【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋环境探测，尤其涉及一种多智能体协同搜索和目标探查仿真系统及其使用方法。
技术介绍
1、随着海洋环境探查和监测的日益重要以及协同技术的不断发展，多智能体控制模型在海洋环境探测领域引起了广泛关注和研究。多智能体控制模型是一种控制理论和方法，用于研究和实现多个智能体之间的协同工作和决策，以便它们能够共同解决复杂的海洋探查任务。这些任务可能发生在复杂多变的海洋环境中，对传统的探测方法提出了更高的要求。在海洋环境探查中，传统平台的探测载荷受到海洋环境的复杂性和变化性的影响较大。通常情况下，近距离观测目标可以获得更高的目标定位精度。因此，利用多智能体协作来完成复杂海域的目标探查工作可以有效提高探查精度，并降低探查过程中的安全风险。
2、但是，现有技术中要搭建一个多智能体协同搜索和目标探查模型存在许多问题，一方面，海洋环境复杂多变，对智能体的实时避障能力要求很高，而难以实现；另一方面，任务区域具有不确定性，智能体在搜索过程中，可疑目标会随时出现，造成响应不及时；再一方面，严苛的探查条件，目标信息不确定的条件下需要智能体以指定角度多次抵近探查，造成费时费力。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、本专利技术的目的是提供一种多智能体协同搜索和目标探查仿真系统及其使用方法，以解决现有技术中的多智能体协同搜索和目标探查模型存在的上述技术问题。
3、(二)技术方案
4、为解决上述问题，本专利技术提供了一种多智能体协同搜索和目标探查仿真系
5、区域划分模块，用于根据智能体能力将任务区域划分为形状大小不同的多个子区域；
6、梳状线搜索模块，用于对任务区域进行全局路径规划；
7、局部路径重规划模块，用于重新规划智能体路径以进行避障；
8、任务分配模块，用于基于贪心算法分配目标；以及
9、目标探查模块，用于对分配好的目标沿指定角度抵近探查，探查阶段避障使用改进人工势场法对危险区域进行避障。
10、可选地，所述目标探查模块对所述目标设置为需要进行多次探查的目标。
11、可选地，所述目标探查模块对所述目标设置为具有探查角度要求和探查间隔要求。
12、可选地，所述区域划分模块在所述任务区域中设置有存在禁航区，目标存在威胁区域，智能体不能进入。
13、另外，本专利技术还提供了一种仿真系统的使用方法，所述仿真系统为所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，所述使用方法包括：
14、步骤1、使区域划分模块根据智能体能力划分子区域；
15、步骤2、使梳状线搜索模块对任务区域进行全局路径规划；
16、步骤3、使梳状线搜索模块发布路径跟踪指令；
17、步骤4、使局部路径重规划模块对禁航区和目标威胁区域膨胀；
18、步骤5、使局部路径重规划模块判断智能体是否进入膨胀后的危险区域，若为是则进行下一步，若为否则返回步骤3；
19、步骤6、使局部路径重规划模块通过重新规划智能体路径进行避障；
20、步骤7、使局部路径重规划模块发布速度艏向控制指令；
21、步骤8、使任务分配模块通过改进贪心算法计算可探查目标的时间代价；
22、步骤9、使任务分配模块给各智能体选择时间代价最小的目标；
23、步骤10、使探查阶段避障模块判断智能体在前往目标的过程中是否进入其他目标的膨胀威胁区域；
24、步骤11、使探查阶段避障模块通过改进人工势场法对目标的威胁区域进行避障；
25、步骤12、若步骤10中判断结构为是，则使目标探查模块对目标进行探查，并将该目标的待探查次数减一；
26、步骤13、使目标探查模块判断该目标的待探查次数是否为0，若为是则将该目标剔除，若为否则记录该目标的探查时间并进入冷却期；
27、步骤14、使目标探查模块判断智能体的冷却期是否结束，若为是则解除目标冷却并返回步骤9，若为否则继续冷却；
28、步骤15、使目标探查阶段判断是否所有目标的待探查次数都为0，若为否则继续运行，若为是则结束程序。
29、可选地，步骤8中的改进贪心算法的步骤包括：
30、计算智能体到各可探查目标的路程时间t1和目标的冷却时间t2；
31、将路程时间t1和目标的冷却时间t2中的较大值设定为智能体探查该目标所需时间；
32、找出时间代价最小的目标target1；
33、计算智能体到target1所需的路程时间，如果大于设置的阈值则停止探查，如果小于阈值则探查该目标。
34、可选地，步骤6中的重新规划路径的步骤包括：
35、计算智能体此刻位置和禁航区各端点之间的距离，将距离最短的端点设为第一个避障航路点；
36、计算智能体此刻位置到禁航区各端点的航向和智能体此刻航向的偏差值，将偏差值最小的端点设为第二个避障航路点；
37、使智能体依次走过避障航路点以进行避障。
38、可选地，步骤11中的改进人工势场算法包括：
39、判断智能体是否进入膨胀后的危险区域；
40、若判断智能体进入膨胀后的危险区域，则计算目标对智能体的引力方向和危险目标对智能体的斥力方向；
41、根据引力和斥力计算智能体的期望而艏向；
42、发布速度艏向控制指令，进行避障。
43、(三)有益效果
44、本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
45、本专利技术针对难点1：海域环境复杂多变，多智能体多约束条件下避障困难的问题。考虑不同阶段的任务特点，结合两种避障策略，通过设计局部路径重规划模块和探查阶段避障模块，动态调整以适应不同作业环境，显著降低了避障失败率。
46、本专利技术针对难点2和难点3：任务环境具有不确定性，智能体在搜索和探查过程中威胁目标会随时出现的问题。通过在任务分配模块中改进贪心算法，综合考虑路程时间、冷却时间等作为约束条件，构建代价函数，显著提高了目标的分配效率；并通过在探查阶段避障模块中改进人工势场法，解决了智能体在前往目标的过程中易进入其他目标威胁区域的问题。
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1.一种多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，所述目标探查模块对所述目标设置为需要进行多次探查的目标。
3.根据权利要求1所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，所述目标探查模块对所述目标设置为具有探查角度要求和探查间隔要求。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，所述区域划分模块在所述任务区域中设置有存在禁航区，目标存在威胁区域，智能体不能进入。
5.一种仿真系统的使用方法，所述仿真系统为权利要求1至4中任一项所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，所述使用方法包括：
6.根据权利要求5所述的仿真系统的使用方法，其特征在于，步骤8中的改进贪心算法的步骤包括：
7.根据权利要求5所述的仿真系统的使用方法，其特征在于，步骤6中的重新规划路径的步骤包括：
8.根据权利要求5所述的仿真系统的使用方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，所述目标探查模块对所述目标设置为需要进行多次探查的目标。
3.根据权利要求1所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，所述目标探查模块对所述目标设置为具有探查角度要求和探查间隔要求。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多智能体协同搜索和目标探查仿真系统，其特征在于，所述区域划分模块在所述任务区域...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国成，张亮太，李晔，孙玉山，毛发俊，蔡凯钱，马明泉，丁国利，吴桐，田尉岐，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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