[發(fā)明專利]一種基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的UUV實(shí)時(shí)避碰規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810043820.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN108319293B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏健;張雪蓮;呂洪莉;郭峰;陳濤;林常見
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10;G01S15/93
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的UUV實(shí)時(shí)避碰規(guī)劃方法，其特征在于，包含如下步驟：

(1)構(gòu)建全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系，建立聲納仿真模型；

(2)設(shè)計(jì)用于實(shí)時(shí)避碰規(guī)劃的LSTM網(wǎng)絡(luò)；

(3)構(gòu)建數(shù)據(jù)集；

(4)利用訓(xùn)練集中數(shù)據(jù)訓(xùn)練LSTM網(wǎng)絡(luò)，得到基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)避碰規(guī)劃器；

(5)將聲納探測(cè)信息及目標(biāo)點(diǎn)信息輸入至基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的避碰規(guī)劃器，獲得UUV下一時(shí)刻的轉(zhuǎn)艏及速度的調(diào)整指令；

所述的步驟(1)具體為：

全局坐標(biāo)系采用北東坐標(biāo)系，地圖左下角為原點(diǎn)，正北方向?yàn)閄軸，正東方向?yàn)閅軸；

局部坐標(biāo)系原點(diǎn)選在UUV重心處，X軸取在UUV縱向剖面內(nèi)，指向UUV艏端，Y軸與縱剖面垂直，指向右舷；

二維多波束聲納仿真模型水平開角為120°，最大探測(cè)半徑為120m，共80個(gè)波束，波束角為1.5°，每個(gè)波束上探測(cè)噪聲為±1％；

所述的步驟(2)具體為：

所設(shè)計(jì)的LSTM網(wǎng)絡(luò)為端對(duì)端模型，該網(wǎng)絡(luò)模型包含四層，分別為輸入層、隱藏層、中間層以及輸出層；

輸入層由81個(gè)單元組成，其中前80個(gè)單元分別對(duì)應(yīng)仿真聲納的80個(gè)波束中包含的距離信息，第81個(gè)單元對(duì)應(yīng)UUV當(dāng)前位置與目標(biāo)點(diǎn)之間的夾角；

隱藏層由45個(gè)LSTM記憶模塊組成，每個(gè)LSTM模塊都包含輸入單元、輸出單元、輸入門、輸出門、遺忘門；

序列長(zhǎng)度為10，上一時(shí)刻的隱藏層的輸出反饋到下一時(shí)刻的模塊中；

中間層由23個(gè)單元組成；

輸出層由2個(gè)單元組成，分別對(duì)應(yīng)所規(guī)劃的下一時(shí)刻UUV的轉(zhuǎn)艏和速度；

輸入層與隱藏層、隱藏層與中間層、中間層與輸出層間的連接方式為全連接；

所述的LSTM記憶模塊輸出計(jì)算方式為：

i_t＝σ(W_xix_t+W_hih_t-1+b_i)

f_t＝σ(W_xfx_t+W_hfh_t-1+b_f)

c_t＝f_t·c_t-1+i_t·tanh(W_xcx_t+W_hch_t-1+b_c)

o_t＝σ(W_xox_t+W_hoh_t-1+b_o)

h_t＝o_t·tanh(c_t)

其中i_t、f_t、c_t、o_t和h_t分別為t時(shí)刻輸入門、遺忘門、記憶單元、輸出門和記憶模塊的輸出；x_t為t時(shí)刻記憶模塊的輸入向量；h_t-1為t-1時(shí)刻記憶模塊的輸出向量；W_xi、W_xf、W_xc和W_xo分別為模塊輸入與輸入門、遺忘門、記憶單元和輸出門間的權(quán)重矩陣；W_hi、W_hf、W_hc和W_ho分別為t-1時(shí)刻記憶模塊的輸出與輸入門、遺忘門、記憶單元和輸出門間的權(quán)重矩陣；b_i、b_f、b_c和b_o分別為輸入門、遺忘門、記憶單元和輸出門的偏置；σ(·)表示邏輯sigmoid函數(shù)，其為門單元的激活函數(shù)；·表示對(duì)應(yīng)元素相乘。