CN111504302A - 一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统。所述方法包括：获取潜艇在目标海域的海洋动力信息和所述潜艇的设置信息；根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径；从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征；根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径；将路径长度最短的第二预选路径确定为所述潜艇的导航路径。本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统，能够提高潜艇驶往目的地中的隐蔽性。

Description

一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统
技术领域
本发明涉及水下潜器重力导航领域，特别是涉及一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统。
背景技术
潜艇在驶往目的地前要预先进行路径规划，必须同时考虑快捷性、畅通性以及隐蔽性。理想情况下，出发地与目的地间沿直线航行最为快捷，但是实际航行中，直线距离上可能分布有海山、岛礁等天然障碍物，所以潜艇的真实航迹肯定是曲折前进的。目前常用的路径规划是考虑海底地形、水深、跃层、内波等海洋动力学信息对潜艇的干扰来确定最终的潜航路径。这种方式主要考虑了天然环境因素对路径规划的影响，一方面由于海动力信息诸多，容易引起规划间的矛盾，没有很好的考虑各因素间的耦合性；另一方面并未将路径与导航设备的可用性纳入评价体系，会发生选择出的路径由于经过区域海洋重力场变化平缓，无法进行重力匹配辅助导航，而造成潜艇不得不上浮进行卫星对准，降低潜艇隐蔽性的情况出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统，能够提高潜艇驶往目的地中的隐蔽性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法，包括：
获取潜艇在目标海域的海洋动力信息和所述潜艇的设置信息；所述海洋动力信息包括海水深度、海底地形、跃层深度、内波波长和内波振幅；所述设置信息包括潜艇的工作水深阈值、潜艇的安全通过距离、潜艇的长度、潜艇的危险内波波长范围、潜艇的最大可承受内波振幅、潜艇当前深度和潜艇与跃层的安全相对位置；
根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径；
从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征；所述重力灯塔分布特征包括重力灯塔的个数和均匀度；
根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径；
将路径长度最短的第二预选路径确定为所述潜艇的导航路径。
可选的，所述根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径，具体包括：
将所述目标海域中海水深度大于所述工作水深阈值与安全通过距离之和的海域区域删除，确定第一海域区域；
将所述第一海域区域中内波波长处于潜艇的危险内波波长范围的区域删除，确定第二海域区域；
将所述第二海域区域中的内波振幅大于所述潜艇的最大可承受内波振幅的海域区域删除，确定第三海域区域；
将所述第三海域区域中所述跃层深度与所述潜艇当前深度差值的绝对值大于所述潜艇与跃层的安全相对位置的海域删除，确定第四海域区域；
根据所述第四海域区域确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
可选的，所述根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径，具体包括：
将所述重力灯塔分布特征不满足分布特征标准的第一预选路径删除，确定第二预选路径；所述分布特征标准为重力灯塔的个数小于个数阈值或重力灯塔的均匀度小于均匀度阈值。
可选的，所述从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征，之前还包括：
利用公式LL＝Len/(Num+1)确定基准间距；LL为基准间距，Len为每条所述第一预选路径的长度，Num为第一预选路径的重力灯塔的个数；
利用公式
Figure BDA0002489387100000021
确定重力灯塔的间距，(xi,yi)为重力灯塔的坐标；
利用公式
Figure BDA0002489387100000031
确定重力灯塔的均匀度。
一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统，包括：
信息获取模块，用于获取潜艇在目标海域的海洋动力信息和所述潜艇的设置信息；所述海洋动力信息包括海水深度、海底地形、跃层深度、内波波长和内波振幅；所述设置信息包括潜艇的工作水深阈值、潜艇的安全通过距离、潜艇的长度、潜艇的危险内波波长范围、潜艇的最大可承受内波振幅、潜艇当前深度和潜艇与跃层的安全相对位置；
第一预选路径确定模块，用于根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径；
