基于隐式马尔科夫模型的舰队应召搜潜方法

发布时间：2021-03-10 07:44

　　[目的]为提高搜索到目标潜艇的概率,更有效地开展水面舰艇编队搜潜行动,对舰艇应召搜潜路径规划问题进行研究。[方法]首先,构建基于隐式马尔科夫模型（HMM）框架的水面舰艇应召搜潜模型,设计两阶段启发式求解的方法,使搜潜命中概率期望值最大,利用进化算法（EA）,通过对种群内的个体进行交叉和变异操作,避免出现局部最优的问题,并与常规搜潜方法进行对比;然后,通过实验研究不同分割策略对路径优化的影响。[结果]单舰搜潜和多舰搜潜的仿真实验表明,采用所提方法能够获得最大化搜潜命中概率期望值以及最优搜潜路径。而分割次数的实验表明,合理的重新划分搜潜区域,有利于找到总体更优的搜潜路径。[结论]该模型能找到最优搜潜路径,有效提高水面舰艇编队搜潜效率。 

【文章来源】：中国舰船研究. 2019,14(06)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

搜潜马尔科夫链Fig.1Markovchainofsearchingsubmarine观察结果时刻k=12T+1kO1O2OT+1Ok

。2）交叉操作。本文中，交叉操作时需要双亲对应的搜索者在某一基因位点有相同值，即都搜索过此单元格区域，这是对其进行交叉操作的前提。每个搜索者在进行交叉操作后需要保证长度不变，如此才能保证交叉操作后子代的染色体的长度与双亲是一样的。但往往双亲是在不同时刻对同一单元格进行搜潜，故交叉操作后搜潜路径会有加长和缩短的现象，为保证染色体长度不变，需对染色体进行剩余切割操作和不足增添操作，单个搜索者搜索步长为8单元的染色体交叉如图4所示。图4中：黄色表示某搜索者的初始位置，第1个基因需要根据此位置生成；红色表示2个搜索者都对此位置进行了搜索，所以可以对染色体进行交叉操作。由于交叉点在双亲中的位置不同，为了保证交叉操作后染色体长度不变，需要在此操作后的染色体末端进行基因删除以及基因随机生成的操作。鉴于一条染色体对应了多个搜索者，所以一条染色体最多可以进行m次交叉操作。3）变异操作。对选中的基因进行操作，根据该基因的前、后基因，决定是否对其删除或者进行上、下、左、右平移。若前基因和后基因在同一行或者同一列，则上、下、左、右移动，否则删除。在进行这些操作后，基因在对应的空间位置会出现不连续情况，需要对基因进行增添操作使其连续，这样又可能造成染色体变长，故还需要对染色体末端进行删除部分基因的操作。图5所示的是一个搜索路径步长为6单元的染色体且共有2种可能的变异过程，图6所示为变异操作的总体流程。4仿真实验4.1单舰搜潜限定整个搜潜过程总的时间步长K=10，定义每个步长为搜索者从一个单元格到相邻单元格图4染色体交叉过程图Fig.4Theprocessofchromosomecrossoverpi双亲x111

色体长度不变，需要在此操作后的染色体末端进行基因删除以及基因随机生成的操作。鉴于一条染色体对应了多个搜索者，所以一条染色体最多可以进行m次交叉操作。3）变异操作。对选中的基因进行操作，根据该基因的前、后基因，决定是否对其删除或者进行上、下、左、右平移。若前基因和后基因在同一行或者同一列，则上、下、左、右移动，否则删除。在进行这些操作后，基因在对应的空间位置会出现不连续情况，需要对基因进行增添操作使其连续，这样又可能造成染色体变长，故还需要对染色体末端进行删除部分基因的操作。图5所示的是一个搜索路径步长为6单元的染色体且共有2种可能的变异过程，图6所示为变异操作的总体流程。4仿真实验4.1单舰搜潜限定整个搜潜过程总的时间步长K=10，定义每个步长为搜索者从一个单元格到相邻单元格图4染色体交叉过程图Fig.4Theprocessofchromosomecrossoverpi双亲x111x112…x11Nx211x212…x21Nx1i1x1i2…x1iNx2i1x2i2…x2iNx1M1x1M2…x1MNx2M1x2M2…x2MN……父代子代交叉随机生成基因删除多余基因图5染色体变异过程Fig.5Theprocessofchromosomemutationx11x12…x1N父代子代变异增添基因删除基因增添基因变异父代pixi1xi2…xiNxM1xM2…xMN……搜索者参数（搜索者数量、搜索范围等），目标参数（目标转移矩阵、初始分布等）初始化搜索区域M×N，全部搜索者集合μ={1，2，…，m}，总搜索时间步数K，目标先验概率应用最近邻算法和EA算法进行搜索区域?

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于协同进化算法的多舰扩方应召反潜搜索方法[J]. 赵亮,任耀峰,张献.  兵工自动化. 2017(12)
[2]舰艇编队协同应召搜索最优路径规划方法[J]. 赵亮,任耀峰,张献.  指挥控制与仿真. 2017(02)
[3]水面舰艇对潜搜索仿真与分析(英文)[J]. 沈治河,宋保维,李延龙,刘峰.  系统仿真学报. 2008(13)
[4]反潜编队应召搜索能力计算及效果评估[J]. 门金柱,周明,伦九凯.  指挥控制与仿真. 2008(01)
[5]水面舰艇编队对潜搜索效能评估模型[J]. 王义涛,马政伟.  军事运筹与系统工程. 2007(04)
[6]基于K-最近邻算法的未知病毒检测[J]. 张波云,殷建平,张鼎兴,嵩敬波.  计算机工程与应用. 2005(06)
[7]马尔柯夫分析法在教学质量评价中的应用[J]. 王宗篪.  三明师专学报(社会科学专辑). 1995(03)

硕士论文
[1]进化计算在优化问题中的应用[D]. 陈伟.武汉理工大学 2010
[2]基于遗传算法的分形二值图像压缩研究与实现[D]. 郑鸯.武汉理工大学 2005



本文编号：3074319