针对多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的全覆盖路径规划问题,提出了一种考虑随机初始位置约束的多AUV覆盖路径规划方法(Dividing Areas based on Robots Initial Positions CPP,DARIP-CPP)。根据多自主水下机器人...针对多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的全覆盖路径规划问题,提出了一种考虑随机初始位置约束的多AUV覆盖路径规划方法(Dividing Areas based on Robots Initial Positions CPP,DARIP-CPP)。根据多自主水下机器人的随机初始位置对工作海域进行均衡区域划分,将划分所得的不重叠区域分配给多AUV进行独立覆盖路径规划,每台AUV利用生物启发神经网络(Bio-inspired Neural Network)优化各个区域的全覆盖路径。为了克服传统全覆盖路径规划中的“死区”问题,采用A^(*)路径规划算法进行“死区”逃离,沿着较短的路径快速到达未覆盖区域点。仿真结果表明,所提出的DARIPCPP方法可有效提高多AUV全覆盖目标区域的工作效率。展开更多
为解决基于深度强化学习的AUV跟踪控制器在面临新任务时需从零开始训练、训练速度慢、稳定性差等问题,设计一种基于元强化学习的AUV多任务快速自适应控制算法——R-SAC(Reptile-Soft Actor Critic)算法。R-SAC算法将元学习与强化学习相...为解决基于深度强化学习的AUV跟踪控制器在面临新任务时需从零开始训练、训练速度慢、稳定性差等问题,设计一种基于元强化学习的AUV多任务快速自适应控制算法——R-SAC(Reptile-Soft Actor Critic)算法。R-SAC算法将元学习与强化学习相结合,结合水下机器人运动学及动力学方程对跟踪任务进行建模,利用RSAC算法在训练阶段为AUV跟踪控制器获得一组最优初始值模型参数,使模型在面临不同的任务时,基于该组参数进行训练时能够快速收敛,实现快速自适应不同任务。仿真结果表明,所提出的方法与随机初始化强化学习控制器相比,收敛速度最低提高了1.6倍,跟踪误差保持在2.8%以内。展开更多
针对复杂水下环境中水下自主航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)路径规划问题,提出一种改进启发式快速随机扩展树(rapidly-exploring random trees,RRT)的路径规划算法。针对路径点采样过程中缺乏目标导向性的问题,采用目标点...针对复杂水下环境中水下自主航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)路径规划问题,提出一种改进启发式快速随机扩展树(rapidly-exploring random trees,RRT)的路径规划算法。针对路径点采样过程中缺乏目标导向性的问题,采用目标点概率偏置采样策略与目标偏向扩展策略,可使目标节点在随机采样时成为采样点。在路径点扩展过程中,使非目标采样点的扩展结点位置偏向于目标点的方向,从而增强算法在随机采样与扩展过程中的目标搜索能力。为解决水下路径规划过程中存在过多无效搜索空间的问题,在随机采样过程中引入启发式采样策略,构建包含所有初始路径的采样空间子集,减小采样空间范围,从而提高算法的空间搜索效率。针对AUV在水下环境中抗洋流扰动能力不足的问题,采用速度矢量合成法,使AUV速度矢量与洋流速度矢量合成后指向期望路径的方向,从而抵消水流的影响。在山峰地形中叠加多个Lamb涡流模拟水下流场环境,进行多次仿真实验。实验结果表明:改进启发式RRT算法解决了采样过程中随机性问题,显著缩小了搜索空间,兼顾了路径的安全性与平滑性,并使AUV具有良好的抗洋流扰动能力。展开更多
The influence of ocean environment on navigation of autonomous underwater vehicle(AUV)cannot be ignored.In the marine environment,ocean currents,internal waves,and obstacles are usually considered in AUV path planning...The influence of ocean environment on navigation of autonomous underwater vehicle(AUV)cannot be ignored.In the marine environment,ocean currents,internal waves,and obstacles are usually considered in AUV path planning.In this paper,an improved particle swarm optimization(PSO)is proposed to solve three problems,traditional PSO algorithm is prone to fall into local optimization,path smoothing is always carried out after all the path planning steps,and the path fitness function is so simple that it cannot adapt to complex marine environment.The adaptive inertia weight and the“active”particle of the fish swarm algorithm are established to improve the global search and local search ability of the algorithm.The cubic spline interpolation method is combined with PSO to smooth the path in real time.The fitness function of the algorithm is optimized.Five evaluation indexes are comprehensively considered to solve the three-demensional(3D)path planning problem of AUV in the ocean currents and internal wave environment.The proposed method improves the safety of the path planning and saves energy.展开更多
