基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，包括场景仿真模块、水动力仿真模块、人员显控模块、试验监控管理模块；本发明专利技术将真实人员接入仿真回路来控制仿真场景中的陪试艇，用以构建更加智能、真实的博弈场景；通过仿真构建被测无人艇控制器操控被测无人艇、人员显控模块操控陪试艇的双闭环，将由被测无人艇控制器操控的虚拟被测无人艇与由真实人员操控的虚拟陪试艇在场景仿真模块中进行博弈对抗并记录博弈过程的试验数据，完成针对无人艇控制器及其自主控制软件的自主能力测试。本发明专利技术在保留虚拟仿真测试优势的基础上，提升了仿真场景中陪试艇的智能化水平，增加了仿真场景的丰富度与真实性。加了仿真场景的丰富度与真实性。加了仿真场景的丰富度与真实性。

Autonomous capability test system and method of unmanned craft based on man-machine game

【技术实现步骤摘要】
基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统及方法


[0001]本专利技术属于水面无人艇自主能力测试定位
，具体涉及一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统及方法。

技术介绍

[0002]水面无人艇作为机器人技术与水面艇技术的结合，具有使用成本低、自动化程度高、恶劣环境适应性强等特点，可代替有人艇执行岸线巡防、扫雷布雷、水文测绘、水质监测等危险或枯燥任务，在军民领域具有广阔的应用前景。水面无人艇的基本原理是通过将艇上多种传感器实时获取的周边水文数据、态势数据、艇的姿态位置数据传输给无人艇控制器，无人艇控制器将上述多源数据与先验海图数据进行融合计算，根据无人艇任务设定自动规划出无人艇的无碰撞目标航行轨迹并生成控制指令驱动无人艇动力系统与航向控制系统使无人艇在水动力的作用下沿着目标轨迹航行。
[0003]无人艇的自主能力体现在其在复杂场景下能够在没有人为直接干预的情况下执行复杂任务，其相较于有人艇最大的不同是艇平台的直接控制权由人类驾驶员转移到了安装在艇上的无人艇控制器。无人艇控制器以及运行在其上的无人艇自主控制软件是无人艇自主能力的核心载体，直接决定着无人艇的智能化程度和任务执行成功率。对无人艇控制器以及无人艇自主控制软件进行测试，是无人艇相比传统有人艇测试面临的新挑战。现有技术中，针对无人艇自主能力的测试可分为实装测试和仿真测试两种。
[0004]无人艇实装测试在真实水域进行，根据测试规程搭建相应的测试场景，场景中的陪试艇由人工驾驶，通过陪试艇与被测无人艇在场景中的动态交互完成对无人艇自主能力的测试。该测试方法最为真实，但测试费用高，测试准备周期长，具有一定的风险。
[0005]无人艇仿真测试在实验室环境下搭建无人艇自主控制回路。首先根据测试规程搭建相应的虚拟试验场景，对虚拟陪试艇的行为逻辑进行预先编程。通过实时仿真机实时运行虚拟试验，将虚拟试验中被测无人艇感知传感器数据反馈给被测无人艇控制器，无人艇控制器通过运算输出控制指令驱动实时仿真机中的虚拟被测无人艇模型完成控制闭环。该测试方法具有快速、低成本特点，可以对无人艇自主能力进行快速验证，但受限于虚拟仿真中被测无人艇的行为较为简单刻板，不够智能化，导致场景的丰富度与灵活性不足，无法对无人艇自主能力进行充分测试。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术存在的问题，创建一个能在实验室条件下模拟被测无人艇和陪试无人艇动态对抗博弈过程的试验环境，用来测试无人艇自主能力，本申请提出一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，包括：
[0007]场景仿真模块，用于在场景中模拟被试无人艇或陪试艇的位置和姿态；
[0008]水动力仿真模块，用于解算被试无人艇或陪试艇在下一循环时刻的位置和姿态；
[0009]人员显控模块，用于控制水动力仿真模块中被试无人艇或陪试艇的动力学模型；
[0010]试验监控管理模块，用于监控整个试验过程。
[0011]进一步的，所述场景仿真模块包括：
[0012]无人艇传感器仿真引擎和三维视景可视化仿真引擎。
[0013]进一步的，所述水动力仿真模块包括：
[0014]无人艇水动力数值解算单元和无人艇风浪数值模拟单元。
[0015]进一步的，所述人员显控模块包括：
[0016]无人艇传感数据显示单元、无人艇状态数据显示单元、无人艇航向控制系统操纵杆、无人艇动力控制系统操纵杆和无人艇运行模式切换开关。
[0017]进一步的，所述试验监控管理模块包括：
[0018]微试验启停控制操作人机界面和试验过程数据监控人机界面。
[0019]进一步的，所述测试系统可以连接被测无人艇集群，所述被测无人艇集群包括多个同时接入所述测试系统的无人艇控制器。
[0020]进一步的，所述测试系统还可以连接陪试艇集群，所述陪试艇集群包括多个同时接入所述测试系统的人员线控模块。
[0021]一种如上述的基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0022]开始仿真循环周期；
