一种水下动态对接指标分配方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明属于水下平台动态导引对接，更具体地，涉及一种水下动态对接指标分配方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、自主式水下潜航器(auv)因其隐蔽性强、效率高、成本低、建造快等特点，已成为水下作业的重要工具之一，为了提高auv的工作效率和作业范围，满足海洋信息搜集和传输、海洋勘探等需求，需要采用水下对接回收技术给auv进行能量补充。水下动态导引对接的成功率决定了是否能长期在水下部署与使用auv，对接的成功率受到水下环境、水下动平台性能、auv本体性能、auv与平台之间协调控制算法等多方面因素的影响。

2、目前还没有一套成熟的对接控制策略与对接系统，导致在设计与评估水下动态导引对接方案时缺乏经验模型和数据支撑。为避免系统性能指标分配不合理导致的对接系统复杂、实现成本高、可靠性低等风险，需要开展动态对接导引的性能指标分配研究。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下动态对接指标分配方法、系统、设备及存储介质，其目的在于解决目前无法评估性能指标对对接系成功率的影响，导致水下对接系统性能指标分配不合理的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种水下动态对接指标分配方法，所述方法包括：

3、初始化所有指标的标准值；

4、选定待分析指标，利用动态对接仿真模型进行对接仿真，得到待分析指标和预设对接成功率下准许容差的变化关系；动态对接仿真模型中，所述待分析指标在给定的变化范围内遍历，其他指标选用标准值；

5、由待分析指标和所述准许容差的变化关系绘制关系曲线，并由所述关系曲线的变化趋势找出待分析指标的分界值；

6、若所述分界值不等于待分析指标的标准值，则将待分析指标的标准值替换为分界值；

7、将所有指标分别作为待分析指标进行对接仿真后更新所有指标的标准值，直至所有指标的标准值收敛；由此获得所有指标在预设对接成功率下的标准值。

8、优选的，从所述给定的变化范围内选取一个值作为待分析指标，其他指标选用各自标准值，将所有指标的值放入动态对接仿真模型进行多次对接仿真，直至对接成功数量达到预设成功数，记录每次对接成功的准许容差，根据正态分布的3σ准则，计算在预设成功率下系统的准许容差；由此在给定的变化范围内遍历待分析指标进行对接仿真，最终得到待分析指标和预设对接成功率下准许容差的变化关系。

9、优选的，具体由以下步骤得到待分析指标和预设对接成功率下准许容差的变化关系：

10、(1)初始化，步数n＝0，成功数m＝0；

11、(2)将x赋值给待分析指标，x＝f1+nd；判断，若x>f2，则进入步骤(6)，否则，进入步骤(3)；其中，d为步长；f1为给定的变化范围的下限；f2为给定的变化范围的上限；其他指标选用各自标准值；

12、(3)将所有指标的值放入动态对接仿真模型进行对接仿真，若仿真中对接成功，则m＝m+1；

13、(4)判断，m＝n是否成立，若是，则进入步骤(5)；否则返回步骤(3)；其中，n为预设成功数；

14、(5)记录每次对接成功的准许容差，根据正态分布的3σ准则，计算在预设成功率下的准许容差，由此得到待分析指标为x时系统的准许容差；n＝n+1，返回步骤(2)；

15、(6)由待分析指标在给定的变化范围内所有值对应的准许容差得出待分析指标和准许容差的变化关系。

16、优选的，由待分析指标和所述准许容差的变化关系绘制关系曲线，由所述关系曲线的变化趋势找出关系曲线上的拐点，拐点所在位置的指标值即为待分析指标的分界值。

17、优选的，若所述关系曲线的变化趋势没有拐点，则将所述关系曲线对应的待分析指标定为非核心指标，且不替换所述待分析指标的标准值。

18、优选的，在进行所述核心指标分析前，基于影响对接成功率的影响因子构建动态对接指标体系，所述动态对接指标体系包括水下环境指标、动平台性能指标及auv性能指标；所述水下环境指标中包括水域流速指标、水域流向指标、对接时的扰流指标及其他指标；所述动平台性能指标中包括平台动力学性能指标、平台航行控制性能指标、导引装置性能指标及回收装置性能指标；所述auv性能指标中包括auv动力性能指标、auv航行控制性能指标和对接控制性能指标。

