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专利号: 2021112483205
申请人: 江苏海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:包括:步骤一:制作海底数字地形图;

步骤二:多波束对海底地形进行采集,形成实时地形匹配图;

步骤三:根据惯导系统和惯导系统误差确认海底数字地形图的位置及大小;

步骤四:利用改进樽海鞘群算法实现子图在海底数字地形图中位置的定位;

步骤五:第k次定位结果与第k‑1次定位结果之间水平位置变化与第k次和第k‑1次定位时基本导航间的水平位置变化之差在一个阈值范围内。

2.根据权利要求1一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:在所述步骤一和步骤二中,海底数字地形图和多波束形成的子图分辨率相同。

3.根据权利要求2所述的一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:所述子图的大小由多波束系统和AUV所处位置的水深确定。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:在所述步骤四中,利用改进樽海鞘群算法的水下地形定位,其改进方法如下:S1Circle混沌初始化樽海鞘群位置,公式如下:S2在跟随者位置加入自适应惯性权重,公式如下:ω=ωs(ωs‑ωc)·(T‑t)/T其中,t为当前迭代次数,T为迭代次数;

新的追随者位置更新公式如下:

其中, 为当前代樽海鞘跟随者i在第j维空间的位置, 分别为上一代中樽海鞘跟随者i,i‑1在第j维的位置;

S3对全体樽海鞘进行遗传算法局部优化Xnew=a*x(1)+(l‑a)*X(2),rand<pXnew=a*(Fj‑X(l))+X(l),rand<q其中,a为(0,1)之间的随机数,F为食物源位置,p为交叉概率,q为变异概率X(1)、X(2)为锦标赛选择个体中最优和次优的樽海鞘;

S4对食物源进行随机游走

F(t)=[0,cumsum(2r(t1)‑1,cumsum(2r(t2)‑1,…,Cumsum(2r(tn)‑1]其中,F(t)为食物源的位置,cumsum为累加和,t为当前的迭代次数,n为最大迭代次数,r(t)为随机函数,

进行归一化:

其中,Fj表示食物源的标准化位置,aj、bj分别为第j维变量随机移动步长的最小值、最大值, 分别为第j维变量第t代随机游走的最小值、最大值;

游走边界如下

其中,I随迭代次数的增加分段线性递增:t为当前迭代次数,T为最大迭代次数,ω取决于当前代数

5.根据权利要求1所述的一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:在所述步骤四中,采取归一化相关算法作为定位适应度函数。

6.根据权利要求5所述的一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:在采取所述归一化相关算法作为定位适应度函数中,适应度函数取归一化相关算法的相反数,适应度函数公式如下:其中x为海底数字地形图的水深,海底数字地形图平均水深,y为实时地形匹配图的水深,实时地形匹配图的平均水深。

7.根据权利要求4所述的一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:在所述S3中,对遗传算法优化的樽海鞘个体与未优化的个体适应度比较,采取贪婪策略选取适应度好的樽海鞘个体。

8.根据权利要求1所述的一种基于改进樽海鞘群算法的水下地形辅助导航方法,其特征在于:所述步骤四中包括如下操作:S4.1设置种群规模N,迭代次数T,问题维度dim,权重因子初始值ωs,最终值ωf,交叉变异概率p、q;

S4.2利初始化规模为N,维数是dim的樽海鞘群,由此产生N块候选图像块;

S4.3排序:将群体中按照ρ(i)排序,相似度值大的一半视为领导者,另一半视为跟随者;

S4.4利用改进后的樽海鞘群算法更新领导者与跟随者位置;

S4.5计算更新后种群的适应度值,并更新食物源位置;

S4.6重复S3.3‑S3.5,如果达到设置的精度要求或规定的最大迭代次数,则终止算法,输出相似度最高的位置;

S4.7将第k次定位结果与第k‑1次定位结果之间水平位置变化与第k次和第k‑1次定位时基本导航间的水平位置变化之差与阈值进行比较;如果其差小于阈值,则匹配成功,如果大于阈值则在此位置进行第二次次匹配,如第二个匹配仍然大于阈值,则放弃此位置的匹配,进行下一地点匹配。