为了提高围捕系统的围捕效率,提出一种基于融合蛇优化算法的多AUV协同围捕算法(Multi-AUV Cooperative Hunting Algorithm based on Fusion Snake Optimization algorithm,MACHA_FSO)。MACHA_FSO改进随机目标搜索策略,采用莱维飞行策略...为了提高围捕系统的围捕效率,提出一种基于融合蛇优化算法的多AUV协同围捕算法(Multi-AUV Cooperative Hunting Algorithm based on Fusion Snake Optimization algorithm,MACHA_FSO)。MACHA_FSO改进随机目标搜索策略,采用莱维飞行策略设置搜索目标,就近原则变更围捕AUV工作区域,保证围捕AUV的搜索效率。MACHA_FSO构建围捕系统的整体能耗模型,采用最小化围捕距离策略建立围捕联盟,提出融合蛇优化算法合理规划围捕AUV的围捕路径,有效降低围捕AUV能耗。仿真结果表明:相较于CPGBNN,RIGBNN和PRACO围捕算法,MACHA_FSO能够合理设置围捕AUV的搜索目标与围捕路径,且围捕系统平均能量消耗降低41%,围捕逃逸目标平均用时降低32%,围捕逃逸目标平均数量提高1倍,围捕系统平均生存时间提高15%。展开更多
文摘针对多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的全覆盖路径规划问题,提出了一种考虑随机初始位置约束的多AUV覆盖路径规划方法(Dividing Areas based on Robots Initial Positions CPP,DARIP-CPP)。根据多自主水下机器人的随机初始位置对工作海域进行均衡区域划分,将划分所得的不重叠区域分配给多AUV进行独立覆盖路径规划,每台AUV利用生物启发神经网络(Bio-inspired Neural Network)优化各个区域的全覆盖路径。为了克服传统全覆盖路径规划中的“死区”问题,采用A^(*)路径规划算法进行“死区”逃离,沿着较短的路径快速到达未覆盖区域点。仿真结果表明,所提出的DARIPCPP方法可有效提高多AUV全覆盖目标区域的工作效率。
文摘为解决基于深度强化学习的AUV跟踪控制器在面临新任务时需从零开始训练、训练速度慢、稳定性差等问题,设计一种基于元强化学习的AUV多任务快速自适应控制算法——R-SAC(Reptile-Soft Actor Critic)算法。R-SAC算法将元学习与强化学习相结合,结合水下机器人运动学及动力学方程对跟踪任务进行建模,利用RSAC算法在训练阶段为AUV跟踪控制器获得一组最优初始值模型参数,使模型在面临不同的任务时,基于该组参数进行训练时能够快速收敛,实现快速自适应不同任务。仿真结果表明,所提出的方法与随机初始化强化学习控制器相比,收敛速度最低提高了1.6倍,跟踪误差保持在2.8%以内。
文摘针对复杂水下环境中水下自主航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)路径规划问题,提出一种改进启发式快速随机扩展树(rapidly-exploring random trees,RRT)的路径规划算法。针对路径点采样过程中缺乏目标导向性的问题,采用目标点概率偏置采样策略与目标偏向扩展策略,可使目标节点在随机采样时成为采样点。在路径点扩展过程中,使非目标采样点的扩展结点位置偏向于目标点的方向,从而增强算法在随机采样与扩展过程中的目标搜索能力。为解决水下路径规划过程中存在过多无效搜索空间的问题,在随机采样过程中引入启发式采样策略,构建包含所有初始路径的采样空间子集,减小采样空间范围,从而提高算法的空间搜索效率。针对AUV在水下环境中抗洋流扰动能力不足的问题,采用速度矢量合成法,使AUV速度矢量与洋流速度矢量合成后指向期望路径的方向,从而抵消水流的影响。在山峰地形中叠加多个Lamb涡流模拟水下流场环境,进行多次仿真实验。实验结果表明:改进启发式RRT算法解决了采样过程中随机性问题,显著缩小了搜索空间,兼顾了路径的安全性与平滑性,并使AUV具有良好的抗洋流扰动能力。
基金supported by the High-tech Ship Projects of the Ministry of Industry and Information Technology of China(2021-342).
文摘The influence of ocean environment on navigation of autonomous underwater vehicle(AUV)cannot be ignored.In the marine environment,ocean currents,internal waves,and obstacles are usually considered in AUV path planning.In this paper,an improved particle swarm optimization(PSO)is proposed to solve three problems,traditional PSO algorithm is prone to fall into local optimization,path smoothing is always carried out after all the path planning steps,and the path fitness function is so simple that it cannot adapt to complex marine environment.The adaptive inertia weight and the“active”particle of the fish swarm algorithm are established to improve the global search and local search ability of the algorithm.The cubic spline interpolation method is combined with PSO to smooth the path in real time.The fitness function of the algorithm is optimized.Five evaluation indexes are comprehensively considered to solve the three-demensional(3D)path planning problem of AUV in the ocean currents and internal wave environment.The proposed method improves the safety of the path planning and saves energy.
文摘为了提高围捕系统的围捕效率,提出一种基于融合蛇优化算法的多AUV协同围捕算法(Multi-AUV Cooperative Hunting Algorithm based on Fusion Snake Optimization algorithm,MACHA_FSO)。MACHA_FSO改进随机目标搜索策略,采用莱维飞行策略设置搜索目标,就近原则变更围捕AUV工作区域,保证围捕AUV的搜索效率。MACHA_FSO构建围捕系统的整体能耗模型,采用最小化围捕距离策略建立围捕联盟,提出融合蛇优化算法合理规划围捕AUV的围捕路径,有效降低围捕AUV能耗。仿真结果表明:相较于CPGBNN,RIGBNN和PRACO围捕算法,MACHA_FSO能够合理设置围捕AUV的搜索目标与围捕路径,且围捕系统平均能量消耗降低41%,围捕逃逸目标平均用时降低32%,围捕逃逸目标平均数量提高1倍,围捕系统平均生存时间提高15%。