19、优选的，在进行所述核心指标分析前，根据动平台与auv导引对接流程，建立动态对接仿真模型，所述动态对接仿真模型中包括水下环境子模型、导引感知子模型、auv与平台的运动学子模型及导引对接控制子模型。

20、第二方面，本发明提供了一种水下动态对接指标分配系统，所述系统包括：

21、初始化模块，用于初始化所有指标的标准值；

22、对接仿真模块，用于选定待分析指标，利用动态对接仿真模型进行对接仿真，得到待分析指标和预设对接成功率下准许容差的变化关系；动态对接仿真模型中，所述待分析指标在给定的变化范围内遍历，其他指标选用标准值；

23、曲线绘制模块，用于由待分析指标和所述准许容差的变化关系绘制关系曲线，并由所述关系曲线的变化趋势找出待分析指标的分界值；

24、标准值替换模块，用于判断，若所述分界值不等于待分析指标的标准值，则将待分析指标的标准值替换为分界值；

25、迭代循环模块，用于将所有指标分别作为待分析指标进行对接仿真后更新所有指标的标准值，直至所有指标的标准值收敛；由此获得所有指标在预设对接成功率下的标准值。

26、第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面所描述的方法。

27、第四方面，本申请提供一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面所描述的方法。

28、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

29、(1)本发明将对接成功率作为仿真时的已知参数，仿真的目标设为回收对接装置的准许容差，基于动态导引对接模型和动态对接指标体系进行多次对接仿真，由此获得高对接成功率下各个指标应分配的最佳性能；为对接系统功能指标的均衡分配提供参考，从而简化导引对接系统、降低导引对接装置成本、增强导引对接流程的可靠性；

30、(2)本发明根据动平台与auv导引对接流程，建立动态对接仿真模型，为设计与评估水下动态导引对接方案提供了经验模型和仿真数据支撑；

31、(3)本发明基于影响对接成功率的影响因子构建动态对接指标体系，清晰明了的梳理了影响动态导引对接的指标因素，有利于进一步确定影响对接成功率的核心指标及其性能数值。

技术特征：

1.一种水下动态对接指标分配方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述给定的变化范围内选取一个值作为待分析指标，其他指标选用各自标准值，将所有指标的值放入动态对接仿真模型进行多次对接仿真，直至对接成功数量达到预设成功数，记录每次对接成功的准许容差，根据正态分布的3σ准则，计算在预设成功率下系统的准许容差；由此在给定的变化范围内遍历待分析指标进行对接仿真，最终得到待分析指标和预设对接成功率下准许容差的变化关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，具体由以下步骤得到待分析指标和预设对接成功率下准许容差的变化关系：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由待分析指标和所述准许容差的变化关系绘制关系曲线，由所述关系曲线的变化趋势找出关系曲线上的拐点，拐点所在位置的指标值即为待分析指标的分界值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述关系曲线的变化趋势没有拐点，则将所述关系曲线对应的待分析指标定为非核心指标，且不替换所述待分析指标的标准值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述核心指标分析前，基于影响对接成功率的影响因子构建动态对接指标体系，所述动态对接指标体系包括水下环境指标、动平台性能指标及auv性能指标；所述水下环境指标中包括水域流速指标、水域流向指标、对接时的扰流指标及其他指标；所述动平台性能指标中包括平台动力学性能指标、平台航行控制性能指标、导引装置性能指标及回收装置性能指标；所述auv性能指标中包括auv动力性能指标、auv航行控制性能指标和对接控制性能指标。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述核心指标分析前，根据动平台与auv导引对接流程，建立动态对接仿真模型，所述动态对接仿真模型中包括水下环境子模型、导引感知子模型、auv与平台的运动学子模型及导引对接控制子模型。

8.一种水下动态对接指标分配系统，其特征在于，所述系统包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任一所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种水下动态对接指标分配方法、系统、设备及存储介质，属于水下平台动态导引对接技术领域。本发明通过建立动态导引对接模型和动态对接指标体系，将对接成功率作为仿真时的已知参数，仿真的目标设为回收对接装置的准许容差，基于动态导引对接模型和动态对接指标体系进行多次对接仿真，由此获得高对接成功率下各个指标应分配的最佳性能。

技术研发人员：俞哲,关夏威,魏伟,周小歆,王嘉,马哲松,罗思琦
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15