一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，包括：建立水面无人艇的运动模型；根据所述入侵艇的半径和防守艇的半径，构造膨胀的阿波罗尼奥斯圆，根据入侵艇与防守艇的转艏角，获取入侵艇的最大偏离入侵角，以获取入侵艇的入侵艇收益函数；根据防守艇收益函数和入侵艇收益函数，获取纳什均衡解，以根据水面无人艇的运动模型，获取防守艇的下一个时刻的位置坐标和入侵艇的下一个的位置坐标，对水面无人艇是否入侵成功进行判定

【技术实现步骤摘要】
一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法


[0001]本专利技术涉及水面无人艇入侵
，尤其涉及一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法
。

技术介绍

[0002]随着人工智能技术的不断推进，多智能体博弈对抗在民用和军事领域持续发展，其中水面无人艇集群“博弈对抗”更是成为一项研究热点
。
而在现有的入侵阵营的水面无人艇模型中多忽略了无人艇的实际半径和转艏角约束，模型的分析结果与实际应用情况差距较大
。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，以克服上述技术问题
。
[0004]有益效果：本专利技术的一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，针对水面无人艇的实际半径，将入侵艇半径映射至防守艇，建立了膨胀阿波罗尼奥斯圆，建立相对于防守艇的禁止区域
、
危险区域
、
安全区域，并根据水面无人艇的转艏角约束，获取最大偏离入侵角，根据所建立的防守艇收益函数和入侵艇收益函数，获取防守艇的下一个时刻的位置坐标和入侵艇的下一个的位置坐标，对水面无人艇是否入侵成功进行判定
。
能够有效地帮助入侵艇进行局部区域的入侵态势分析
。
附图说明
[0005]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0006]图1为本专利技术的基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法流程图；
[0007]图
2a
为本专利技术的实施例中的入侵艇和防守艇在二维平面示意图；
[0008]图
2b
为本专利技术的实施例中的入侵艇和防守艇的半径变化示意图；
[0009]图
2c
为本专利技术的实施例中的阿波罗尼奥斯圆示意图；
[0010]图
2d
为本专利技术的实施例中的膨胀后的阿波罗尼奥斯圆示意图；
[0011]图
3a
为本专利技术的实施例中的入侵艇与防守艇相向运动示意图；
[0012]图
3b
为本专利技术的实施例中的入侵艇与防守艇同向运动示意图；
[0013]图
3c
为本专利技术的实施例中的入侵艇沿着与膨胀阿波罗尼奥斯圆切线运动示意图；
[0014]图
3d
为本专利技术的实施例中的入侵艇转艏角约束示意图；
[0015]图
4a
为本专利技术的实施例中的入侵艇受单个防守艇威胁区域划分示意图；
[0016]图
4b
为本专利技术的实施例中的入侵艇受多个防守艇威胁区域划分示意图；
[0017]图
5a
为本专利技术的实施例中的入侵艇和防守艇分别处于相对于目标区域的外圆和内圆时的最大偏离入侵角示意图；
[0018]图
5b
为本专利技术的实施例中的入侵艇和防守艇分别处于相对于目标区域的内圆和外圆时的最大偏离入侵角示意图；
[0019]图
6a
为本专利技术的实例仿真实验过程第0步示意图；
[0020]图
6b
为本专利技术的实例仿真实验过程第
51
步示意图；
[0021]图
6c
为本专利技术的实例仿真实验过程第
72
步示意图；
[0022]图
6d
为本专利技术的实例仿真实验过程第
112
步示意图；
[0023]图
6e
为本专利技术的实例仿真实验过程第
149
步示意图；
[0024]图
6f
为本专利技术的实例仿真实验全过程示意图
。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0026]本实施例公开了一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，包括：如下步骤如图1所示：
[0027]S1
：获取水面无人艇
(
防守艇和入侵艇
)
的初始参数，以建立水面无人艇的运动模型；
[0028]其中，水面无人艇包括入侵艇和防守艇；水面无人艇的初始参数包括防守艇的位置坐标
(x
p
,y
p
)、
入侵艇的位置坐标
(x
e
,y
e
)、
防守艇的速度值
、
入侵艇的速度值
、
防守艇的艏向角值
、
入侵艇的艏向角值
、
及入侵艇的半径
r
e
和防守艇的半径
r
p
；
[0029]具体的，获取防守艇和入侵艇的初始参数信息，包括具体的，获取防守艇和入侵艇的初始参数信息，包括具体的，获取防守艇和入侵艇的初始参数信息，包括表示二维空间
。U
s
、
ψ
s
分别表示第
s
艘无人艇的速度值和艏向角值
。r
e
、r
p
分别表示入侵艇和防守艇半径，如图
2a
所示为入侵艇和防守艇在二维平面的示意图
。
本实施例中假定所有水面无人艇速度值恒定不变，均存在转艏角约束
。
[0030]优选地，所述水面无人艇的运动模型建立如下：