重力灯塔分布特获取模块，用于从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征；所述重力灯塔分布特征包括重力灯塔的个数和均匀度；
第二预选路径确定模块，用于根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径；
导航路径确定模块，用于将路径长度最短的第二预选路径确定为所述潜艇的导航路径。
可选的，所述第一预选路径确定模块具体包括：
第一海域区域确定单元，用于将所述目标海域中海水深度大于所述工作水深阈值与安全通过距离之和的海域区域删除，确定第一海域区域；
第二海域区域确定单元，用于将所述第一海域区域中内波波长处于潜艇的危险内波波长范围的区域删除，确定第二海域区域；
第三海域区域确定单元，用于将所述第二海域区域中的内波振幅大于所述潜艇的最大可承受内波振幅的海域区域删除，确定第三海域区域；
第四海域区域确定单元，用于将所述第三海域区域中所述跃层深度与所述潜艇当前深度差值的绝对值大于所述潜艇与跃层的安全相对位置的海域删除，确定第四海域区域；
第一预选路径确定单元，用于根据所述第四海域区域确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
可选的，所述第二预选路径确定模块具体包括：
第二预选路径确定单元，用于将所述重力灯塔分布特征不满足分布特征标准的第一预选路径删除，确定第二预选路径；所述分布特征标准为重力灯塔的个数小于个数阈值或重力灯塔的均匀度小于均匀度阈值。
可选的，还包括：
基准间距确定模块，用于利用公式LL＝Len/(Num+1)确定基准间距；LL为基准间距，Len为每条所述第一预选路径的长度，Num为第一预选路径的重力灯塔的个数；
重力灯塔的间距确定模块，用于利用公式
Figure BDA0002489387100000041
确定重力灯塔的间距，(xi,yi)为重力灯塔的坐标；
重力灯塔的均匀度确定模块，用于利用公式
Figure BDA0002489387100000042
确定重力灯塔的均匀度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统，通过海洋动力信息对路径规划的制约程度进行分析，从而明确各因素的评判先后顺序，从而解决耦合性问题。并以根据海动力信息预选出的路径为基础，结合区域重力灯塔分布特征，筛选出利于进行灯塔导航的路径，从而指导潜艇航行，避免了潜艇不得不上浮进行卫星对准的现象的发生，进而能够提高潜艇驶往目的地中的隐蔽性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法流程示意图；
图2为本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法及系统，能够提高潜艇驶往目的地中的隐蔽性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法，包括：
S101，获取潜艇在目标海域的海洋动力信息和所述潜艇的设置信息；所述海洋动力信息包括海水深度、海底地形H、跃层深度HYC、内波波长λ和内波振幅A；所述设置信息包括潜艇的工作水深阈值、潜艇的安全通过距离、潜艇的长度L、潜艇的危险内波波长范围、潜艇的最大可承受内波振幅、潜艇当前深度Hsub和潜艇与跃层的安全相对位置。所述潜艇的导航终端中预装海底地形、重力灯塔数据库以及海动力预报信息数据库。
S102，根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
将所述目标海域中海水深度大于所述工作水深阈值与安全通过距离之和的海域区域删除，确定第一海域区域。即工作水深阈值为[Hmin,Hmax],安全通过距离为ΔH，删除-H＞(Hmax+ΔH)的海域区域，避免潜艇触底。
将所述第一海域区域中内波波长处于潜艇的危险内波波长范围的区域删除，确定第二海域区域。
将所述第二海域区域中的内波振幅大于所述潜艇的最大可承受内波振幅的海域区域删除，确定第三海域区域。内波数据作为约束条件，是为了进一步的防止潜艇颠簸失控。
为了防止潜艇“掉深”或躲避敌方侦测，所述第三海域区域中所述跃层深度与所述潜艇当前深度差值的绝对值大于所述潜艇与跃层的安全相对位置的海域删除，确定第四海域区域；即删除|Hsub-HYC|＞ΔH的海域区域。
根据所述第四海域区域确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
S103，从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征；所述重力灯塔分布特征包括重力灯塔的个数和均匀度。
在S103之前，本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法还包括：确定重力灯塔的均匀度，所述均匀度指重力灯塔在该第一预选路径上的分布均匀程度；若只是聚集分布，则不利于导航，若均匀分布，则可使潜艇在该路径上逐段进行匹配导航。
利用公式LL＝Len/(Num+1)确定基准间距；LL为基准间距，Len为每条所述第一预选路径的长度，Num为第一预选路径的重力灯塔的个数。
利用公式
Figure BDA0002489387100000061
