[發明專利]一種威脅互聯網下UUV的航路規劃方法

有效

• 申請號: 201610082285.7
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105629992B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 王宏健;張雪蓮;呂洪莉;李本銀;張耕實
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06N3/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及路徑規劃技術領域，尤其涉及一種威脅互聯網下UUV的航路規劃方法。

背景技術

UUV(Unmanned Underwater Vehicle，無人水下航行器)航路規劃過程中，威脅區域與障礙區域不同，障礙區是嚴格禁止通過的，而威脅區是可以選擇通過但會承擔一定風險的區域。隨著通信技術的發展，各個威脅區不再獨立工作，而是通過聯網共享目標信息，因此當UUV通過某一威脅區后，再次通過其他威脅區時，其承受的風險將大大增加。所以在威脅互聯網下，UUV受到的威脅不再是其穿過的威脅區威脅等級的簡單累加，田闊等在《威脅聯網下無人機路徑在線規劃》中，以及符小衛等在《防空威脅聯網建模與分析》中探討了威脅互聯網下的代價模型。伍祥紅等在《基于蟻群優化的自主水下機器人路徑決策方法研究》中認為當目標被發現一次后，每個威脅區的威脅等級按一定方式增加；而姜禮平等在《威脅聯網下低空突防航路規劃研究》中將威脅區的影響范圍擴大，來體現威脅的增加。

上述這些文獻中均是設計了威脅代價模型，然后將該模型引入規劃算法中以限制航路穿越威脅區，從而得到較為安全的路徑。但這些方法不能人為控制最大的風險承受概率(或者航行器應保持的安全概率)，且UUV往往是通過較早出現的威脅區、繞行較后出現的威脅區，實際應用中這樣的現象難以保證航路較優，因為在滿足某些限制條件下，UUV繞行較早出現的威脅而通過較后出現的威脅可能承受的風險更小，路徑更加優化。

發明內容

本發明涉及的理論內容

1、安全概率計算規則

本發明將規劃路徑承受的風險轉化成安全概率safep，即UUV承受的風險越大，安全概率越小。威脅區的危險概率根據UUV通過的威脅區個數按一定方式指數增加。路徑的安全概率計算規則如下：

其中，i為路徑上通過的威脅區序號，N為路徑上通過的威脅區總數，thread_pro_i為路徑上通過的第i個威脅區的威脅概率，w為威脅升級權值，w＞1；

2、基于安全保障的蟻群狀態轉移概率計算方法

本發明使用可視圖法建立蟻群算法中螞蟻的狀態轉移點，為了得到滿足安全概率要求的路徑，設計了以下狀態轉移概率計算規則：

上式中，為螞蟻k于當前目標點i處轉移到可視點j的概率；allow為螞蟻k于當前目標點i處允許做狀態轉移的可視點集合；η是啟發函數，為待轉移可視點到當前目標點直線距離的倒數，ηj是待轉移可視點j到當前目標點i直線距離的倒數，η_r是allow中任一點到當前目標點i直線距離的倒數；τ_ij為信息素濃度；α為信息素的重要程度；β為啟發函數的重要程度；

如果從蟻群點i轉移到蟻群點j會經過威脅區域，那么需根據已經通過的威脅區域數量和危險等級以及點i、j之間將會經過的威脅區數量和危險等級修正其轉移權值(τ_ij)^α(η_j)^β大小得到修正轉移權值((τ_ij)^α(η_j)^β)^*，具體過程如下：

1)利用安全概率計算規則，根據當前已經通過的威脅區域數量num和危險等級計算當前安全概率now_safep；

2)獲取從點i轉移到點j會經過的威脅區域數量和危險等級，并按照經過的先后順序排列；計算從i轉移到j后的安全概率

其中thread[]為從點i轉移到j經過的各威脅區域順序存儲對應的危險等級，危險等級為從0到10之間的任意整數；m為從點i轉移到j經過的威脅區個數；w為威脅升級權值，w>1；

①如果ifTransfer_safep<safep_limit，則給(τ_ij)^α(η_j)^β賦一個極小的值；

②如果ifTransfer_safep>safep_limit，則，

((τ_ij)^α(η_j)^β)^*＝ξ×(τ_ij)^α(η_j)^β×ifTransfer_safep

其中，ξ為0～1之間的隨機數；