[發明專利]一種基于人工魚群算法的多UUV協同探測陣型優化方法

在審

• 申請號: 202211282901.5
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115828725A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 劉祿;黨沛東;張立川;潘光;于洋;張碩
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學深圳研究院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/006
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于人工魚群算法的多UUV協同探測陣型優化方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將被動聲吶安裝于多個UUV船舷兩側，以多個UUV構建面向協同探測的一字型多UUV封控陣型；

步驟2、建立多UUV協同探測二元感知概率模型：二元感知模型指當探測區域內某一目標t(x_t，y_t)被UUV集群中的任何一個節點s_i＝{x_i，y_i，θ_i}探測到的二元感知概率模型：

若P(s_i，t)＝1，則目標t(x_t，y_t)被UUV節點s_i＝{x_i，y_i，θ_i}探測到；否則，不能被探測到；

其中：S＝{s₁，s₂，...，s_n}為所有的UUV構成的集合，每個UUV包含3個參數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，海域內任一目標表示為t(x_t，y_t)；表示UUV上搭載舷側聲吶的開角，r表示UUV上搭載舷陣聲吶的探測半徑；

步驟3：設定UUV陣型優化準則，封控陣型連續度與陣型覆蓋面積加權獎賞機制，得到優化目標函數：

Reward＝f(d，θ)＝η₁×Reward1+η₂×Reward2

其中：

一字型陣型連續度獎賞函數

一字型陣型面積覆蓋率獎賞函數

權重η₁和η₂分別為一字型陣型連續度獎賞函數Reward1和一字型陣型面積覆蓋率獎賞函數Reward2的權重；

步驟4：采用人工魚群智能優化算法對多UUV陣型中的UUV坐標以及航向角進行優化。

2.根據權利要求1所述基于人工魚群算法的多UUV協同探測陣型優化方法，其特征在于：所述多UUV協同探測二元感知概率模型的建立步驟為：

步驟2-1：求任一UUV節點s_i＝{x_i，y_i，θ_i}與目標t(x_t，y_t)之間的距離：

步驟2-2：當d(s_i，t)≤r時，判斷目標是否處于該UUV搭載的舷側聲吶開角范圍內；計算向量

步驟2-3：計算舷側聲吶探測范圍(即兩個扇形)中軸線對應的向量：

步驟2-4：計算與的夾角：

步驟2-5：探測概率為P(s_i，t)：

3.根據權利要求1所述基于人工魚群算法的多UUV協同探測陣型優化方法，其特征在于：所述步驟3的一字型陣型連續度獎賞函數Reward1的建立：以探測的海域為一矩形區域：相鄰兩個UUV的間距為：

當滿分為10分，建立以下指數衰減一字型陣型連續度獎賞函數：

其中，λ表示約束系數，α表示相鄰UUV間距增大導致一字型陣型連續度降低的衰減系數。