[发明专利]一种威胁互联网下UUV的航路规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，尤其涉及一种威胁互联网下UUV的航路规划方法。

背景技术

UUV(Unmanned Underwater Vehicle，无人水下航行器)航路规划过程中，威胁区域与障碍区域不同，障碍区是严格禁止通过的，而威胁区是可以选择通过但会承担一定风险的区域。随着通信技术的发展，各个威胁区不再独立工作，而是通过联网共享目标信息，因此当UUV通过某一威胁区后，再次通过其他威胁区时，其承受的风险将大大增加。所以在威胁互联网下，UUV受到的威胁不再是其穿过的威胁区威胁等级的简单累加，田阔等在《威胁联网下无人机路径在线规划》中，以及符小卫等在《防空威胁联网建模与分析》中探讨了威胁互联网下的代价模型。伍祥红等在《基于蚁群优化的自主水下机器人路径决策方法研究》中认为当目标被发现一次后，每个威胁区的威胁等级按一定方式增加；而姜礼平等在《威胁联网下低空突防航路规划研究》中将威胁区的影响范围扩大，来体现威胁的增加。

上述这些文献中均是设计了威胁代价模型，然后将该模型引入规划算法中以限制航路穿越威胁区，从而得到较为安全的路径。但这些方法不能人为控制最大的风险承受概率(或者航行器应保持的安全概率)，且UUV往往是通过较早出现的威胁区、绕行较后出现的威胁区，实际应用中这样的现象难以保证航路较优，因为在满足某些限制条件下，UUV绕行较早出现的威胁而通过较后出现的威胁可能承受的风险更小，路径更加优化。

发明内容

本发明涉及的理论内容

1、安全概率计算规则

本发明将规划路径承受的风险转化成安全概率safep，即UUV承受的风险越大，安全概率越小。威胁区的危险概率根据UUV通过的威胁区个数按一定方式指数增加。路径的安全概率计算规则如下：

其中，i为路径上通过的威胁区序号，N为路径上通过的威胁区总数，thread_pro_i为路径上通过的第i个威胁区的威胁概率，w为威胁升级权值，w＞1；

2、基于安全保障的蚁群状态转移概率计算方法

本发明使用可视图法建立蚁群算法中蚂蚁的状态转移点，为了得到满足安全概率要求的路径，设计了以下状态转移概率计算规则：

上式中，为蚂蚁k于当前目标点i处转移到可视点j的概率；allow为蚂蚁k于当前目标点i处允许做状态转移的可视点集合；η是启发函数，为待转移可视点到当前目标点直线距离的倒数，ηj是待转移可视点j到当前目标点i直线距离的倒数，η_r是allow中任一点到当前目标点i直线距离的倒数；τ_ij为信息素浓度；α为信息素的重要程度；β为启发函数的重要程度；

如果从蚁群点i转移到蚁群点j会经过威胁区域，那么需根据已经通过的威胁区域数量和危险等级以及点i、j之间将会经过的威胁区数量和危险等级修正其转移权值(τ_ij)^α(η_j)^β大小得到修正转移权值((τ_ij)^α(η_j)^β)^*，具体过程如下：

1)利用安全概率计算规则，根据当前已经通过的威胁区域数量num和危险等级计算当前安全概率now_safep；

2)获取从点i转移到点j会经过的威胁区域数量和危险等级，并按照经过的先后顺序排列；计算从i转移到j后的安全概率

其中thread[]为从点i转移到j经过的各威胁区域顺序存储对应的危险等级，危险等级为从0到10之间的任意整数；m为从点i转移到j经过的威胁区个数；w为威胁升级权值，w>1；

①如果ifTransfer_safep<safep_limit，则给(τ_ij)^α(η_j)^β赋一个极小的值；

②如果ifTransfer_safep>safep_limit，则，

((τ_ij)^α(η_j)^β)^*＝ξ×(τ_ij)^α(η_j)^β×ifTransfer_safep

其中，ξ为0～1之间的随机数；