[发明专利]基于态势模拟和蒙特卡罗的水下航行器协同搜索效能评估方法

说明书

本发明涉及一种基于态势模拟和蒙特卡罗的水下航行器协同搜索效能评估方法，属于水下航行器协同应用研究技术领域。包括以下步骤：1.对搜索海域预处理；2.建立三维声纳视域模型；3.建立搜索目标模型；4.根据搜索策略，在三维空间中对搜索过程进行模拟；5.在三维空间内，判断目标是否位于当前声纳覆盖区域；6.当前覆盖空间内声纳检测识别目标的能力；7.进行多次态势模拟，计算各搜索过程中遭遇并识别目标的个数，通过数据处理获得协同搜索概率，表示搜索效能。本发明方法通过态势模拟和蒙特卡罗解决了三维空间内搜索概率的量化问题，可以用来评价水下航行器协同系统在既定搜索策略下的任务执行效果，比较不同搜索策略，为方案制定提供参考。

技术领域

本发明属于水下航行器协同应用研究技术领域，具体涉及一种基于态势模拟和蒙特卡罗的水下航行器协同搜索效能评估方法。

背景技术

水下航行器具有高机动性、高深度作业和自主航行等优点，被广泛应用于海洋搜索任务。随着水下航行器技术的成熟，多水下航行器协同搜索成为未来主要发展趋势。面对日益增大的搜索面积，如何选择合适的搜索策略并对任务执行程度进行度量是一个值得考虑的重要问题。效能作为一种有效的评价指标，其值表征了系统在既定搜索策略下的任务执行能力，对其进行评估与分析对指挥决策具有重要的现实意义。

目前国内外装备体系效能评估方法有专家评定法、试验统计评估法、模拟仿真法等几大类。专家评定法的核心是借助专家打分反映效能指标的价值取向；试验统计评估法是在规定的现场或模拟的实物环境中进行小样本试验，利用统计方法进行评估，成本高，实现难度大；模拟仿真法是以计算机模拟为手段进行任务过程的模拟得到效能指标估值。

针对区域搜索任务的特殊性，专家评定法难以对效能指标做出定量评价，同时试验统计法成本太高。模拟仿真法能够对搜索策略的执行效果进行定量分析，同时又具有成本低的优势，适用于区域搜索任务方案制定阶段搜索策略的评估。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有水下航行器协同任务研究中在三维空间内对搜索策略任务执行效果评价方法不足的问题，本发明提供一种基于态势模拟和蒙特卡罗的水下航行器协同搜索效能评估方法。

技术方案

一种基于态势模拟和蒙特卡罗的水下航行器协同搜索效能评估方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：对搜索海域预处理

步骤1.1：以水下航行器协同系统航线起点为原点，建立笛卡尔直角坐标系；

步骤1.2：计算各声纳在海底的有效覆盖宽度及系统的协同覆盖宽度；

步骤1.3：以协同覆盖宽度为单元对搜索海域进行小区域划分，以有效覆盖宽度的最大公约数为单元对小区域进行栅格处理；

步骤2：建立可由声纳参数调节、随水下航行器航向变化的三维声纳视域模型：

a_i＝[-0.5α_i,-0.5α_i,0.5α_i,0.5α_i],α_i∈[0,α]

b＝[0.5β,-0.5β,-0.5β,0.5β]

其中，[x_i(j) y_i(j) z_i(j)]为声纳视域角度a_i时边界点j在当前空间坐标系中的坐标，[x₀ y₀ z₀]为水下航行器所在位置坐标，R为声纳的最大探测距离，α为声纳的水平开角，β为声纳的垂直开角，θ为声纳的发射角，ξ为水下航行器的航向角；

步骤3：建立搜索目标模型；