[发明专利]一种面向水面无人集群的群体智能仿真试验系统及其方法

说明书

本发明公开了一种面向水面无人集群的群体智能仿真试验系统及其方法，针对无人艇集群提供仿真试验系统，由场景定制模块将多智能体的实体模型实例化为想定空间中的群体智能仿真实体，对无人艇集群进行仿真测试，验证无人艇在集群场景下的功能情况，实现典型海况等复杂环境下的无人艇集群试验。在仿真时，根据无人艇智能体数量复制无人艇模型数量，每个无人艇智能体对应一个无人艇模型，各个无人艇智能体在仿真环境中是独立的个体，通过场景定制模块为每个无人艇智能体编配位置、角色和任务，每个无人艇智能体根据自己所处位置、角色和任务进行自己的计算和判断，从而构成一个多智能体的集群环境，实现多智能体场景下的仿真试验。

技术领域

本发明属于仿真系统技术领域，尤其是涉及一种面向水面无人集群的群体智能仿真试验系统及其方法。

背景技术

无人艇的出现，不仅能在一些高危区域替代或者协助有人舰船执行任务，最大程度降低风险、缩减成本、保障安全，更重要的是从作战概念和战争设计上，极大地影响甚至是彻底地颠覆了未来海战的作战样式。根据搭载的任务模块不同，无人艇可以与有人舰船协同或者独立完成反水雷战(MCM)、反潜作战(ASW)、海上安全(MS)、水面作战(SUW)、支持特种部队作战(SOF)、电子战(EW)，以及支持海上拦截作战(MIO)等多种军事任务。无人艇正在逐渐成为海上装备的中坚力量，该领域所涉及的无人系统及其关键技术也正成为海上智能制造中的明珠，将对整个无人艇领域的发展产生决定性影响。

众所周知，自主航行是无人艇的必备特征能力和核心价值所在，而其先决条件就是要实现对周围环境的自主适应和自主的行为决策。若要无人艇能真正发挥出无人协同的最大效能，就必须对无人艇的态势感知能力，群体通信能力，群体控制能力，群体博弈能力等进行能力测试。

但是，目前对于无人艇的研究，由于测试条件较高，所以对研究通常仅停留于理论层面，要么需要投入大量的成本进行一次次的测试，大大提高研发难度。目前，也有提出用于无人机或无人车的仿真系统，但是此类仿真系统都仅针对单一的智能体进行仿真，无法实现群体智能仿真试验，且无法实现海上复杂环境仿真试验，故目前对无人艇的研究存普遍存在缺乏实验验证，无法保证研究技术的效果，更无法保证集成各项研究的系统性无人集群的博弈效果。

此外，目前无人艇实现自主航行的关键在于深度学习技术，深度学习有一个很重要的特点就是需要进行训练，传统对无人艇深度学习模型的训练都是基于训练数据对单智能体进行训练。但是此类无人艇在真实环境的海上任务表现往往都不尽人意，主要原因是，真实环境下，一方面海上环境多是复杂而恶劣的，常常表现出变化无常，加上巨量环境信息的相互涌入、各种环境目标的相互影响导致无人艇的自主控制能力大大降低。另一方面，真实环境的海上任务通常是需要多智能体协同及博弈对抗的，而训练却是单智能体的，所以训练效果无法满足真实需求。基于深度强化学习的无人艇技术结合深度学习和强化学习构建无人艇模型，利用深度强化学习能够进行自我迭代学习探索的能力使无人艇能够在不停的循环计算和反复尝试中实现对复杂海洋环境下多智能体博弈场景的自主控制能力，如，态势感知能力，群体通信能力，群体控制能力，群体博弈能力等。但是，前述也提到，深度强化学习若要有较好的能力，就需要进行大量的尝试，但是真实情况是现实中并没有如此多的机会能够使无人艇进行大量的尝试。对此，本方案提出针对水面无人集群的群体智能仿真试验系统，基于该仿真试验系统对由深度强化学习模型构建的无人艇模型进行各种能力的仿真试验，同时在仿真试验的过程中实现仿真经验的积累，可为深度强化学习提供学习需要。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种面向水面无人集群的群体智能仿真试验系统及其方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种面向水面无人集群的群体智能仿真试验系统，包括仿真应用模块、仿真引擎和数据库，所述的仿真应用模块包括场景定制模块、场景运行管理模块、场景状态展示模块和数据收集分析模块；所述的仿真引擎包括感知数据仿真引擎、三维视景仿真引擎、分布式交互实时仿真引擎和仿真互联交互组件；