[发明专利]一种基于人工鱼群算法的多UUV协同探测阵型优化方法

说明书

本发明涉及一种基于人工鱼群算法的多UUV协同探测阵型优化方法,建立一字型多UUV封控阵型，从舷侧声呐模型出发，通过改变相邻UUV之间的间距以及每个UUV的航向角，减小相邻UUV覆盖面积的交叠以及各UUV的探测盲区；通过建立二元感知模型，判断目标是否可以被探测；通过建立UUV阵型优化准则，提出封控阵型连续度与阵型覆盖面积加权奖赏机制，得到优化目标函数；最后，使用人工鱼群算法对目标函数进行参数优化，得到奖赏最大时的UUV间距以及航向角。本发明可快速获得探测效果更好的编队阵型，避免了计算复杂多元非线性函数极值的问题。本发明所用的人工鱼群优化算法与其他算法相比，具有实现简单、收敛速度快以及不易陷入局部最优等优点。

技术领域

本发明属于水下航行器集群探测领域，涉及一种基于人工鱼群算法的多UUV协同探测阵型优化方法,具体表现水下航行器编队在水下协同探测系统中利用人工鱼群优化算法对初始阵型进行优化，进而获得使水下航行器编队的探测效果最好的阵型。

背景技术

我国是拥有300万平方公里主张管辖海域、1.8万公里大陆海岸线的海洋大国，加快建设海洋强国具有重大而深远的意义。无人水下航行器(UUV)在人们探索海洋的过程中起到了重要作用，UUV可执行海洋探测、水下监视与侦察、反水雷和反潜等各类作战任务，具有很高的军事价值。另外，UUV具有机动灵活、成本低廉、可在各种环境甚至高危海域执行任务等优点。因此，UUV在未来海战中具有广阔的应用前景。

而随着水下航行器技术的发展、水下目标隐身性能的提高，单UUV受限于续航能力低、探测面积小、信息处理效率低下等缺点已经无法满足当前民事以及军事的探测需求，为弥补单UUV探测性能的不足，适应大范围海域的探测需求，多UUV搭载不同的负载呈阵型协同探测的探测方式应运而生。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于人工鱼群算法的多UUV协同探测阵型优化方法,该方法的特点是在多UUV协同探测系统中，根据舷侧声呐的特点，结合多UUV阵型构建出基于覆盖面积的多UUV探测模型，最后基于人工鱼群算法对模型中的参数进行优化，进而获得最优阵型的参数。该方法能用于大范围海域猎扫、探测时UUV编队的快速构建，具有解算速度快、优化效果好的特点。

技术方案

一种基于人工鱼群算法的多UUV协同探测阵型优化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将被动声呐安装于多个UUV船舷两侧，以多个UUV构建面向协同探测的一字型多UUV封控阵型；

步骤2、建立多UUV协同探测二元感知概率模型：二元感知模型指当探测区域内某一目标t(x_t,y_t)被UUV集群中的任何一个节点s_i＝{x_i,y_i,θ_i}探测到的二元感知概率模型：

若P(s_i,t)＝1，则目标t(x_t,y_t)被UUV节点s_i＝{x_i,y_i,θ_i}探测到；否则，不能被探测到；

其中：S＝{s₁,s₂,…,s_n}为所有的UUV构成的集合，每个UUV包含3个参数s_i＝{x_i,y_i,θ_i},i＝1,2,…,n，其中(x_i,y_i)表示s_i的位置，θ_i表示s_i的航向角，海域内任一目标表示为t(x_t,y_t)；表示UUV上搭载舷侧声呐的开角，r表示UUV上搭载舷阵声呐的探测半径；