基于改进鲸鱼优化算法的AUV三维路径规划

作     者：李广强 董文超 朱大庆 于越 陈浩 于双和 LI Guangqiang;DONG Wenchao;ZHU Daqing;YU Yue;CHEN Hao;YU Shuanghe

作者机构：大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026 

基　　金：国家自然科学基金(62073054) 辽宁省研究生教育教学改革研究项目(辽教通249号-209)资助课题 

出 版 物：《系统工程与电子技术》 (Systems Engineering and Electronics)

年 卷 期：2023年第45卷第7期

页      码：2170-2182页

摘      要：自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)已成为不同领域多种水下作业最有效的装备之一。针对其全局路径规划问题,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法的求解方法。首先对于建模问题,在环境模型中,鉴于三维空间中设置路径点的复杂性,给出了基于连接型快速扩展随机树(connected rapidly-exploring random tree,RRT-Connect)的建模方法;在数学优化模型中,综合了路径平滑度、下潜梯度和航行时间等3项评价准则,并考虑了强海流及障碍物带来的相关约束。然后针对上述模型,提出了一种改进的鲸鱼优化算法。引入了基于问题连接结构的优化思想,据此在线构建了关键子集族和有效子集族,用于实时发现关键度和有效度较高的连接集,并增大其重复利用率,以提高算法的收敛速度和精度。此外,为更全面有效地利用历史进化信息,设计了多学习集构造个体引领者及联合引导策略,以进一步增强算法的整体性能。最后根据实际海底地形信息和不同海流模型,设置了多种路径规划情形进行仿真实验。结果表明,相对于文献中其他鲸鱼优化算法和经典算法,所提算法在求解精度、收敛速度和稳定性等方面均表现更为出色,可较好地满足AUV航行的路径规划需求。

主 题 词：路径规划 鲸鱼优化算法 自主水下机器人 环境建模 

学科分类：080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.12305/j.issn.1001-506X.2023.07.28

馆 藏 号：203122471...