一种水下潜器的突防路径规划方法技术领域
本发明涉及的是一种水下潜器的路径规划方法，特别涉及到一种水下潜器的突防
路径规划方法。
背景技术
水下潜器要想快速高效的完成作战任务就必须要突破敌方的防御体系，这就是水
下潜器的突防，它要求水下潜器在尽可能隐蔽自己的同时快速到达目标海域。“突防”一词
最早来源于飞机的低空突防，它是指飞机在执行任务时进行低空飞行，从而能够有效的利
用地形的起伏变化等信息来造成敌方的雷达探测盲区，实现隐蔽飞行，有效地保存自己，高
效的完成任务。同样，在水下我们也可以利用海底地形的起伏变化等信息造成敌方声纳的
探测盲区，水下潜器在执行任务时就可以尽可能的从这些声纳的探测盲区内通过，从而提
高自己的生存概率，达到突防的目的。
如何在安全航行的前提下以最小的暴露代价完成任务就成为了一个亟待解决的
问题。而在水下潜器执行任务之前提前规划出一条任务路径不失为解决此问题的一个办
法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下潜器的路径规划方法。
本发明的目的是这样实现的：
1、一种水下潜器的突防路径规划方法，其特征在于：通过初始化参数，对空间进行
离散化处理，利用初始化和声记忆库，生成一条新路径，更新和声记忆库，对比判断是否满
足结束条件，如果满足就结束，并输出最优路径，否则返回第三步继续执行。
2、根据权利要求1所述的水下潜器的突防路径规划方法，其特征是所述的初始化
参数，对空间进行离散化处理：
初始化的参数包括：和声记忆库大小(HMS)，记忆库取值概率(Harmony Memory
Considering Rate，HMCR)，音调微调概率(Pitch Adjusting Rate，PAR)，微调步长(band
width，bw)，每条路径的自由节点个数n、每段路径插入的用于评价路径代价的节点个数m、
两个调节权重ω和ω1。当参数初始化完成之后，就可以将空间的一个维度进行划分，具体
的划分的程度与自由节点个数有关。
利用和声搜索算法(Harmony Search，HS)进行路径规划，对整个突防空间进行离
散化处理时采用只将突防空间的一个维度离散，其他维度不变的方法。这里，只将x周离散
化，这样就可以将整个空间划分为几个平行于面yOz的平面了，这样只需在中间的每个平面
内取一个点，然后连接起点和终点，就会形成一条路径。在此基础上，起始点和终点是固定
不变的，只有从中间平面选取的点可以在相应的平面内自由移动。
3、根据权利要求1所述的水下潜器的突防路径规划方法，其特征是所述的初始化
和声记忆库：
每条路径就表示一个和声向量，路径的每个自由节点就表示一个音调，和声记忆
库就是由在突防空间中随机生成的路径构成的。
4、根据权利要求1所述的水下潜器的突防路径规划方法，其特征是所述的生成一
条新路径：
按新和声生成的三种方式生成一条新的路径。对于一个三维空间的路径规划问
题，如果按上述方法将x轴离散化，那么每个自由节点就可以由y坐标值和z坐标值(深度值)
来固定，在音调微调时就要分别考虑y、z两个方向的微调步长bwy和bwz。例如对于第i个自由
节点(在第i个划分的平面内)，其x轴坐标是固定的，只对其y、z坐标微调，假如其坐标为
(xi,yi,zi)，那么经过微调此点应位于区域(xi,y,z)，其中yi-bwy≤y≤yi+bwy，zi-bwz≤z≤zi
+bwz。
5、根据权利要求1所述的水下潜器的突防路径规划方法，其特征是所述的更新和
声记忆库：
起点和终点之间插入n-1个自由节点，那么此时一条路径就有n条线段拼接而成，
目标函数的维数为n维，但是在计算整条路径的惩罚值时，为了兼顾精度可以在每条线段中
间再选取m个点进行计算，这样整条路径的罚值可以通过这m*n个点的惩罚值估算出来。
