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基于动态Voronoi分区的多舰协同搜索方法

蒋海军 张翼超 孙雅萍 陈宏昆

蒋海军, 张翼超, 孙雅萍, 等. 基于动态Voronoi分区的多舰协同搜索方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(1): 1-10 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0123
引用本文: 蒋海军, 张翼超, 孙雅萍, 等. 基于动态Voronoi分区的多舰协同搜索方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(1): 1-10 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0123
JIANG Haijun, ZHANG Yichao, SUN Yaping, CHEN Hongkun. Multi-ship cooperative search method based on dynamic Voronoi partitioning[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0123
Citation: JIANG Haijun, ZHANG Yichao, SUN Yaping, CHEN Hongkun. Multi-ship cooperative search method based on dynamic Voronoi partitioning[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0123

基于动态Voronoi分区的多舰协同搜索方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0123
详细信息
    作者简介:

    蒋海军(1982-), 男, 硕士, 高级工程师, 研究方向为水声信号处理

  • 中图分类号: TJ630.34; U647.7

Multi-ship cooperative search method based on dynamic Voronoi partitioning

  • 摘要: 传统多舰协同检查搜索主要采用固定分区且未考虑目标规避, 存在发现概率低、贴近实战不足的问题。文章提出一种基于动态Voronoi分区与多源信息联合决策的多舰协同搜索方法, 该方法以贝叶斯概率框架为基础, 融合声呐探测模型与目标运动扩散模型, 构建并动态更新目标位置的概率分布图。通过Voronoi图自适应划分搜索区域, 为各舰船划定责任分区, 实现任务空间分布式部署, 可显著降低区域冗余覆盖, 同时消除搜索盲区。针对“探索-利用”策略的阶段化适配需求(前期侧重探索、后期侧重利用), 设计多源信息融合评分模型, 将目标存在概率、区域未搜索程度及局部信息熵纳入综合计算, 并构建权重随搜索进度调整机制, 使搜索策略随任务进程动态调整, 进而指导舰船确定最优搜索目标点。在目标主动规避的对抗场景下, 将所提方法与固定分区的“弓”字形面积覆盖法、粒子群最大概率航向优化法进行对比, 通过1 000次蒙特卡洛仿真表明, 所提方法在多舰协同搜索任务中能显著缩短发现目标时间, 提高统计意义上的发现目标概率, 在对抗环境下具备良好的真实性与可扩展性。

     

  • 图  1  Voronoi分区示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of Voronoi partitioning

    图  2  $ t=0.5 $ h搜索态势图(联合发现概率0.00)

    Figure  2.  Search situation map at t=0.5 h (joint detection probability: 0.00)

    图  3  $ t=20 $ h搜索态势图(联合发现概率0.00)

    Figure  3.  Search situation map at t=20 h (joint detection probability: 0.00)

    图  4  $ t=41 $ h搜索态势图(联合发现概率1.00)

    Figure  4.  Search situation map at t=41 h (joint detection probability: 1.00)

    图  5  目标规避舰船过程轨迹图

    Figure  5.  Trajectory diagram of target evading warships process

    图  6  舰船与目标轨迹图

    Figure  6.  Track map of warships and target

    图  7  舰船与目标轨迹图

    Figure  7.  Track map of warships and target

    图  8  所提方法发现目标时间分布

    Figure  8.  Time distribution of target detection by the proposed method

    图  9  不同搜索策略累积发现概率随时间变化曲线

    Figure  9.  Curve of target detection probability by different search strategies over time

    表  1  不同搜索策略对比情况

    Table  1.   Comparison of different search strategies

    策略 发现
    概率/%
    平均发现
    时间/h
    平均每次
    运行时间/s
    动态Voronoi分区多源协同 77.9 21.4 3.88
    粒子群最大概率航向优化法 75.0 23.4 45.93
    “弓”字形面积覆盖法 63.3 35.0 0.001
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-09-09
  • 修回日期:  2025-10-05
  • 录用日期:  2025-10-09
  • 网络出版日期:  2026-01-15
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