确定重力灯塔的间距，(xi,yi)为重力灯塔的坐标；i为第一预选路径上的重力灯塔个数和起点以及终点。
利用公式
Figure BDA0002489387100000062
确定重力灯塔的均匀度。Uni为重力灯塔的均匀度。
S104，根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径。
将所述重力灯塔分布特征不满足分布特征标准的第一预选路径删除，确定第二预选路径；所述分布特征标准为重力灯塔的个数小于个数阈值或重力灯塔的均匀度小于均匀度阈值。
S105，将路径长度最短的第二预选路径确定为所述潜艇的导航路径。
本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法，通过海洋动力信息的评判评判先后顺序(水深→内波波长→内波振幅→跃层)，层层筛选，得到第一预先路径，海洋动力信息的筛选相互之间不矛盾，从而解决耦合性问题。
使用重力灯塔分布特征对路径做最终筛选，得到第二预选路径，使得潜艇可以在第二预选路径上有效进行重力灯塔导航，增强了潜艇的隐蔽性和安全性。
图2为本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统结构示意图，如图2所示，本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统，包括：信息获取模块201、第一预选路径确定模块202、重力灯塔分布特获取模块203、第二预选路径确定模块204和导航路径确定模块205。
信息获取模块201用于获取潜艇在目标海域的海洋动力信息和所述潜艇的设置信息；所述海洋动力信息包括海水深度、海底地形、跃层深度、内波波长和内波振幅；所述设置信息包括潜艇的工作水深阈值、潜艇的安全通过距离、潜艇的长度、潜艇的危险内波波长范围、潜艇的最大可承受内波振幅、潜艇当前深度和潜艇与跃层的安全相对位置。
第一预选路径确定模块202用于根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
重力灯塔分布特获取模块203用于从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征；所述重力灯塔分布特征包括重力灯塔的个数和均匀度。
第二预选路径确定模块204用于根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径。
导航路径确定模块205用于将路径长度最短的第二预选路径确定为所述潜艇的导航路径。
所述第一预选路径确定模块202具体包括：第一海域区域确定单元、第二海域区域确定单元、第三海域区域确定单元、第四海域区域确定单元和第一预选路径确定单元。
第一海域区域确定单元用于将所述目标海域中海水深度大于所述工作水深阈值与安全通过距离之和的海域区域删除，确定第一海域区域。
第二海域区域确定单元用于将所述第一海域区域中内波波长处于潜艇的危险内波波长范围的区域删除，确定第二海域区域。
第三海域区域确定单元用于将所述第二海域区域中的内波振幅大于所述潜艇的最大可承受内波振幅的海域区域删除，确定第三海域区域。
第四海域区域确定单元用于将所述第三海域区域中所述跃层深度与所述潜艇当前深度差值的绝对值大于所述潜艇与跃层的安全相对位置的海域删除，确定第四海域区域。
第一预选路径确定单元用于根据所述第四海域区域确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
所述第二预选路径确定模块204具体包括第二预选路径确定单元。
第二预选路径确定单元，用于将所述重力灯塔分布特征不满足分布特征标准的第一预选路径删除，确定第二预选路径；所述分布特征标准为重力灯塔的个数小于个数阈值或重力灯塔的均匀度小于均匀度阈值。
本发明所提供的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统，还包括：基准间距确定模块、重力灯塔的间距确定模块和重力灯塔的均匀度确定模块。
基准间距确定模块用于利用公式LL＝Len/(Num+1)确定基准间距；LL为基准间距，Len为每条所述第一预选路径的长度，Num为第一预选路径的重力灯塔的个数。
重力灯塔的间距确定模块用于利用公式
Figure BDA0002489387100000081
确定重力灯塔的间距，(xi,yi)为重力灯塔的坐标。
重力灯塔的均匀度确定模块用于利用公式
Figure BDA0002489387100000091
确定重力灯塔的均匀度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法，其特征在于，包括：
获取潜艇在目标海域的海洋动力信息和所述潜艇的设置信息；所述海洋动力信息包括海水深度、海底地形、跃层深度、内波波长和内波振幅；所述设置信息包括潜艇的工作水深阈值、潜艇的安全通过距离、潜艇的长度、潜艇的危险内波波长范围、潜艇的最大可承受内波振幅、潜艇当前深度和潜艇与跃层的安全相对位置；
根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径；
从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征；所述重力灯塔分布特征包括重力灯塔的个数和均匀度；
根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径；