采用式(1)所示的评价函数对新生成的路径进行评价，如果新路径比和声记忆库
中最差的路径要好，那么就用新路径替换最差路径，否则舍弃新路径。
其中h(pij)为点pij违反地形约束的罚函数，即距离地形曲面的高度，r(pij)为点pij
违反声纳约束的罚函数。
附图说明
图1为水下潜器的路径规划方法流程图；
图2为突防空间的划分图；
图3为实验选取的地形及海流示意图；
图4为不同权值规划的路径效果。
本发明的技术方案的实质是：以和声搜索算法(Harmony Search，HS)作为路径规
划的算法，同时建立一种三维路径规划的空间模型，在此模型的基础上应用和声搜索算法
作路径规划。
该技术方案的优点在于：
实现全角度的四元数与欧拉角之间的转换，算法简单，计算量小。
具体实施方式
步骤1：初始化参数，对空间进行离散化处理：
初始化的参数包括：和声记忆库大小(HMS)，记忆库取值概率(Harmony Memory
Considering Rate，HMCR)，音调微调概率(Pitch Adjusting Rate，PAR)，微调步长(band
width，bw)，每条路径的自由节点个数n、每段路径插入的用于评价路径代价的节点个数m、
两个调节权重ω和ω1。当参数初始化完成之后，就可以将空间的一个维度进行划分，具体
的划分的程度与自由节点个数有关。
利用和声搜索算法(Harmony Search，HS)进行路径规划，对整个突防空间进行离
散化处理时采用只将突防空间的一个维度离散，其他维度不变的方法。这里，只将x周离散
化，这样就可以将整个空间划分为几个平行于面yOz的平面了，这样只需在中间的每个平面
内取一个点，然后连接起点和终点，就会形成一条路径。在此基础上，起始点和终点是固定
不变的，只有从中间平面选取的点可以在相应的平面内自由移动。
步骤2：初始化和声记忆库：
每条路径就表示一个和声向量，路径的每个自由节点就表示一个音调，和声记忆
库就是由在突防空间中随机生成的路径构成的。
步骤3：生成一条新路径：
按新和声生成的三种方式生成一条新的路径。对于一个三维空间的路径规划问
题，如果按上述方法将x轴离散化，那么每个自由节点就可以由y坐标值和z坐标值(深度值)
来固定，在音调微调时就要分别考虑y、z两个方向的微调步长bwy和bwz。例如对于第i个自由
节点(在第i个划分的平面内)，其x轴坐标是固定的，只对其y、z坐标微调，假如其坐标为
(xi,yi,zi)，那么经过微调此点应位于区域(xi,y,z)，其中yi-bwy≤y≤yi+bwy，zi-bwz≤z≤zi
+bwz。
步骤4：更新和声记忆库：
在HS算法中对于和声向量都有一个评价函数，而对应到路径规划中就是对于路径
优劣的评价。在这里我们采用如下评价函数来评价每条路径的好坏：
其中，n为包括起点和终点在内的路径节点个数，起点为第一个节点，终点为第n个
节点，pi为第i个自由节点，为第i个节点和第i+1个节点之间的距离，为海流速度
在向量方向上的分速度，ω为调节权重。
在起点和终点之间插入n-1个自由节点，那么此时一条路径就有n条线段拼接而
成，目标函数的维数为n维，但是在计算整条路径的惩罚值时，为了兼顾精度可以在每条线
段中间再选取m个点进行计算，这样整条路径的罚值可以通过这m*n个点的惩罚值估算出
来。
采用式(1)所示的评价函数对新生成的路径进行评价，如果新路径比和声记忆库
中最差的路径要好，那么就用新路径替换最差路径，否则舍弃新路径。
其中h(pij)为点pij违反地形约束的罚函数，即距离地形曲面的高度，r(pij)为点pij
违反声纳约束的罚函数。
步骤5：判断是否满足结束条件，如果满足就结束，并输出最优路径，否则返回第三
步继续执行。