【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及目标搜索的路径规划，尤其涉及一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法。
技术介绍
1、在海洋生产活动中，有对移动目标进行搜索的需求，如搜寻尚在航行但通信失联的水下无人航行器、渔业活动中对高价值鱼群的搜寻和监控等。在海洋的大尺度条件和水下环境条件下，对于体型小、自身目标特征小的无人航行器或海洋生物的探测距离，采用常用的声学手段的探测距离也十分有限，对其搜寻需要耗费大量的时间。而对于尚在移动、且移动方向未知的目标，常用的基于对固定目标进行搜寻的区域平行搜索、弓形搜索等方法，对动态搜索过程中因目标移动而造成的出现在已搜寻区域的概率不能进行有效评估。
2、因此，基于上述现状，提供一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，实现对海洋移动目标在任务区域的概率进行动态估计，是非常必要的。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，实现对海洋移动目标在任务区域的概率进行动态估计，并提供对移动目标进行动态搜索的路径规划决策提供参考。
2、本专利技术提供了一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，包括如下内容：
3、设定搜索任务，加载地图，并将地图中对应的任务区域网格化；
4、初始化概率场和搜索平台的航行参数，计算移动目标在任务区域网格内，随时间变化的动态更新的概率场扩散概率；
5、搜索平台依据概率场扩散概率的更新内容，获得航行规划路径。
6、在以上技术方案的基础上，优选的，所述将
7、优选的，若干平面网格为矩形网格。
8、进一步优选的，所述初始化概率场，是以任务区域的边界为任务边界，在任务边界内存在处于移动状态的被搜索目标；设定搜索平台的起始位置，在搜索平台航行方向的一端设置探测器，探测器具有扇形的探测范围；在搜索平台航行的过程中，探测器扫掠过的区域形成已探测包络边界；当前时刻处于探测范围内的区域，由于搜索任务尚在进行而探测器未确认到目标，则形成概率上未扩散而至的区域；处于任务边界内，且位于已探测包络边界外的目标，如果因运动而进入已探测包络边界，则形成概率场向已探测包络边界的扩散的概率扩散区，与概率尚未扩散而至的区域间形成0概率包络边界，0概率包络边界位于已探测包络边界内部。
9、更进一步优选的，所述计算移动目标在任务区域网格内，随时间变化的动态更新的概率场扩散概率，是参照物质扩散的概率的理论，将移动目标作为单独的分子，参照lbm方法的流过程推算移动目标运动时的概率变化，令任务区域网格的中心与任务区域网格各边长中点的连线指向相邻的正向网格，令任务区域网格中心与任务区域网格各顶点的连线指向相邻的斜向网格，用c0表示分子留在当前任务区域网格，c1、c2、c3和c4表示分子向相邻的正向任务区域网格方向，c5、c6、c7和c8表示分子所在任务区域网格顶点相邻的斜向任务区域网格方向；在每一个时间步，分子运动到相邻的各网格中的扩散概率fc为其中∑fci＝1；碰撞过程达到平衡态的基本方程为：fi(x+ciδt,t+δt)-fi(x,t)＝ωi+fi等式左侧为流项，fi表示物质的归一化浓度，x表示当前任务区域网格位置，x+ciδt表示方向ci对应的相邻网格位置，δt表示时间步长，t为当前时刻，fi为外力项，ωi为碰撞项，表示δt时间内流体运动过程中项分子运动的平衡态的扩散程度，其中平衡态浓度u为任务区域网格的宏观速度矢量；松弛时间τ满足v为运动粘度。
10、再进一步优选的，所述搜索平台依据概率场扩散概率的更新内容，是采用如下公式计算得到概率场扩散概率的推导结果f′c：u为移动目标的最大速度，由移动目标确定；l为任务区域网格的长度，中间变量s满足
11、更进一步的优选的，所述搜索平台依据概率场扩散概率的更新内容，是采用数值试验统计得到概率场扩散概率的推导结果：在3×3的任务区域网格范围内，在中心任务区域网格和最大速度范围内，随机设置一个点的位置、速度及方向，计算在一个时间步长内随机点的位置，重复进行多次并统计该点落入到周围任务区域网格所占的比例，直至该比例稳定，该比例即为概率场扩散概率的推导结果f′c。
12、更进一步的优选的，中间参数0.1＜s＜1时，使用公式计算得到概率场扩散概率的推导结果；0＜s＜0.1时，采用数值试验统计得到概率场扩散概率的推导结果。
