[发明专利]一种适用于水下航行器搜索策略模拟的随机目标模型

权利要求书

1.一种适用于水下航行器搜索策略研究的随机目标模型，其特征在于其建立方法步骤如下：

步骤1：根据先验信息随机生成目标初始位置

步骤1.1：在搜索海域内，以水下航行器搜索起点为原点，建立笛卡尔直角坐标系，作为参考坐标系；

步骤1.2：以目标出现在搜索海域中心概率最高作为假设条件，选择二维高斯混合分布模型作为目标在平面内的分布概率，数学表述为：

其中，μ₁,μ₂是均值，σ₁,σ₂是标准差，ρ是相关系数；选择搜索海域中心位置坐标(x_m,y_m)为均值μ₁,μ₂；

根据洋流信息计算标准差和相关系数，在已知目标分布函数的基础上，利用蒙特卡罗法在搜索海域范围内随机生成设定个数坐标(x,y)作为假想目标的平面坐标；

步骤1.3：利用蒙特卡罗法在搜索海域深度范围内随机生成设定个数坐标z作为假想目标的竖轴坐标；

步骤1.4：将步骤1.2与步骤1.3结果随机组合，生成设定个数的空间坐标(x,y,z)作为随机目标的初始位置；

步骤2：一定约束条件下随机选择目标运动方向

步骤2.1：构造运动方向集合：以步骤1.1建立的坐标系作为参考，XoY平面的运动方向范围为[0,360)，ZoY平面的运动方向范围为[-90,90]；

步骤2.2：随机选择下一时刻运动方向：对于XoY平面的运动方向，以上一时刻的运动方向为均值，以目标允许的最大角速度为标准差构造了下一时刻目标运动方向的正态分布函数，通过蒙特卡罗法随机选择一方向作为下一时刻目标在XoY平面的运动方向；对于ZoY平面的运动方向，首先根据目标当前时刻所在位置坐标更新方向集合，若目标已经处于海平面，则方向集合中仅包括{-90,-45,0}，若目标已经处于海底，则方向集合中仅包括{0，45，90}，除此之外，方向集合均为{-90,-45,0,45,90}，然后随机从方向集合中选择一方向作为下一时刻目标在ZoY平面的运动方向；

步骤3：目标运动速度选择

步骤3.1：确定加速度范围：假设搜索模型中设定的仿真时间间隔为t₁，则根据基本运动学理论，则：

其中，v_t为目标在t时刻的速度，为目标在加速度为a_t1时下一时刻的速度，v_max为目标最大运动速度；

t时刻目标的加速度范围为：

步骤3.2：构建速度分布概率密度函数：在目标运动速度范围内采用半截断正态分布作为目标速度分布概率密度函数，其中均值为上一刻的目标运动速度v_t，表示相邻时刻之间速度大小相同的概率最大，以选择的加速度a_t为标准差，表示目标速度可能的变化范围，则目标分布的概率密度函数表示为：

以式(6)作为蒙特拉罗生成函数，随机生成速度作为下一时刻目标的运动速度；

步骤4：在搜索策略的推演过程中，对运动过程进行迭代：

根据步骤2和步骤3确定目标在XoY平面和ZoY平面的运动方向和速度大小，目标下一时刻坐标的计算方法为：

其中，v_XoY，θ_XoY分别为目标在XoY平面的速度和方向，v_ZoY，θ_ZoY分别为目标在ZoY平面的速度和方向，(x_t,y_t,z_t)为目标上一时刻的位置坐标。