将路径长度最短的第二预选路径确定为所述潜艇的导航路径。
2.根据权利要求1所述的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法，其特征在于，所述根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径，具体包括：
将所述目标海域中海水深度大于所述工作水深阈值与安全通过距离之和的海域区域删除，确定第一海域区域；
将所述第一海域区域中内波波长处于潜艇的危险内波波长范围的区域删除，确定第二海域区域；
将所述第二海域区域中的内波振幅大于所述潜艇的最大可承受内波振幅的海域区域删除，确定第三海域区域；
将所述第三海域区域中所述跃层深度与所述潜艇当前深度差值的绝对值大于所述潜艇与跃层的安全相对位置的海域删除，确定第四海域区域；
根据所述第四海域区域确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
3.根据权利要求1所述的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法，其特征在于，所述根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径，具体包括：
将所述重力灯塔分布特征不满足分布特征标准的第一预选路径删除，确定第二预选路径；所述分布特征标准为重力灯塔的个数小于个数阈值或重力灯塔的均匀度小于均匀度阈值。
4.根据权利要求1所述的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划方法，其特征在于，所述从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征，之前还包括：
利用公式LL＝Len/(Num+1)确定基准间距；LL为基准间距，Len为每条所述第一预选路径的长度，Num为第一预选路径的重力灯塔的个数；
利用公式
Figure FDA0002489387090000021
确定重力灯塔的间距，(xi,yi)为重力灯塔的坐标；
利用公式
Figure FDA0002489387090000022
确定重力灯塔的均匀度。
5.一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取潜艇在目标海域的海洋动力信息和所述潜艇的设置信息；所述海洋动力信息包括海水深度、海底地形、跃层深度、内波波长和内波振幅；所述设置信息包括潜艇的工作水深阈值、潜艇的安全通过距离、潜艇的长度、潜艇的危险内波波长范围、潜艇的最大可承受内波振幅、潜艇当前深度和潜艇与跃层的安全相对位置；
第一预选路径确定模块，用于根据所述海洋动力信息和所述潜艇的设置信息确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径；
重力灯塔分布特获取模块，用于从重力灯塔数据库中获取每条所述第一预选路径上的重力灯塔分布特征；所述重力灯塔分布特征包括重力灯塔的个数和均匀度；
第二预选路径确定模块，用于根据所述重力灯塔分布特征确定第二预选路径；
导航路径确定模块，用于将路径长度最短的第二预选路径确定为所述潜艇的导航路径。
6.根据权利要求5所述的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统，其特征在于，所述第一预选路径确定模块具体包括：
第一海域区域确定单元，用于将所述目标海域中海水深度大于所述工作水深阈值与安全通过距离之和的海域区域删除，确定第一海域区域；
第二海域区域确定单元，用于将所述第一海域区域中内波波长处于潜艇的危险内波波长范围的区域删除，确定第二海域区域；
第三海域区域确定单元，用于将所述第二海域区域中的内波振幅大于所述潜艇的最大可承受内波振幅的海域区域删除，确定第三海域区域；
第四海域区域确定单元，用于将所述第三海域区域中所述跃层深度与所述潜艇当前深度差值的绝对值大于所述潜艇与跃层的安全相对位置的海域删除，确定第四海域区域；
第一预选路径确定单元，用于根据所述第四海域区域确定所述潜艇的在目标海域中的第一预选路径。
7.根据权利要求5所述的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统，其特征在于，所述第二预选路径确定模块具体包括：
第二预选路径确定单元，用于将所述重力灯塔分布特征不满足分布特征标准的第一预选路径删除，确定第二预选路径；所述分布特征标准为重力灯塔的个数小于个数阈值或重力灯塔的均匀度小于均匀度阈值。
8.根据权利要求5所述的一种联合海动力信息的重力灯塔导航路径规划系统，其特征在于，还包括：
基准间距确定模块，用于利用公式LL＝Len/(Num+1)确定基准间距；LL为基准间距，Len为每条所述第一预选路径的长度，Num为第一预选路径的重力灯塔的个数；
重力灯塔的间距确定模块，用于利用公式
Figure FDA0002489387090000041
确定重力灯塔的间距，(xi,yi)为重力灯塔的坐标；
重力灯塔的均匀度确定模块，用于利用公式
Figure FDA0002489387090000042
确定重力灯塔的均匀度。
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