[發明專利]一種基于入侵雜草算法的水下航行器定位方法

有效

• 申請號: 201710035832.0
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN107063240B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 高沛林
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01S7/35
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種基于入侵雜草算法的水下航行器定位方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、構建水下無線傳感器網絡：將信標(2)作為無線傳感器網絡的錨節點布放在水下航行器(1)航行的工作水域位置，信標(2)數量至少為三個且至少三個信標(2)不在同一條直線上布放，每個信標(2)處于同一深度，每個信標(2)均與中心處理單元(3)通信；

步驟二、判斷水下航行器是否航行至工作水域位置：水下航行器(1)航行時通過航行控制器(1-3)驅動換能器(1-6)，采用無線收發模塊(1-7)發出無線探測信號，當處于工作水域位置內的信標(2)接收到水下航行器(1)信號時，說明水下航行器(1)航行至工作水域位置，執行步驟三；當處于工作水域位置內的信標(2)未接收到水下航行器(1)信號時，說明水下航行器(1)未航行至工作水域位置，信標(2)與中心處理單元(3)均處于休眠模式；

步驟三、建立二維平面直角坐標系：采用中心處理單元(3)建立二維平面直角坐標系，以水下航行器(1)在至少三個信標(2)所處平面的投影作為坐標原點建立二維平面直角坐標系O-xy；

步驟四、隨機產生N個初始雜草：采用中心處理單元(3)在二維平面直角坐標系O-xy中隨機產生N個初始雜草，N為正整數；

步驟五、根據公式計算第k個初始雜草的適應度值f_k(x,y)，其中，k為正整數且k≤N，M為信標(2)的數量，(x_i,y_i)為第i個信標(2)在二維平面直角坐標系O-xy中的坐標，(x_k,y_k)為第k個初始雜草在二維平面直角坐標系O-xy中的坐標，d_i為無線收發模塊(1-7)采集的第k個初始雜草與第i個信標(2)之間的距離；

步驟六、N次重復步驟五，分別獲取N個初始雜草的適應度值；

步驟七、根據公式計算第k個初始雜草繁殖產生的種子數，其中，f_min(x,y)為N個初始雜草中適應度最小值，f_max(x,y)為N個初始雜草中適應度最大值，S_max為雜草產生的最大種子數，S_min為雜草產生的最小種子數；

步驟八、確定第k個初始雜草繁殖產生種子的分布位置：根據確定第k個初始雜草產生的第t個種子的位置，其中，iter為迭代次數，σ_iter為第iter次迭代種子的標準差且iter_max為最大迭代次數，m為非線性調和指數且m＝3，σ_initial為起始標準差，σ_final為終止標準差，t為正整數且t≤N_k；

起始標準差σ_initial為最大標準差，終止標準差σ_final為最小標準差；

步驟九、N次重復步驟七至步驟八，分別獲取N個初始雜草首次繁殖產生的種子總數N_Z及分布位置，其中，

步驟十、計算每一顆繁殖產生的種子的適應度值f¹(x,y)，首次繁殖后形成首次種群，所述首次種群的數目為N個初始雜草和首次繁殖產生的種子總數N_Z之和；

步驟十一、判斷種群的數目是否超過環境所能承載的最大種群個數P_max：將種群中全部雜草與種子根據適應度值的不同，從小到大進行排序，適應度值小的排在前面，適應度值大的排在后面，當種群的數目超過環境所能承載的最大種群個數P_max時，將前P_max個雜草與種子作為下一次繁殖的父輩雜草，淘汰其余雜草與種子并執行步驟十二；當種群的數目未超過環境所能承載的最大種群個數P_max時，將全部雜草與種子作為下一次繁殖的父輩雜草，執行步驟十二；

步驟十二、對所述父輩雜草進行下一次生長繁殖：多次重復步驟七至步驟十一對父輩雜草進行多次生長繁殖，直至完成最大迭代次數，獲取適應度最小值，最小適應度值對應的二維平面直角坐標系O-xy中坐標為當前水下航行器(1)位于至少三個信標(2)所處平面的位置；

步驟十三、建立三維平面直角坐標系并獲取水下航行器的航行位置：在二維平面直角坐標系O-xy的基礎上，以水域深度為z軸建立三維平面直角坐標系O-xyz，通過深度計(1-2)實時采集水下航行器(1)航行深度位置，同時慣性測量單元(1-1)輸出水下航行器的實時航行信息，水下航行器(1)的航行數據均存儲在與航行控制器(1-3)連接的存儲器(1-4)中。