基于鲁棒无休止臂模型的多AUV任务分配研究
发布时间：2021-04-09 02:45
随着世界各国对海洋的越发重视,近年来对海洋相关研究与应用的规模不断增加,海洋中的水下信息成为各类研究、应用的基础,因此如何获取水下信息是各类应用的关键问题。由于水下特殊环境的限制,无线电信号衰减严重,传统的无线传感网络技术无法直接应用于水下,而基于水声监测网络进行海洋信息获取的方法成为了良好的选择。本文在传统水声监测网络的基础上,考虑通过部署水下自主机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）获取传感器收集的信息,代替原网关节点的作用,从而降低了系统组网的复杂度,提高了系统的可靠性和鲁棒性。因此如何在水下复杂严苛的环境下实现高效AUV的任务分配,通过水声监测网络获取海洋信息,是本文研究的主要问题。首先,介绍了本文考虑的水声监测网络模型,并对海洋环境中的信道噪声特性等系统相关影响因素进行分析。同时介绍了传统的序贯决策模型及无休止臂（Restless bandit problem,RBP）模型的相关参数、结构等,并讨论了该模型的求解问题。其次,介绍了基于RBP模型对本文AUV任务分配系统的模型构建。针对水下通信信道质量时变性高、影响大的特性,考虑将信道质量状...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风速与浅海噪声谱级关系图
其对应离散时刻 t 进程 i 中传感器节点的 i ，其中元素再分别对应信道质量状态变化。若子矩阵 具1,1 1,,,1 ,sci jsc sc scl ll l p 的元素具体为 11 i, | , , ,i ig,k t t il xc j k xc i g p i j l g k ，态变化为 1|i it tc k c g 。由此可计算得出进程 i 新的状态转可得进程 i 未被系统观测，即 2ia 时的状态转移概率矩阵 2：2 2i i iP P L 计算新的回报值矩阵为： 1 1RR i,g r i d gi R, g D 示进程对应的传感器节点回报值， d g 对应信道质量回报值时刻未被观测时的回报值矩阵 2RR s ,sc。此外，系统的折扣因 1。此时，具体的AUV 任务分配系统结构示意图如下图 3-1
燕山大学工学硕士学位论文 1 2RR' 5 5 8 8 ，RR' 3 3 9 9此即为不考虑通信信道的对应 RBP 系统进程模型。同理计算出系统中其他系统进程的模型，可以得到对应的 RBP 系统模型P 。此处假设上述建立的信道质量变化的模型是准确的，体现了实际信道状态的变化，因此可以进行相关验证。依据上述建立 2 个的 RBP 模型 P 和P 求解，设定不同的参数 M 和 ，可求出对应的 AUV 分配策略1 1 和 '。假设信道质量的实际状态变化符合上述建立的 RBP模型变化条件，在此背景下应用上述不同的分配策略，对比分配策略 的性能。值得注意的是，由于 AUV 分配策略直接影响了系统获得的累计回报值，因此可以将系统获得的累计回报值作为参数，通过分别计算不同 AUV 分配策略产生的回报值进行对比。最终得出系统累计回报值的比较结果如下图 3-4 和图 3-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋信息获取、传输、处理及融合前沿研究评述[J]. 徐文,鄢社锋,季飞,陈景东,张杰,赵航芳,陈戈,吴永清,余华,张歆,许肖梅,陈惠芳. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[2]面向海洋监测的水声传感器网络节点定位算法[J]. 陈秋丽,何明,王琰,陈希亮,王立辉. 计算机科学. 2015(02)
[3]水声传感器网络仿真实验的方法研究[J]. 王彪,陈艳. 实验科学与技术. 2013(06)
[4]水声传感网MAC协议综述[J]. 周密,崔勇,徐兴福,杨旭宁. 计算机科学. 2011(09)
[5]水声传感器网络及其在海洋监测中的应用研究[J]. 刘敏,惠力,杨立,杨书凯. 山东科学. 2010(02)
硕士论文
[1]超声波传播特性及其测试装置研究[D]. 杨玉杰.中国计量学院 2015
本文编号：3126757
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风速与浅海噪声谱级关系图
其对应离散时刻 t 进程 i 中传感器节点的 i ，其中元素再分别对应信道质量状态变化。若子矩阵 具1,1 1,,,1 ,sci jsc sc scl ll l p 的元素具体为 11 i, | , , ,i ig,k t t il xc j k xc i g p i j l g k ，态变化为 1|i it tc k c g 。由此可计算得出进程 i 新的状态转可得进程 i 未被系统观测，即 2ia 时的状态转移概率矩阵 2：2 2i i iP P L 计算新的回报值矩阵为： 1 1RR i,g r i d gi R, g D 示进程对应的传感器节点回报值， d g 对应信道质量回报值时刻未被观测时的回报值矩阵 2RR s ,sc。此外，系统的折扣因 1。此时，具体的AUV 任务分配系统结构示意图如下图 3-1
燕山大学工学硕士学位论文 1 2RR' 5 5 8 8 ，RR' 3 3 9 9此即为不考虑通信信道的对应 RBP 系统进程模型。同理计算出系统中其他系统进程的模型，可以得到对应的 RBP 系统模型P 。此处假设上述建立的信道质量变化的模型是准确的，体现了实际信道状态的变化，因此可以进行相关验证。依据上述建立 2 个的 RBP 模型 P 和P 求解，设定不同的参数 M 和 ，可求出对应的 AUV 分配策略1 1 和 '。假设信道质量的实际状态变化符合上述建立的 RBP模型变化条件，在此背景下应用上述不同的分配策略，对比分配策略 的性能。值得注意的是，由于 AUV 分配策略直接影响了系统获得的累计回报值，因此可以将系统获得的累计回报值作为参数，通过分别计算不同 AUV 分配策略产生的回报值进行对比。最终得出系统累计回报值的比较结果如下图 3-4 和图 3-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋信息获取、传输、处理及融合前沿研究评述[J]. 徐文,鄢社锋,季飞,陈景东,张杰,赵航芳,陈戈,吴永清,余华,张歆,许肖梅,陈惠芳. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[2]面向海洋监测的水声传感器网络节点定位算法[J]. 陈秋丽,何明,王琰,陈希亮,王立辉. 计算机科学. 2015(02)
[3]水声传感器网络仿真实验的方法研究[J]. 王彪,陈艳. 实验科学与技术. 2013(06)
[4]水声传感网MAC协议综述[J]. 周密,崔勇,徐兴福,杨旭宁. 计算机科学. 2011(09)
[5]水声传感器网络及其在海洋监测中的应用研究[J]. 刘敏,惠力,杨立,杨书凯. 山东科学. 2010(02)
硕士论文
[1]超声波传播特性及其测试装置研究[D]. 杨玉杰.中国计量学院 2015
本文编号：3126757
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