基于改进虚拟力算法的声呐布放优化方法及系统与流程

本发明涉及声呐布放，具体地说，尤其涉及一种基于改进虚拟力算法的声呐布放优化方法及系统。

背景技术：

1、声呐是海洋探测的主要技术装备。一方面，声呐探测是对海面、水体、海底各参数，包括声速剖面、温盐深分布、海流、内波、中尺度涡、海底地貌地形测量勘探的关键方法，探测信息惠及民用和科考领域；另一方面，声呐探测是对水面及水下多重目标，包括舰艇、潜艇、蛙人等监测预警的关键方法，探测信息支撑军事和国防任务。然而现阶段声呐成本较高，如何布放声呐实现监测区域的探测覆盖率成为提高声呐利用率、降低监测成本的关键因素，因此，优化声呐布放方法具有重要意义。

2、目前声呐布放主要有均匀布放法、饱和式布放法以及基于全局搜索算法的布放法。上述声呐布放方法通常假定在监测区域内声呐探测性能保持不变，然而海洋环境严重影响声呐探测性能，使得同型号声呐在不同海洋环境下探测性能出现较大差异。由于未考虑海洋环境对每个声呐探测性能的影响，现有声呐布阵方法均无法保证实际覆盖率满足预定目标。

3、具体地说，由于未考虑海洋环境对每个声呐探测性能的影响，现有声呐布放优化方法存在如下缺点：

4、1、在声呐探测性能较差的区域会出现较大的探测盲区，无法达成监测区域预设的探测覆盖率指标；

5、2、未充分考虑在区域边界、海岛、暗礁等特殊位置附近进行声呐布放造成的探测性能浪费，同时，在声呐探测性能较好的区域出现大范围探测面积重叠，整体声呐利用率不高；

6、3、不能在保证整体覆盖率的同时兼顾声呐布放方案的经济性。

7、因此，经过发明人潜心研究，开发了一种克服上述缺陷的基于改进虚拟力算法的声呐布放优化方法及系统。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种基于改进虚拟力算法的声呐布放优化方法，其中，包括：

2、当前声呐数量获得步骤：通过网格划分对监测区域进行离散化以构建探测性能地图，基于所述探测性能地图获得当前声呐数量；

3、当前布放位置获得步骤：基于所述当前声呐数量进行随机化生成对应所述当前声呐数量的当前布放位置；

4、覆盖率比较步骤：基于所述当前布放位置获得对应当前布放位置的当前覆盖率，将所述当前覆盖率与预设覆盖率进行比较后输出覆盖率比较结果；

5、结果输出步骤：若所述覆盖率比较结果为所述当前覆盖率大于或等于所述预设覆盖率，则通过一预设条件判断前次覆盖率是否满足所述预设条件，若满足则将所述前次覆盖率对应地前次声呐数量及前次布放位置作为最优结果输出。

6、上述的声呐布放优化方法，其中，还包括：

7、数量调整步骤：调整所述当前声呐数量后返回执行所述当前布放位置获得步骤；

8、其中，若所述覆盖率比较结果为所述当前覆盖率大于或等于所述预设覆盖率，且通过所述预设条件判断所述当前覆盖率不满足所述预设条件时执行所述数量调整步骤。

9、上述的声呐布放优化方法，其中，还包括：

10、位置调整步骤：则根据所述当前布放位置计算每一声呐所受的合力后，通过一位置更新公式计算获得更新布放位置，将所述更新布放位置作为当前布放位置返回执行所述覆盖率比较步骤；

11、其中，若所述覆盖率比较结果为所述当前覆盖率小于所述预设覆盖率，则执行所述位置调整步骤。

12、上述的声呐布放优化方法，其中，所述还包括：

13、迭代次数比较步骤：将当前迭代次数与预设迭代次数进行比较输出迭代次数比较结果；

14、其中，若所述当前覆盖率小于所述预设覆盖率且所述迭代次数比较结果为所述当前迭代次数小于所述预设迭代次数时，则执行所述位置调整步骤；若所述当前覆盖率小于所述预设覆盖率且所述迭代次数比较结果为所述当前迭代次数大于或等于所述预设迭代次数时，则执行所述数量调整步骤。

15、上述的声呐布放优化方法，其中，所述当前声呐数量获得步骤包括：

16、通过网格划分对监测区域进行离散化，根据离散化形成的所述网格构建空间坐标系；

17、基于所述空间坐标系划分出有效探测区域网格点集合与无效探测区域网格点集合；

18、遍历有效探测区域网格点集合，根据海洋水文数据、海洋地形地貌数据及声呐参数利用声场传播模型计算出对应位置的声呐探测距离半径，基于所述声呐探测距离半径构建探测性能地图；

