[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

本發明公開了一種基于入侵雜草算法的水下航行器定位方法，包括步驟：一、構建水下無線傳感器網絡；二、判斷水下航行器是否航行至工作水域位置；三、建立二維平面直角坐標系；四、隨機產生初始雜草；五、計算初始雜草的適應度值；六、獲取所有初始雜草的適應度值；七、計算初始雜草繁殖產生的種子數；八、確定初始雜草繁殖產生種子的分布位置；九、獲取所有初始雜草首次繁殖的種子總數及分布位置；十、計算每一顆繁殖產生的種子的適應度值；十一、判斷種群的數目是否超過最大種群個數；十二、對父輩雜草進行下一次繁殖；十三、建立三維平面直角坐標系并獲取水下航行器航行位置。本發明定位導航準確性強，工作效率高，成本低。

技術領域

本發明屬于水下航行器導航定位技術領域，具體涉及一種基于入侵雜草算法的水下航行器定位方法。

背景技術

高精度的水下導航與定位是航行器水下作業時必須面對的關鍵問題之一。而水下環境較陸地、空中更加復雜多變，目前水下航行器多用慣導系統作為主要導航設備，借助其他輔助設備抑制慣導系統導航誤差的發散，從而實現組合導航，提高導航精度，水下導航與定位的目的就是使水下航行器獲得較高的位置精度。超短基線水聲定位系統由于其尺寸小，使用、維護方便，定位精度較高，而多與慣導系統結合，構成組合導航系統，但這種定位方式精度隨航行器與信標之間的距離的增大而降低。同時，無論是哪種輔助導航設備，當慣導系統或輔助導航設備任何一方發生故障時，導航系統會因無法得到外部修正，導航誤差會大幅度增加，導航精度會迅速降低，進而航行器會失去定位能力，甚至可能跑丟。因此，現如今缺少一種結構簡單、成本低、設計合理的基于入侵雜草算法的水下航行器定位方法，利用已有的水聲陣列，抑或重新布放，當航行器進入信標陣列后，對航行器實時位置進行定位，這些位置信息可以直接使用，從而在水下航行器導航系統故障時提供水下航行器的位置信息，將定位問題轉化為最優化問題進行求解，兼顧了定位效率的同時，提高了定位精度，解決了水下航行器高成本作業問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于入侵雜草算法的水下航行器定位方法，通過水下航行器進入信標監測區域后實時地收、發信號，與位置已知的信標進行信息交互，利用入侵雜草算法，計算出水下航行器的實時位置，從而對水下航行器進行水下定位，擺脫水下航行器對慣性導航設備的依賴，便于推廣使用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：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：將信標作為無線傳感器網絡的錨節點布放在水下航行器航行的工作水域位置，信標數量至少為三個且至少三個信標不在同一條直線上布放，每個信標處于同一深度，每個信標均與中心處理單元通信；

步驟二、判斷水下航行器是否航行至工作水域位置：水下航行器航行時通過航行控制器驅動換能器，采用無線收發模塊發出無線探測信號，當處于工作水域位置內的信標接收到水下航行器信號時，說明水下航行器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未接收到水下航行器信號時，說明水下航行器未航行至工作水域位置，信標與中心處理單元均處于休眠模式；

步驟三、建立二維平面直角坐標系：采用中心處理單元建立二維平面直角坐標系，以水下航行器在至少三個信標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為信標的數量，(x_i,y_i)為第i個信標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為無線收發模塊采集的第k個初始雜草與第i個信標之間的距離；