[發明專利]一種AUV目標搜索方法

有效

• 申請號: 202010195576.3
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111337930B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 李娟;張栩;陳興華;徐健;王宏健
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G06N3/04;G06N3/06;G06N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提公開了一種AUV目標搜索方法，包括：聲吶探測模型的建立、環境感知地圖的建立和基于改進吸引源的目標搜索方法。本發明在無先驗信息的未知水下環境中通過聲吶傳感器實時探測周圍環境信息，創建并更新了各類環境感知地圖，改進信息素的釋放機制，使AUV在搜索區域覆蓋率較大的情況下針對目標存在概率較低的區域進行回訪，避免由于檢測概率問題而遺漏目標，防止AUV在已搜索區域進行重復搜索，在搜索區域各個對角設置待激活吸引源，通過激活待激活吸引源更容易搜索到邊角的目標，制定各個環境感知地圖的更新公式以及搜索收益函數，使AUV做出最大收益的移動決策，在保證搜索的可靠性與穩定性的同時提高搜索效率。

技術領域

本發明涉及到水下目標搜索領域，涉及一種AUV目標搜索方法，特別是涉及到一種基于改進吸引源的目標搜索算法，可應用于未知水下環境中的AUV目標搜索過程。

背景技術

隨著現代科技的快速發展，人類對海洋資源的依賴越來越高，然而由于海洋環境復雜多變、水下能見度低等特點，人類對海洋的探索變得極具挑戰性。近年來，由于自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles，AUV)具有良好的隱蔽性、水下移動的靈活性，經濟的適用性等匯集高科技手段的技術特點，在各個領域，均已經受到了廣泛關注。

針對未知環境下的目標搜索問題，國內外在海陸空都開展了較為廣泛的研究。傳統方法以搜索論為基礎，從最大化目標發現概率的角度出發，預先設計任務區域的搜索路線。但由于實際任務的搜索環境是未知的，無法預先離線規劃，因此實時的目標搜索算法被深入研究。劉重、高曉光等人為了提高無人機對目標的搜索捕獲能力和對不確定度高的區域的回訪能力，進而提高多無人機協同搜索效率，提出了一種帶信息素回訪機制的多無人機協同目標搜索方法，但其信息素的釋放機制不能完全適用于AUV的目標搜索問題中。吳芳、楊日杰等人針對了馬爾科夫水下運動目標的搜索，提出了一種基于馬爾科夫過程的水下運動目標啟發式搜索算法。但該算法無法解決目標位置和狀態未知的搜索情況。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種能夠在較短時間內搜索到所有目標，并能夠解決目標有可能作業區域邊角的特殊情況，使AUV在搜索區域覆蓋率較大的情況下針對目標存在概率較低的區域進行回訪，從而避免由于聲吶傳感器的檢測概率問題而遺漏目標的情況的AUV目標搜索方法。

為解決上述技術問題，本發明的一種AUV目標搜索方法，包括以下步驟：

步驟1：將AUV和目標簡化為質點，將搜索區域柵格化，AUV搭載的聲吶可以探測以自身為圓心，半徑為R的圓內的目標點的情況，聲吶具有已知的檢測概率；

步驟2：初始化參數和AUV的初始位置，參數包括AUV搭載聲吶的傳感器檢測概率和虛警概率、吸引源的激活半徑和影響半徑，初始化AUV在柵格圖中的所在的柵格位置；

步驟3：搜索感知地圖建立與初始化，在柵格圖的基礎上建立目標存在概率地圖、不確定性地圖、信息素地圖、已搜索柵格地圖、吸引源地圖并初始化：目標存在概率地圖表示目標在實際網格圖中存在的概率情況，p_a(0)表示任務開始之前網格a中的目標存在概率，初始化p_a(0)＝0.5，即在任務開始之前，AUV認為網格a中“目標存在的可能性”和“目標不存在的可能性相等；所有網格中對應的不確定度初始化為1，即AUV對所有網格內的狀態都是不了解的，搜索狀態為未搜索，吸引源和信息素地圖未激活；

步驟4：AUV通過自身搭載的聲吶對周圍環境進行探測，探測范圍內若出現疑似目標點，則AUV到達疑似目標點所在柵格，通過傳感器確認是否為待搜索目標，若是待搜索目標點，則已搜索目標數加1，否則，已搜索目標數不變；

步驟5：判斷已搜索目標數是否達到預期搜索目標總數，若已達到，則任務結束，否則進入步驟6；