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《哈尔滨工程大学》 2010年
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粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用

谭佳琳  
【摘要】:海底地形辅助导航是水下潜器智能化航行的关键技术之一,其研究目的是利用存储在计算机中的数字地图,来对参考导航系统的漂移累积误差进行校正,从而达到精确的导航目的。匹配搜索算法是地形辅助导航的核心,传统地形辅助导航采用遍历的搜索方式进行匹配定位,该方式所带来的巨大计算量严重影响了导航效率,同时由于水下环境的特殊性,海底地形辅助导航相对于陆地环境更加复杂,因此对复杂的匹配搜索策略进行改进和优化是提高海底地形辅助导航效率的重要手段。 粒子群优化算法是20世纪90年代中期提出的一种群智能优化算法,其优越的全局寻优能力、简单的速度—位移模型以及特有的记忆功能引起了相关领域学者的广泛关注。目前粒子群优化算法已经是当今诸多领域的热点研究内容,并且在诸多问题上得到了成功应用,验证了其在复杂优化问题应用中的有效性。本文主要针对粒子群优化算法及其在海底地形辅助导航中的应用进行研究,论文主要研究工作如下: 1.从粒子群算法的理论基础入手,对其求解优化问题的统一框架和设计步骤进行分析,概述了粒子群算法的基本原理,并在此基础上对粒子群优化算法的收敛性进行分析证明。 2.从典型拓扑结构以及粒子之间的通信方式两方面研究了种群拓扑结构对粒子群算法性能的影响,在原始粒子群算法速度与位置更新公式的基础上,建立了表现粒子个体影响力的加权模型,并以地形辅助导航为应用背景,设计了更加合理的加权函数,仿真试验验证了该加权函数的有效性。提出了一种基于pso for pso思想的粒子群算法参数设置方法,将算法的参数选取问题转变为非线性优化问题,并使用粒子群算法本身对其进行寻优求解。仿真结果表明,该方法可以方便有效地实现对算法参数的优选。 3.针对粒子群算法在求解存在多局部极值的优化问题时存在早熟收敛的问题,提出了一种基于种群多样性的模糊粒子群算法。在对种群多样性进行分析的基础上,指出种群多样性的迅速下降是导致算法陷入早熟收敛的主因,提出通过引入变异操作来抑制种群多样性的衰减,并设计了动态调整变异率ρ_0和惯性权重w的模糊逻辑控制器FLC,实现对搜索过程的动态调整。对典型测试函数的求解结果表明,基于种群多样性的模糊粒子群算法是有效的,可以有效地降低算法陷入局部最优的危险性。 4.针对本质上连续的粒子群算法在离散空间的应用,提出了一种具有双子群结构的二进制离散粒子群优化算法。建立了双子群运动模型,并在此基础上设计了子群规模的动态变化规则,提出引入基于爬山思想的位置更新策略和伪变异策略以提高算法的收敛速度和全局寻优性能。分析了算法参数对算法性能的影响,给出了算法的整体流程。最后通过对两类测试函数的求解试验验证了算法的有效性。 5.针对基于粒子群优化的海底地形辅助导航的实现方法及关键技术进行了深入研究,分别以模糊粒子群算法和双子群粒子群算法为基础,设计了基于粒子群优化的海底地形辅助导航方法。仿真结果表明,该方法可以有效地解决海底地形辅助导航问题,在导航精度和稳定性上具有比传统地形辅助导航方法更大的优势。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U675.7;TP18

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杜航原;自主式水下航行器同步定位与地图构建算法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张红伟;基于ICCP算法的水下潜器地形辅助定位改进方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 侯艳飞;基于改进模糊粒子群算法优化神经网络的热轧带钢宽度组合智能模型研究[D];太原理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 韩江洪;王梅芳;马学森;王跃飞;;改进的遗传算法在虚拟企业伙伴选择问题中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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10 孙俊清;李平;韩梅;;装卸桥调度问题及其混合智能优化算法GASA[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
2 樊建聪;分布估计学习算法研究[D];山东科技大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
2 刘奇;基于混合粒子群算法的ZnO镀膜光纤传感器的参数优化[D];南昌航空大学;2010年
3 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
5 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
6 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
7 靳昌田;煤炭集团物料配送优化研究[D];山东科技大学;2010年
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10 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭剑辉;赵春霞;石杏喜;康亮;;尺度Unscented变换在同时定位与地图创建算法中的应用研究[J];兵工学报;2008年07期
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5 刘文勇;江林;钱立兵;张慧滨;;超短基线水下定位校准方法的探讨与分析[J];测绘通报;2011年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 杨昆;重力场和地磁场辅助惯性导航技术研究[D];电子科技大学;2009年
【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 刘承香;水下潜器的地形匹配辅助定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 张丽平;粒子群优化算法的理论及实践[D];浙江大学;2005年
3 冯庆堂;地形匹配新方法及其环境适应性研究[D];国防科学技术大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 辛廷慧;水下地形辅助导航方法研究[D];西北工业大学;2004年
2 张曼祺;基于线特征的多源遥感影像配准研究[D];河海大学;2006年
【相似文献】
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10 卓永强;;船舶车舵联动协同控制最优化的研究[A];1995-2009航海技术论文选集(第1集)[C];2010年
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3 牛锐;生物人类学,认识作为生物的人的多样性[N];中国民族报;2008年
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6 记者 赖红英 刘慧婵;华南理工本科生论文登上《自然》分刊[N];中国教育报;2009年
7 吕雪莉卢荻;专家呼吁:紧急保护普氏原羚[N];科技日报;2002年
8 记者 任荃 通讯员 李渊;8只土著獐放养南汇东滩[N];文汇报;2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 刘煌;基于GA的改进粒子群算法研究及其在TSP上的应用[D];武汉理工大学;2010年
5 苗爱敏;基于动态特征的粒子群优化算法研究[D];云南大学;2010年
6 杨洋;基于粒子群优化算法的准循环LDPC码构造[D];北京交通大学;2011年
7 沈锡;基于粒子群优化算法的船舶航向PID控制[D];大连海事大学;2011年
8 刘现;蛋白质结构预测的粒子群优化算法研究[D];福建农林大学;2011年
9 王莹;基于粒子群优化算法的无功优化及规划[D];天津大学;2005年
10 马艳伟;基于粒子群优化的异构多处理器任务调度算法研究应用[D];杭州电子科技大学;2010年
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