[发明专利]一种基于辅助决策系统的水下潜器路径规划方法

说明书

本发明提供了一种基于辅助决策系统的水下潜器路径规划方法，属于水下潜器路径规划领域。本发明提供的方法包括：根据海图信息以及已知声呐信息确定规划空间；对已知声呐性能建模，确定水下潜器安全虚拟外壳；利用Q学习算法进行全局路径规划；采集传感器信息，判断是否需要采用辅助决策系统，若需要则启动辅助决策系统进行躲避声呐或障碍物；判断是否到达目标点。本发明将水下潜器的声隐身性能作为影响因素引入路径规划中，并与辅助决策系统相结合，使水下潜器可以在复杂环境中保持声隐身状态下同时进行自主路径规划，提高了水下潜器的自主能力、实用性以及安全性。

技术领域

本发明属于水下潜器路径规划、人工智能等领域，具体涉及一种基于辅助决策系统的水下潜器路径规划方法。

背景技术

水下潜器在海洋科学研究、海洋开发、水下工程以及军事等方面都有广泛的应用前景。

路径规划指找到一条从起始点到目标点之间的安全无碰路径，是机器人导航研究中的重要课题，随着计算机智能技术的发展，使智能机器人具有自学习能力成为各领域广泛研究的热点。其关键技术就是设计学习方法增强机器人的智能，也就是通过学习训练让机器人获得自己解决问题的能力。在目前的多种学习方法中，Q学习被认为是比较适合于在未知的动态环境下进行机器人避障和路径规划的学习方法。

计算机辅助决策系统能够高效地处理相关信息，提高水下机器人的智能程度并提高安全性能。辅助决策系统通常包括态势评估、方案生成、仿真推演、评估优选。当前，国内研究成果多限于对潜艇隐身态势的评估，对隐身辅助决策中的方案自动生成、仿真推演的研究较少，不能提供更为直观的辅助决策信息，仍需人为根据态势做出决策。

发明内容

本发明提供了一种基于辅助决策系统的水下潜器路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1.提取海图信息，确定规划空间，确定障碍物与已知声呐位置，对规划空间进行环境建模；

步骤2.对已知声呐进行性能建模，建立水下潜器隐身安全虚拟外壳；

步骤3.根据规划空间进行全局路径规划，水下潜器按照初始路径移动；

步骤4.将水下潜器的感知区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，水下潜器每走一个步长，就刷新一次窗口内信息，并判断是否需要启动辅助决策系统，若需要执行辅助决策系统，执行步骤5，否则执行步骤6；

步骤5.对当前状态进行态势评估，根据评估态势执行辅助决策系统，水下潜器执行决策策略；

步骤6.判断水下潜器是否到达目标点，若未到达执行步骤4，若到达目标，任务完成。

本发明将躲避声呐侦测作为目标之一引入路径规划中，采用声呐方程对声纳性能进行建模，计算探测概率，推导出水下潜器安全虚拟外壳。探测概率P_d为：

其中，P_fa为虚警率，根据需求自行设置，一般设定为50％；R_arr为会被探测到时的信噪比值。

取P_d＝P_T时的R_arr，根据公式

R_arr＝10^{SL-TL-NL+DI/10}

计算声传播损失TL。其中SL为声源级，TL为传播损失，NL为背景噪声，DT为检测阈值。根据TL值可参考传播损失图表获得声呐探测距离R_s，即水下潜器安全距离R_s，根据安全距离建立水下潜器安全虚拟外壳。

本发明采用Q学习算法进行全局路径规划，利用如下公式训练Q值矩阵：