[发明专利]一种AUV声隐身态势评估方法

说明书

本发明公开了一种AUV声隐身态势评估方法，属于态势评估技术领域。本发明以各种声学数据、声呐设备参数和位置信息等为输入，建立声呐探测性能模型和信号余量模型，根据任务隐蔽性要求等级构建声呐威胁虚拟障碍物，通过声呐方程、“KoutofN”准则计算多种类型探测概率，基于信号余量SE模型确定AUV的可航行范围，在可航行范围内以渐变色表示探测概率值形成态势图。本发明的态势评估系统包含全局态势评估和实时态势评估，系统以全局态势评估结果、多种声呐探测概率、AUV可航行范围和态势图为输出结果，评估结果准确、可信度高、可视化，实现对AUV航路的隐身威胁评估，为规划系统提供隐蔽性约束条件。

技术领域

本发明属于态势评估技术领域，具体涉及一种在声呐探测环境下的AUV声隐身态势评估方法。

背景技术

随着智能水下机器人(AUV)技术的发展，AUV在水下作业的应用需求也越来越广泛，行为决策智能化已经成为未来水下机器人的发展趋势。目前，AUV主要依靠采集实时目标状态以及地形、障碍物、海流等环境信息，通过优化算法规划最优行为。这种行为决策系统缺少对态势因素的考虑，通常难以满足全局任务目标的需求。因此要实现更高层次上的智能自主决策，决策系统还需要增加对环境态势的评估功能。

AUV作为一种水下探测平台，随着任务复杂程度提高，对AUV执行任务的安全性要求也越来越高，尤其AUV在执行一些特定目标任务时，对任务和动作隐蔽性要求较高。由于AUV搭载的各种推进器以及部分设备在工作时会形成噪声源，目前针对AUV的探测手段主要是以水下声学探测设备为主，对AUV的任务安全性造成较大威胁，所以需要实时可靠的声隐身态势评估方法。

考虑任务的隐蔽性要求，AUV规划系统需要根据自身噪声、环境特点和探测设备参数等，针对声学探测环境分析声隐身态势，将评估结果融入AUV航路规划的约束模型，提高规划航路的隐蔽性，实现AUV高层次上的智能决策。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高AUV智能行为规划系统决策水平及声呐探测环境下AUV执行任务隐蔽性的要求、评估结果准确、可信度高且可视化的AUV声隐身态势评估方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种AUV声隐身态势评估方法，具体的实现方式包括以下步骤：

(1)在AUV下水执行任务前，根据航路起点和目标点确定任务目标水域范围，采集任务目标水域内的探测声呐位置、AUV和环境声学信息、声呐设备信息；

(2)根据步骤(1)的采集信息进行全局环境下的态势评估；在AUV的任务工况下建立信号余量SE模型，通过建立声呐性能模型确定DI、DT，输入SL、NL，计算AUV在水平面上周向均匀36个方向上信号余量SE为0时的传播损失TL值，根据TL模块计算每个方向上TL值对应的距离即声呐探测距离，基于最小二乘法拟合36个点得到声呐探测范围及威胁范围，同样计算全局环境下每个已知声呐的威胁范围得到全局威胁态势评估结果；

(3)根据步骤(1)采集的动态信息，在航路中进行实时态势评估；通过建立声呐方程，计算得到单一声呐的探测概率p_d，当所有单一声呐的探测概率计算完成后，以探测概率作为威胁评估指数并根据大小对声呐进行威胁度排序；

(4)在单一声呐探测概率的基础上，根据声呐数量和航线时间，利用“KoutofN”准则计算得到多声呐的联合探测概率p_da，根据总探测时间t和探测频率n计算AUV航线累积探测概率p_dl；

(5)确定探测声呐设备参数后，在AUV所在位置的水平面上，以AUV为圆心均匀取36个方向，分别计算36个方向信号余量SE为0的点，并通过拟合包络线确定AUV可航行范围，制作态势图；