[发明专利]基于声纳探测概率的水下航行器安全隐蔽路径规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于声纳探测概率的水下航行器安全隐蔽路径规划方法及系统，本发明方法包括：确定水下航行器安全隐蔽路径规划的区域边界，确定计算区域；将计算区域栅格化；根据计算区域的地理范围加载海洋环境数据；基于加载的海洋环境数据，计算海洋声速环境参数；基于海洋声速环境参数构建声纳探测概率模型；基于构建得到的声纳探测概率模型，基于改进蚁群算法的安全隐蔽路径规划。本发明能够实现水下航行器安全隐蔽路径规划，在安全避开水下障碍的同时降低水下航行器航行过程中的累积被探测概率。

技术领域

本发明涉及水下航行器路径规划技术，具体涉及一种基于声纳探测概率的水下航行器安全隐蔽路径规划方法及系统，用于为水下航行器规划降低声纳探测概率的隐蔽安全路径。

背景技术

水下航行器包括载人水下航行器和无人水下航行器，能够完成水下勘探、搜索定位、设备布防、通信中继和隐蔽侦察等任务。对于执行侦察任务的水下航行器，其面临复杂的海洋环境，在规避水下障碍物以保证航行的安全性的前提下，需要降低被敌方声纳探测的概率以保证航行的隐蔽性。声纳包括主动式声纳和被动式声纳，能够利用声波在水中的传播和反射特性对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪，是水下监视和侦察使用的主要设备。海洋环境对声纳工作性能的影响非常显著，声波在传播途中受海水介质分布和海面、海底等的影响，会产生折射、散射、反射、干涉和衰减等现象，直接影响声纳的作用距离和测量精度。此外，声纳的技术参数、目标反射特征和辐射噪声强度也直接影响声纳的探测效果。

现有水下航行器隐蔽路径规划方法主要分为两类，具体分析如下：

第一类方法将敌方声纳探测范围建模为圆柱形、球形、圆锥形等几何立方体，然后采用与其他环境障碍物相同的处理方式，即在路径规划的时候避开这些区域。这类方法当前应用较多，其优势是实现简单，易于理解且计算效率高，只在环境建模阶段考虑声纳探测访问范围，后续可直接利用通用的路径规划算法。然而，这类方法对问题进行了过度简化，忽略了海洋环境对声纳探测性能的影响，一方面在建模的几何立方体内部的探测概率并非一致，另一方面在立方体外部的探测概率也并非为零，因此在实际情况下这类方法的适用性较差。

第二类方法考虑了海洋环境对声纳性能的影响，基于海洋环境数据进行声场构建，利用声传播模型计算声传播损失，将声传播损失信息作为路径规划算法的启发函数，在路径规划的过程中优先选择声传播损失大的位置。与第一类方法相比，第二类方法引入了声场环境模型，对声纳的探测性能进行了建模分析，考虑了海洋环境对声纳探测性能的影响。然而这类方法仍不够精细且计算过程过于粗略，研究仅仅局限于对声纳作用距离粗略估计，具体体现在：首先，没有考虑声纳类型和参数，不同的声纳在不同工况下具有不同的探测特性和探测范围；其次，没有考虑水下航行器的声学特征，包括水下航行器相对于声纳在不同角度和不同距离的反射特征和辐射噪声强度通常是不同的；此外，没有体现声纳探测过程中出现的断续性和不确定性等本质特点，并非有效作用距离以内一定发现，也并非有效范围之外一定不能发现。声纳探测性能模型的真实程度直接决定了声纳探测效果研究的可信度和适用性，迫切需要实现通过海洋环境数据、声纳类型与参数以及水下航行器的声学特征所构建的声纳探测性能模型所获得的声纳探测概率的水下航行器安全隐蔽路径规划方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于声纳探测概率的水下航行器安全隐蔽路径规划方法及系统，本发明能够实现水下航行器安全隐蔽路径规划，在安全避开水下障碍的同时降低水下航行器航行过程中的累积被探测概率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于声纳探测概率的水下航行器安全隐蔽路径规划方法，包括：

1)确定水下航行器安全隐蔽路径规划的区域边界，确定计算区域；

2)将计算区域栅格化；

3)根据计算区域的地理范围加载海洋环境数据；

4)基于加载的海洋环境数据，计算海洋声速环境参数；