基于蝙蝠算法的水下潜器航路规划方法分析

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1、基于蝙蝠算法的水下潜器航路规划方法研究摘要航路规划，是实现水下潜器自主控制与运动的关键技术之一，其主要任务是在环境已知或者部分已知的情况下，在规划区域内，按照一定的优化准则，使水下潜器避开环境中的禁航区域，搜索从起始位置到目的位置的最优或者次优航路。航路规划，实际上是一种典型的优化搜索问题。蝙蝠算法是近年来提出的一种元启发式优化方法。目前，已被广泛地应用于科学计算和工程设计等优化问题。实践结果表明，蝙蝠算法能够较好地求解非线性、高维度、多约束等复杂优化问题。本论文在真实的三维海底地形环境下，开展基于蝙蝠算法的水下潜器航路规划方法研究，论文主要研究工作如下：1、介绍了

2、原始蝙蝠算法的仿生学原理、数学模型和实施流程。针对蝙蝠速度和位置更新方式的不同，分别定义了模型1和模型2蝙蝠算法，利用特征值方法，对蝙蝠算法的收敛性进行了理论分析。证明了模型1蝙蝠算法不收敛，模型2蝙蝠算法在一定条件下收敛，并给出了模型2蝙蝠算法的参数选取范围。最后，对测试函数的仿真对比实验，进一步验证了理论推导的正确性。2、就种群规模、惯性权重、脉冲响度因子和脉冲速率因子等参数，对蝙蝠算法的性能影响进行了数值仿真分析，给出了各个参数的最优取值。3、针对原始蝙蝠算法不收敛，局部搜索策略中没有考虑搜索区域的大小，以及算法缺乏变异策略，导致群体多样性不高，易被局部最优解

3、吸引，搜索效率低等缺点。本文引入惯性权重，重新定义蝙蝠速度更新公式，吸取差分进化算法中变异操作的思想，重新定义局部搜索策略，以及引入突变扰动等，提出了一种新的基于差分进化的改进蝙蝠算法。对几个经典测试函数的仿真对比实验，结果表明相对于原始蝙蝠算法，本文改进的蝙蝠算法，求解精度更高、收敛速度更快。4、通过将电子海图水深数据栅格化和插值处理等，构建出真实的三维海底地形，实现对航路规划空间的建模。深入分析了海洋环境信息对水下潜器航行的影响，对航路规划中的评估函数进行了设计。在改进蝙蝠算法的基础上，综合考虑海洋环境信息，设计了一种基于差分进化蝙蝠算法的水下潜器航路规划方法。

4、针对不同的测试环境进行仿真实验，仿真结果表明本文设计的航路规划方法，具有较强的环境适应能力，能够正确、有效地规划出航路。最后，对原始蝙蝠算法和改进蝙蝠算法，进行仿真对比实验，测试结果表明改进蝙蝠算法，求解精度更高、收敛速度更快、规划航路更优。关键词：蝙蝠算法；航路规划；三维空间；水下潜器哈尔滨工程大学硕士毕业论文基于蝙蝠算法的水下潜器航路规划方法研究ABSTRACTRoutePlanningisoneofthekeytechnologiesfortheautonomousunderwatervehicle’sself-controlandmotion.Accordi

5、ngtocertainoptimizationcriteria,themaintaskistosearchtheoptimalorsub-optimalroutefromthestartingpointtotheendingpointundertheenvironmentinformationisknownorpartiallyknown.Thisroutemustavoidtheobstacleordangerousobjectintheplanningarea.Routeplanningactuallyisoneoftheoptimizationproblems

6、.Batalgorithmisoneofthemeta-heuristicoptimizationmethodproposedinrecentyears.Atpresent,ithasbeenwidelyusedinscientificcomputingandengineeringoptimizationproblems.Practicalresultsshowbatalgorithmisgoodatsolvethenon-linear,high-dimensionalandcomplexmulti-constrainoptimizationproblems.Und

7、ertherealthree-dimensionalseabedterrainenvironment,itcarriesouttheresearchontherouteplanningmethodofunderwatervehiclebasedonbatalgorithminthispaper.Themainresearchworkisasfollows.1.Theprinciple,mathematicalmodelandimplementationprocessoftheoriginalbatalgorithmisintroduced.Forthediffe