厦门大学陈友淦获国家专利权
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龙图腾网获悉厦门大学申请的专利一种基于Q学习的分段式水下地形匹配方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115640522B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-16发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211254808.3,技术领域涉及:G06F18/22;该发明授权一种基于Q学习的分段式水下地形匹配方法是由陈友淦;杜坤芸;谭诗路;高榜君;卢鸽;陶毅;许肖梅设计研发完成,并于2022-10-13向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于Q学习的分段式水下地形匹配方法在说明书摘要公布了:一种基于Q学习的分段式水下地形匹配方法,涉及水下地形匹配。在已知初始点和初始航行角度情况下,将自主式水下潜器航行的轨迹路线按采样长度L分段处理,每段终点为一个定位节点,考虑每个定位节点前一段和后一段路线的高程数据,以TERCOM算法中均方差为指标在每个定位节点按角度范围f匹配,以均方差最小路线为最合适路线,确定前一段和后一段路线的偏转角ann,计算路线偏转角相差程度bnn;结合Q学习给bnn赋予不同奖励值R,根据R值与Q值的关系在每一个定位节点后更新Q值,由Q值的变化优化下一次匹配的角度范围f,实时调整匹配时的角度范围,确保在每个定位节点进行匹配时的角度范围合适,降低整个轨迹匹配过程中的匹配次数。
本发明授权一种基于Q学习的分段式水下地形匹配方法在权利要求书中公布了:1.一种基于Q学习的分段式水下地形匹配方法,其特征在于包括以下步骤: 1提出分段定位的思想,综合考虑每个定位节点前后的高程数据进行更精准的匹配定位: 1.1获取自主式水下潜器AUV行经路线的高程数据,使用深度测量仪器测量海底水深,为AUV提供实时水深测量值,采用测深仪来测量AUV下潜深度和距离海底的高度;海洋测深以海区稳定的深度场值,计算出海底水深场值;海底稳定水深场值的数学表达式如下: hx,y=htx,y+h0x,y-Tx,y,t 其中,hx,y表示海地稳定水深,即所需的地形高程,htx,y表示航行器下潜深度,h0x,y表示航行器距海底的距离,Tx,y,t为瞬时海面潮位高度,是由潮汐和波浪引起的扰动水位,x、y分别表示横纵坐标,t表示测量时间;Tx,y,t采用调和常数的数学模型,在仿真实验中由随机数代替; 1.2运用分段定位的思想进行水下地形匹配,将需要匹配的路线按照采样长度L进行分段处理,将每段的终点作为一个定位节点,将该段终点作为下一段的起始点;已知初始点和初始航行角度,假设AUV以初始速度v0、初始角度a0,角度误差e航行,在AUV行驶过程中,通过自身携带的压力传感器设备,按照采样间隔Ts测量所经海域的海底地形高程数据,并将得到的数据一一储存; 1.3在每个定位节点进行匹配定位时,利用步骤1.2中储存的该定位节点前一段采样长度为L和后一段采样长度为L的路线的高程数据,与已有的该海域的三维数字地形图进行相关度匹配计算;匹配计算公式如下: 其中,h测xn,yn表示AUV经过第n个定位节点xn,yn时所测的海底稳定水深场值,h预xn,yn表示AUV的预定航线在第n个定位节点的海底稳定水深场值; 以均方差MSD为指标,从每段的起始点开始以角度范围f进行分段匹配,当MSD最小时,则认为该路线为最合适的路线; 1.4以前一段路线的终点为下一段路线的起始点重复步骤1.1至步骤1.3,确定出下一段的终点并找到下一段的路线,直至完成整个路线的匹配; 2在每个定位节点处,运用Q学习对每次匹配时的角度范围进行调整,具体如下: 2.1在每个定位节点处,计算偏转角an和最佳偏转角相差程度bn; 在第n个定位节点处,步骤1.3中获得的路线的航向角与前一段路线的航向角的差值为偏转角an,最佳偏转角相差程度bn=2anf; 2.2根据Q学习的思想,给后一段路线与前一段路线的最佳偏转角相差程度bn赋予不同的奖励值R;通过R值与Q的关系在每一个定位节点后对Q值进行更新; 2.3由Q值的变化对下一次匹配的角度范围f进行优化,实时调整匹配时的角度范围,确保在每个定位节点进行匹配时的角度范围是合适的,充分降低整个轨迹匹配过程中的匹配次数。
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