[发明专利]基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，包括场景仿真模块、水动力仿真模块、人员显控模块、试验监控管理模块；本发明将真实人员接入仿真回路来控制仿真场景中的陪试艇，用以构建更加智能、真实的博弈场景；通过仿真构建被测无人艇控制器操控被测无人艇、人员显控模块操控陪试艇的双闭环，将由被测无人艇控制器操控的虚拟被测无人艇与由真实人员操控的虚拟陪试艇在场景仿真模块中进行博弈对抗并记录博弈过程的试验数据，完成针对无人艇控制器及其自主控制软件的自主能力测试。本发明在保留虚拟仿真测试优势的基础上，提升了仿真场景中陪试艇的智能化水平，增加了仿真场景的丰富度与真实性。

技术领域

本发明属于水面无人艇自主能力测试定位技术领域，具体涉及一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统及方法。

背景技术

水面无人艇作为机器人技术与水面艇技术的结合，具有使用成本低、自动化程度高、恶劣环境适应性强等特点，可代替有人艇执行岸线巡防、扫雷布雷、水文测绘、水质监测等危险或枯燥任务，在军民领域具有广阔的应用前景。水面无人艇的基本原理是通过将艇上多种传感器实时获取的周边水文数据、态势数据、艇的姿态位置数据传输给无人艇控制器，无人艇控制器将上述多源数据与先验海图数据进行融合计算，根据无人艇任务设定自动规划出无人艇的无碰撞目标航行轨迹并生成控制指令驱动无人艇动力系统与航向控制系统使无人艇在水动力的作用下沿着目标轨迹航行。

无人艇的自主能力体现在其在复杂场景下能够在没有人为直接干预的情况下执行复杂任务，其相较于有人艇最大的不同是艇平台的直接控制权由人类驾驶员转移到了安装在艇上的无人艇控制器。无人艇控制器以及运行在其上的无人艇自主控制软件是无人艇自主能力的核心载体，直接决定着无人艇的智能化程度和任务执行成功率。对无人艇控制器以及无人艇自主控制软件进行测试，是无人艇相比传统有人艇测试面临的新挑战。现有技术中，针对无人艇自主能力的测试可分为实装测试和仿真测试两种。

无人艇实装测试在真实水域进行，根据测试规程搭建相应的测试场景，场景中的陪试艇由人工驾驶，通过陪试艇与被测无人艇在场景中的动态交互完成对无人艇自主能力的测试。该测试方法最为真实，但测试费用高，测试准备周期长，具有一定的风险。

无人艇仿真测试在实验室环境下搭建无人艇自主控制回路。首先根据测试规程搭建相应的虚拟试验场景，对虚拟陪试艇的行为逻辑进行预先编程。通过实时仿真机实时运行虚拟试验，将虚拟试验中被测无人艇感知传感器数据反馈给被测无人艇控制器，无人艇控制器通过运算输出控制指令驱动实时仿真机中的虚拟被测无人艇模型完成控制闭环。该测试方法具有快速、低成本特点，可以对无人艇自主能力进行快速验证，但受限于虚拟仿真中被测无人艇的行为较为简单刻板，不够智能化，导致场景的丰富度与灵活性不足，无法对无人艇自主能力进行充分测试。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，创建一个能在实验室条件下模拟被测无人艇和陪试无人艇动态对抗博弈过程的试验环境，用来测试无人艇自主能力，本申请提出一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，包括：

场景仿真模块，用于在场景中模拟被试无人艇或陪试艇的位置和姿态；

水动力仿真模块，用于解算被试无人艇或陪试艇在下一循环时刻的位置和姿态；

人员显控模块，用于控制水动力仿真模块中被试无人艇或陪试艇的动力学模型；

试验监控管理模块，用于监控整个试验过程。

进一步的，所述场景仿真模块包括：

无人艇传感器仿真引擎和三维视景可视化仿真引擎。

进一步的，所述水动力仿真模块包括：

无人艇水动力数值解算单元和无人艇风浪数值模拟单元。

进一步的，所述人员显控模块包括：