19、基于所述探测性能地图根据网格离散化同等程度对所述声呐探测距离半径进行归一化，基于归一化的所述声呐探测距离半径获得所述当前声呐数量。

20、上述的声呐布放优化方法，其中，所述覆盖率比较步骤包括：

21、根据所述当前布放位置计算有效探测区域网格点集合中处于探测范围内的第一点集合；

22、基于所述第一点集合及所述有效探测区域网格点集合计算获得所述当前覆盖率；

23、将所述当前覆盖率与所述预设覆盖率进行比较后输出所述覆盖率比较结果。

24、上述的声呐布放优化方法，其中，所述数量调整步骤包括：

25、若所述覆盖率比较结果为所述当前覆盖率大于或等于所述预设覆盖率，且通过所述预设条件判断所述当前覆盖率不满足所述预设条件时，则所述当前声呐数量减少一个；

26、若所述当前覆盖率小于所述预设覆盖率且所述当前迭代次数大于或等于所述预设迭代次数时，则所述当前声呐数量增加一个。

27、上述的声呐布放优化方法，其中，所述位置调整步骤包括：

28、计算未被声呐探测范围覆盖的网格点位集合中每一网格点位对每一声呐产生的引力；

29、计算每两个声呐之间产生的第一斥力；

30、计算海岸、海岛等造成的区域对每一声呐产生的第二斥力；

31、计算监测区域边界对每一声呐产生的第三斥力；

32、根据所述引力、第一斥力、第二斥力及第三斥力计算获得声呐所受的所述合力；

33、将所述合力分割为在x、y两方向上的x分量及y分量，并根据声呐的坐标通过所述位置更新公式计算获得所述更新布放位置。

34、上述的声呐布放优化方法，其中，所述位置调整步骤还包括：

35、判断所述更新布放位置的每一声呐的坐标是否处于所述有效探测区域网格点集合；若处于则将所述更新布放位置作为当前布放位置并返回执行所述覆盖率比较步骤；若不处于则通过合法性公式调整所述更新布放位置后，将调整后的所述更新布放位置作为当前布放位置并返回执行所述覆盖率比较步骤。

36、本发明还提供一种基于改进虚拟力算法的声呐布放优化系统，其中，应用上述中任一项所述的声呐布放优化方法，所述声呐布放优化系统包括：

37、当前声呐数量获得单元，通过网格划分对监测区域进行离散化以构建探测性能地图，基于所述探测性能地图获得当前声呐数量；

38、当前布放位置获得单元，基于所述当前声呐数量进行随机化生成对应所述当前声呐数量的当前布放位置；

39、覆盖率比较单元，基于所述当前布放位置获得对应当前布放位置的当前覆盖率，将所述当前覆盖率与预设覆盖率进行比较后输出覆盖率比较结果；

40、结果输出单元，若所述覆盖率比较结果为所述当前覆盖率大于或等于所述预设覆盖率，则通过一预设条件判断前次覆盖率是否满足所述预设条件，若满足则将所述前次覆盖率对应地前次声呐数量及前次布放位置作为最优结果输出；

41、数量调整单元，若所述覆盖率比较结果为所述当前覆盖率大于或等于所述预设覆盖率，且通过所述预设条件判断所述当前覆盖率不满足所述预设条件时，通过数量调整单元调整所述当前声呐数量后输出至所述当前布放位置获得单元；

42、位置调整单元，若所述覆盖率比较结果为所述当前覆盖率小于所述预设覆盖率时，通过所述位置调整单元根据所述当前布放位置计算每一声呐所受的合力后，通过一位置更新公式计算获得更新布放位置，将所述更新布放位置作为当前布放位置输出至所述覆盖率比较单元；

43、迭代次数比较单元，将当前迭代次数与预设迭代次数进行比较输出迭代次数比较结果；若所述当前覆盖率小于所述预设覆盖率且所述迭代次数比较结果为所述当前迭代次数小于所述预设迭代次数时，所述位置调整单元对当前布放位置进行调整；若所述当前覆盖率小于所述预设覆盖率且所述迭代次数比较结果为所述当前迭代次数大于或等于所述预设迭代次数时，则所述数量调整单元对当前声呐数量进行调整。

44、本发明相对于现有技术其功效在于：本发明考虑了海洋环境对声呐探测性能的影响，在达成监测区域目标覆盖率的同时减少声呐布放数量，提高声呐利用率，降低监测成本。

45、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。