[0023]在场景仿真模块中，获取被测无人艇传感器和陪试艇的感知数据；
[0024]被测无人艇控制器接收场景仿真模块发送的被测无人艇传感器感知数据，人员显控模块接收场景仿真模块发送的陪试艇传感器感知数据；
[0025]被测无人艇控制器根据接收到的被测无人艇传感器数据，得到被测无人艇的控制指令并将控制指令发送给水动力仿真模块；试验陪试人员根据接收到的陪试无人艇传感器数据，陪试人员通过人员显控模块将操艇指令发送给水动力仿真模块；
[0026]水动力仿真模块接收操艇指令，根据被测无人艇和陪试艇的当前运动状态以及操艇指令，解算得到被试无人艇和陪试艇在下一循环时刻的位置和姿态；
[0027]根据水动力仿真模块的计算结果，更新场景仿真模块中被测无人艇和陪试艇的位置和姿态；
[0028]等待下一仿真循环周期。
[0029]进一步的，所述水动力仿真在根据无人艇当前运动状态与操艇指令解算无人艇下一循环时刻位置和姿态的过程中，考虑了风浪流对无人艇的作用效果，风浪流参数的设置可在所述试验监控管理模块中设置；
[0030]所述仿真场景包括静态场景模型和动态场景模型，所述静态场景模型包括岛礁、岸滩、水上固定平台，所述动态场景模型包括所述被测无人艇模型、所述陪试艇模型、风浪流模型、天气模型、水上锚系平台模型。
[0031]进一步的，本方法通过同时接入多个由所述被测无人艇控制器操控的被测无人艇和多个由人员操控的陪试艇，可以实现自主无人艇集群与人员操控艇集群的博弈，进而完成对无人艇集群自主能力的测试。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0033](1)本专利技术的测试方法基于人机博弈来测试无人艇的自主能力，通过人员操控仿
真场景中的陪试艇，可以灵活的模拟无人艇在实际部署过程中与场景中智能体的博弈过程；
[0034](2)本专利技术的测试系统扩展性强，本专利技术的测试系统基于模块化设计，单独模块可独立替换，便于后期升级迭代；
[0035](3)本专利技术的测试系统可以同时接入多个由被测无人艇控制器操控的无人艇以及多个由人员操控的陪试艇，实现对无人艇集群的自主能力测试；
[0036](4)本专利技术测试成本低，使用虚拟仿真技术可以在实验室环境下针对无人艇控制器和无人艇自主控制算法进行针对性测试，节省了时间成本和资金成本。
附图说明
[0037]图1为本专利技术测试系统的逻辑框图；
[0038]图2为本专利技术测试方法的流程图。
具体实施方式
[0039]为使本领域技术人员能够更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。
[0040]如图1所示，本申请提出了一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，包括：场景仿真模块、水动力仿真模块、人员显控模块、试验监控管理模块。
[0041]被测无人艇控制器的控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，其特征在于，包括：场景仿真模块，用于在场景中模拟被试无人艇或陪试艇的位置和姿态；水动力仿真模块，用于解算被试无人艇或陪试艇在下一循环时刻的位置和姿态；人员显控模块，用于控制水动力仿真模块中被试无人艇或陪试艇的动力学模型；试验监控管理模块，用于监控整个试验过程。2.根据权利要求1所述的基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，其特征在于，所述场景仿真模块包括：无人艇传感器仿真引擎和三维视景可视化仿真引擎。3.根据权利要求2所述的基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，其特征在于，所述水动力仿真模块包括：无人艇水动力数值解算单元和无人艇风浪数值模拟单元。4.根据权利要求3所述的基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，其特征在于，所述人员显控模块包括：无人艇传感数据显示单元、无人艇状态数据显示单元、无人艇航向控制系统操纵杆、无人艇动力控制系统操纵杆和无人艇运行模式切换开关。5.根据权利要求4所述的基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，其特征在于，所述试验监控管理模块包括：微试验启停控制操作人机界面和试验过程数据监控人机界面。6.根据权利要求5所述的基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，其特征在于：所述测试系统可以连接被测无人艇集群，所述被测无人艇集群包括多个同时接入所述测试系统的无人艇控制器。7.根据权利要求6所述的基于人机博弈的无人艇自主能力测试系统，其特征在于：所述测试系统还可以连接陪试艇集群，所述陪试艇集群包括多个同时接入所述测试系统的人员线控模块。8.一种如权利要求1
‑
7任意一项所述的基于人机博弈的无人艇自主能力测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虹晓，杨诚，李占，张化良，闫戈，李游，严传续，
申请(专利权)人：中国船舶工业综合技术经济研究院，
类型：发明
国别省市：