[发明专利]一种基于拍卖模式的水下机器人多目标选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人智能控制技术领域，尤其是一种基于拍卖机制的水下机器人多目标选择策略。

背景资料

水下移动目标追踪系统旨在及时发现目标、获取数据信息以实现对可疑移动目标的追踪，对于维护我国海洋权益和保障资源探索具有重要现实意义。由于水下环境的复杂性以及目标运动状态的动态性，水下机器人在同一时刻有可能监测到多个目标，如何动态合理选择追踪目标，成为构建水下多目标追踪系统的关键。

从现有技术中检索发现，中国专利申请号为201310655173.2，名称为：水下多目标追踪方法，该方法采用一种改进重采样非扩维数无味粒子滤波算法以实现水下多目标跟踪。但上述方法在设计追踪策略时候，并没有针对目标的状态信息设计多目标选择策略。由于水下监测区域较大，且水下机器人运动能耗大以及水下设备更换电池困难等特点，决定了有必要在追踪过程中结合水下移动目标的状态信息，设计一种动态多目标选择策略，以节约水下机器人整体运动能耗，进而延长追踪系统寿命。

再有，中国专利申请号为201310556313.0，名称为：多目标设计选择方法和系统，该方法利用博弈论以及阈值判断的思想设计了一种多目标选择策略。但上述多目标选择策略是一种集中式算法，为了获取到其余个体的状态信息，每个个体需要与其余个体实时通信。水声通信链路不稳定、多径干扰以及通信时延等“弱通信”特性，使得集中式多目标选择策略很难应用于水下多目标追踪系统中。因此，如何设计一种适合水下环境的分布式多目标选择策略显得尤为重要。

发明内容

本发明目的是提供一种有效提高选择过程稳定性、合理性的基于拍卖模式的水下机器人多目标选择方法。

为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：

(1)获取水下机器人定位信息及探测目标位置信息

在给定监测水域中部署多个具有感知功能的水下移动机器人，水下多机器人通过水声通信方式进行组网，形成具有协同监测能力的水下多机器人系统；

任意水下机器人i可利用已有的定位技术，水下机器人i位置p_i＝(x_i,y_i,z_i)^T，

式中，x_i、y_i、z_i分别代表水下机器人i在X轴、Y轴、Z轴对应的位置坐标，符号“T”表示向量的转置；

当目标进入监测区域，目标位置信息由多个水下移动机器人通过回声原理和三角测量法确定获取；

(2)计算代价函数

跟踪多个目标时，通过拍卖的形式实现多目标选择；假设每个目标对于水下机器人都是一个有价的商品，设定该商品的价值为V，对于每个水下机器人，它跟踪不同目标点所花费的代价是不同的，即水下机器人i预估移动到目标j所需代价函数为c_ij；

(3)根据代价函数c_ij，构建基于拍卖机制的价值函数；

(4)构造收益函数

根据价值函数和代价函数，构建水下机器人i选择目标j所得到的收益函数r_ij(t)，即

式中，V_ij表示水下机器人i选择目标j所能得到的价值，c_ij表示水下机器人i预估移动到目标j所需代价；

水下机器人只选择超过预期收益的目标进行追踪，水下机器人求得感知区域内目标的所有收益之后，选取其中最高的收益作为报价，即b_i＝max{r_i1,r_i2,…,r_in}，式中max{r_i1,r_i2,…,r_in}表示在r_i1,r_i2,…,r_in中选取最大值，b_i为返回的最大值；

(5)动态多目标选择平台

构建一个虚拟的拍卖公共平台，基于荷兰式递减公开拍卖的形式，对多个目标进行拍卖，拍卖平台由某一价格开始喊价；设定水下机器人即为竞拍者，所有竞拍者都知道当前的喊价，喊价逐渐减少，直到某个竞拍者在某个价位对喊价进行回应；例如，在“拍卖平台”上，当前喊价小于或等于b_i时，则该竞拍者以当前喊价的付出获得商品(即目的点)。