[0031][0032]式中，表示第
s,s
＝
(e,p)
艘水面无人艇在时刻
t
时的二维空间的横坐标；表示第
s
艘水面无人艇在时刻
t
时的二维空间的纵坐标；表示第
s
艘水面无人艇在时刻
t
时的艏向角值；
U
s
表示第
s
艘水面无人艇的速度值；
Δψ
是无人艇艏向角变化量；
[0033]S2:
根据所述水面无人艇的初始参数，构造膨胀的阿波罗尼奥斯圆；
[0034]优选地，所述膨胀的阿波罗尼奥斯圆构造如下：
[0035]具体的，在传统的多智能体博弈对抗中，博弈双方采用最优化控制理论和微分博弈方法求解对抗双方纳什均衡解，但随着智能体数量的增加，计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
：获取水面无人艇的初始参数，以建立水面无人艇的运动模型；其中，水面无人艇包括入侵艇和防守艇；水面无人艇的初始参数包括防守艇的位置坐标
(x
p
,y
p
)、
入侵艇的位置坐标
(x
e
,y
e
)、
防守艇的速度值
、
入侵艇的速度值
、
防守艇的艏向角值
、
入侵艇的艏向角值
、
入侵艇的半径和防守艇的半径；
S2:
根据所述入侵艇的半径和防守艇的半径，构造膨胀的阿波罗尼奥斯圆；
S3
：根据所述膨胀的阿波罗尼奥斯圆，建立入侵艇相对于防守艇的禁止区域
、
危险区域
、
安全区域；
S4
：根据入侵艇与防守艇的转艏角，入侵艇相对于防守艇的禁止区域
、
危险区域
、
安全区域，获取入侵艇的最大偏离入侵角；
S5
：根据所述入侵艇的最大偏离入侵角，获取入侵艇的入侵艇收益函数；
S6
：建立防守艇的防守艇收益函数；
S7
：根据所述防守艇收益函数和入侵艇收益函数，获取入侵艇和防守艇的收益矩阵，进而获取纳什均衡解，以根据所述水面无人艇的运动模型，获取防守艇的下一个时刻的位置坐标和入侵艇的下一个的位置坐标；
S8
：根据防守艇的下一个时刻的位置坐标和入侵艇的下一个的位置坐标，对水面无人艇是否入侵成功进行判定
。2.
根据权利要求1所述的一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，其特征在于，获取入侵艇的最大偏离入侵角方法如下：式中，表示入侵艇的偏离入侵角；为入侵艇与防守艇相对于
x
轴在
t+1
时刻的第
i
个可选转艏角的角度；为入侵艇与防守艇相对于
x
轴在
t+1
时刻的第
j
个可选转艏角的角度；
i
表示为入侵艇的可选转艏角的序号；
j
表示防守艇的可选转艏角的序号；为防守艇相对于入侵艇的方位角；其中，表示防守艇在
t
时刻时的二维空间横坐标值；表示防守艇在
t
时刻时的二维空间纵标值；表示入侵艇在
t
时刻时的二维空间横坐标值；表示入侵艇在
t
时刻时的二维空间纵标值；
k
是
t+1
时刻防守艇艏向角约束参数；
θ
'
表示入侵艇的圆心与膨胀阿波罗尼奥斯圆的切点连线的夹角；
FA
表示入侵艇相对于防守艇的禁止区域，即膨胀的阿波罗圆内部及边界；
HA
表示入侵艇相对于防守艇的危险区域，即入侵艇
E
与膨胀的阿波罗尼奥斯圆的切线与膨胀阿波罗尼奥斯圆边界相切区域的并集；
SA
表示入侵艇相对于防守艇的安全区域，即二维空间内
FA
与
HA
并集的补集；
于是，式中，
||P
lt
,E
t
||2为
t
时刻入侵艇与第
l
个防守艇的欧几里德距离；
P
lt
为
t
时刻第
l
个防守艇的位置；
E
t
为
t
时刻入侵艇的位置；表示入侵艇的最大偏离入侵角
。3.
根据权利要求1所述的一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，其特征在于，所述
S1
中，所述水面无人艇的运动模型建立如下：式中，表示第
s,s
＝
(e,p)
艘水面无人艇在时刻
t
时的二维空间的横坐标；表示第
s
艘水面无人艇在时刻
t
时的二维空间的纵坐标；表示第
s
艘水面无人艇在时刻
t
时的艏向角值；
U
s
表示第
s
艘水面无人艇的速度值；
Δψ
是无人艇艏向角变化量
。4.
根据权利要求1所述的一种基于阿波罗尼奥斯圆的水面无人艇入侵方法，其特征在于，所述
S2
中，所述膨胀的阿波罗尼奥斯圆构造如下：中，所述膨胀的阿波罗尼奥斯圆构造如下：
r
p
′
＝
r
e
+r
p
式中，为膨胀的阿波罗尼奥斯圆；
P
l
为第
l
个防守艇；
E
为入侵艇；表示二维空间；表示第
l
个防守艇到膨胀阿波罗尼奥斯圆上的点的有向向量；表示入侵艇到膨胀阿波罗尼奥斯圆上的点的有向向量；
||
·
||2表示二维欧几里德距离；
λ
＝
U
p
/U
e
是防守艇和入侵艇的速度比，且满足
λ
∈[sin
π
/L,1)
，
U
p
表示防守艇的速度值，
U
e
表示入侵艇的速度值；
L
表示防守艇的总数；
r
p
'
表示半径膨胀后的防守艇半径；
R
a
'
为膨胀的阿波罗尼奥斯圆的半径；
x
p
表示防守艇的二维空间横坐标值；
y
p
表示防守艇的二维空间纵标值；
x
e
表示入侵艇的二维空间横坐标值；
y
e
表示入侵艇的二维空间纵标值；
a∈A
表示膨胀阿波...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁霄，杨凯，郑凯，刘殿勇，于长东，李巍，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：