13、更进一步的优选的，所述获得航行规划路径，是在得到概率场扩散概率的推导结果后，迭代更新指针为i的任务区域网格在t+1时刻的概率pi，t+1：pi，t+1＝pi,t-[f′c][pi，t-pinei,t]，pi，t表示指针为i的任务区域网格在t时刻的概率；[f′c]为指针为i的任务区域网格在所有方向上的概率场扩散概率的推导结果对应的矢量；pinei，t代表在t时刻指针为i的任务区域网格的相邻任务区域网格；依据公式得到动态更新的概率场，确定航行规划路径优化函数，得到最终的航行规划路径。
14、再进一步的优选的，航线规划路径的优化函数，以搜索到移动目标的时间t最小为优化目标：mint，满足其中a代表搜索平台的动作，下标代表不同时刻；φ(·)为策略函数；pi代表i时刻的任务区域网格的状态；s为环境的实际物理状态，下标代表不同时刻；f表示对概率场扩散概率进行更新。
15、本专利技术提供的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：
16、(1)本专利技术提供了一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，可以应用于任务边界和被搜索目标均在移动的场景，提供了对移动目标进行动态搜索的路径规划决策的输入，实现对搜索过程中移动目标在任务区域的概率进行动态估计，可以应用于任务边界和被搜索目标均在移动的场景；
17、(2)本专利技术采用地图网格化的方法，可以扩展为平面或者三维环境，也可以进一步扩展到水面以外的水面、陆地、空中乃至跨域的应用环境中，进行动态目标的动态、快速搜索。
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1.一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，包括如下内容：
2.根据权利要求1所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述将地图中对应的任务区域网格化，是将任务区域划分为若干平面网格，若干平面网格阵列设置，且若干网格的尺寸完全相同。
3.根据权利要求2所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，若干平面网格为矩形网格。
4.根据权利要求3所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述初始化概率场，是以任务区域的边界为任务边界，在任务边界内存在处于移动状态的被搜索目标；设定搜索平台的起始位置，在搜索平台航行方向的一端设置探测器，探测器具有扇形的探测范围；在搜索平台航行的过程中，探测器扫掠过的区域形成已探测包络边界；当前时刻处于探测范围内的区域，由于搜索任务尚在进行而探测器未确认到目标，则形成概率上未扩散而至的区域；处于任务边界内，且位于已探测包络边界外的目标，如果因运动而进入已探测包络边界，则形成概率场向已探测包络边界的扩散的概率扩散区，与概率尚未扩散而至的区域间形成0概率包络边界，0概
5.根据权利要求4所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述计算移动目标在任务区域网格内，随时间变化的动态更新的概率场扩散概率，是参照物质扩散的概率的理论，将移动目标作为单独的分子，通过LBM方法的流过程推算移动目标运动时的概率变化，令任务区域网格的中心与任务区域网格各边长中点的连线指向相邻的正向网格，令任务区域网格中心与任务区域网格各顶点的连线指向相邻的斜向网格，用C0表示分子留在当前任务区域网格，C1、C2、C3和C4表示分子向相邻的正向任务区域网格方向，C5、C6、C7和C8表示分子所在任务区域网格顶点相邻的斜向任务区域网格方向；在每一个时间步，分子运动到相邻的各网格中的扩散概率fc为
6.根据权利要求5所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述搜索平台依据概率场扩散概率的更新内容，是采用如下公式计算得到概率场扩散概率的推导结果f′c：U为移动目标的最大速度，由移动目标确定；L为任务区域网格的长度，中间变量S满足
