[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于辅助决策系统的水下潜器路径规划方法，其特征在于：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，并判断是否需要执行辅助决策系统，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，水下潜器完成基于辅助决策系统的躲避声呐或障碍物的路径规划；步骤6.判断水下潜器是否到达目标，若未到达执行步骤4，若到达目标，任务完成；所述的建立水下潜器隐身安全虚拟外壳过程为：当被动声呐接收到的宽带信号大于检测阈值即信号余量SE大于0时即认为进入声呐探测范围，引入探测概率P_d作为评估威胁程度的参数，即声呐对水下潜器在相对位置上的探测概率值，设噪声和宽带信号都服从瑞利分布，建立被动声呐方程：SL‑TL‑NL+DI＝DT其中，SL为声源级，表示水下潜器的噪声辐射；TL为传播损失，表示水下潜器噪声到声呐之间传递由于海洋水文环境等因素产生损失；NL为背景噪声；DI为指向性指数，表示被动声呐阵增益，DI＝10log(2Δx/λ)；DT为检测阈值，过滤接收到的水下声信号，根据探测概率阈值P_T和虚警率P_fa得到信噪比，其中P_T取值范围为0.1至0.9，P_fa取值范围为0.001至0.00001，根据公式得到信噪比：根据公式计算得到检测阈值DT：DT＝10logR_T引入信号余量SE模型，SE表示信噪比超过检测阈值的量，SE＝10logR_arr‑DTSE＝SL‑TL‑NL+DI‑DT上式为声呐方程另一种表达方式，设噪声和宽带信号幅度都服从瑞利分布，则探测概率P_d和探测概率阈值P_T存在以下关系通过联立上述公式即可得到声呐探测概率P_d的表达式R_arr＝10^{SL‑TL‑NL+DI/10}利用探测概率计算中的满足探测概率阈值P_T的SL‑TL值，在水平面上取36个等分点，每个点取SL模块已算好的值，再利用传播损失TL模块循环代入不同方向上的不同坐标点取得满足信号余量SE为零的坐标点，将36个坐标点连线即得到探测范围包络面，为方便探测范围模型建立，做出垂直于竖直方向的不同深度下的探测范围包络线，根据探测范围包络线建立水下潜器隐身安全虚拟外壳。