件,每个个体产生变异的几率设置为0.2。
5.根据权利要求1所述的一种海洋航行器路径规划方法,其特征在于,步骤S4中包括以下步骤:S41、获取XY平面路径点上对应的海底地形的高度值H(xi,yi),则(xi,yi)点处对应的高度值zi为:zi=H(xi,yi)+Hsafe;
其中,Hsafe为海洋航行器航行时距离海底的安全高度;
S42、将zi与上一路径点的高度zi‑1进行对比,下一路径的高度不能低于上一路径点高度;
6.根据权利要求1所述的一种海洋航行器路径规划方法,其特征在于,步骤S5中:B样条插值进行三次,B样条插值的公式如下:式中,Pi代表路径点, 代表第i个k阶B样条基函数,与路径点Pi相对应, 为自变量, 是一组非递减序列的连续变化值,首末值为0和1。