7.根据权利要求6所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述搜索平台依据概率场扩散概率的更新内容，是采用数值试验统计得到概率场扩散概率的推导结果：在3×3的任务区域网格范围内，在中心任务区域网格和最大速度范围内，随机设置一个点的位置、速度及方向，计算在一个时间步长内随机点的位置，重复进行多次并统计该点落入到周围任务区域网格所占的比例，直至该比例稳定，该比例即为概率场扩散概率的推导结果f′c。
8.根据权利要求7所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，中间参数0.1＜s＜1时，使用公式计算得到概率场扩散概率的推导结果；0＜s＜0.1时，采用数值试验统计得到概率场扩散概率的推导结果。
9.根据权利要求7所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述获得航行规划路径，是在得到概率场扩散概率的推导结果后，迭代更新指针为i的任务区域网格在t+1时刻的概率Pi，t+1：Pi，t+1＝Pi，t-[f′c][Pi，t-Pinei，t]，Pi，t表示指针为i的任务区域网格在t时刻的概率；[f′c]为指针为i的任务区域网格在所有方向上的概率场扩散概率的推导结果对应的矢量；Pinei，t代表在t时刻指针为i的任务区域网格的相邻任务区域网格；依据公式得到动态更新的概率场，确定航行规划路径优化函数，得到最终的航行规划路径。
10.根据权利要求9所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，航线规划路径的优化函数，以搜索到移动目标的时间T最小为优化目标：min T，满足其中A代表搜索平台的动作，下标代表不同时刻；Φ(·)为策略函数；Pi代表i时刻的任务区域网格的状态；S为环境的实际物理状态，下标代表不同时刻；F表示对概率场扩散概率进行更新。
...【技术特征摘要】
1.一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，包括如下内容：
2.根据权利要求1所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述将地图中对应的任务区域网格化，是将任务区域划分为若干平面网格，若干平面网格阵列设置，且若干网格的尺寸完全相同。
3.根据权利要求2所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，若干平面网格为矩形网格。
4.根据权利要求3所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述初始化概率场，是以任务区域的边界为任务边界，在任务边界内存在处于移动状态的被搜索目标；设定搜索平台的起始位置，在搜索平台航行方向的一端设置探测器，探测器具有扇形的探测范围；在搜索平台航行的过程中，探测器扫掠过的区域形成已探测包络边界；当前时刻处于探测范围内的区域，由于搜索任务尚在进行而探测器未确认到目标，则形成概率上未扩散而至的区域；处于任务边界内，且位于已探测包络边界外的目标，如果因运动而进入已探测包络边界，则形成概率场向已探测包络边界的扩散的概率扩散区，与概率尚未扩散而至的区域间形成0概率包络边界，0概率包络边界位于已探测包络边界内部。
5.根据权利要求4所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，其特征在于，所述计算移动目标在任务区域网格内，随时间变化的动态更新的概率场扩散概率，是参照物质扩散的概率的理论，将移动目标作为单独的分子，通过lbm方法的流过程推算移动目标运动时的概率变化，令任务区域网格的中心与任务区域网格各边长中点的连线指向相邻的正向网格，令任务区域网格中心与任务区域网格各顶点的连线指向相邻的斜向网格，用c0表示分子留在当前任务区域网格，c1、c2、c3和c4表示分子向相邻的正向任务区域网格方向，c5、c6、c7和c8表示分子所在任务区域网格顶点相邻的斜向任务区域网格方向；在每一个时间步，分子运动到相邻的各网格中的扩散概率fc为
6.根据权利要求5所述的一种水下移动目标的动态搜索概率估计方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：游卓，王嘉，周小歆，蔡琛，宋清华，张宇昂，李幸群，罗思琦，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：
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