(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111471375.2 (22)申请日 2021.12.04 (71)申请人 中国船舶工业系统工程研究院 地址 100094 北京市海淀区丰贤东路1号 (72)发明人 韩玮　王千一　曾江峰　谢杨柳　 张馗　陈骁　陈卓　马向峰　 郭晓晔　梁旭　王伟　董钉　李哲　 胥凤驰　骆福宇　王一帆　刘如磊　 王子帅　吴与伦　宋胜男　董洁琳　 许埔宁　王伟蒙　 (74)专利代理 机构 中国船舶专利中心 1 1026 专利代理师 李朝翠 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种水面无人艇群体智能学习模拟器设计 方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种水面无人艇群体智能学习 模拟器设计方法及系统， 该方法包括： 对无人艇 动力学参数进行模拟； 对无人艇状态 参数进行模 拟； 基于模拟出的动力学参数和状态参数， 对无 人艇故障参数进行仿真； 针对任务过程中的无人 艇， 对影响无人艇运行的环境参数进行模拟并输 出。 本发明所述的方法通过对无人艇单艇运动学 建模、 无人艇群艇信息同步模块 设计以及无人艇 运行环境状态空间建模， 实现了无人艇的动力、 通信、 卫星定位子系统、 群艇信息同步以及运行 环境等多源状态感知模拟需求， 有助于对无人艇 系统的开发以及提高无 人艇系统的安全性。 权利要求书2页 说明书11页 附图3页 CN 114818105 A 2022.07.29 CN 114818105 A 1.一种水面无 人艇群体智能学习模拟器设计方法， 其特 征在于， 包括： 对无人艇动力学参数进行模拟； 对无人艇状态参数进行模拟； 基于模拟出的动力学参数和状态参数， 对无 人艇故障参数进行仿真； 针对任务过程中的无 人艇， 对影响无 人艇运行的环境 参数进行模拟并输出。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述对无 人艇动力学参数进行模拟， 包括： 分析无人艇的运动学和动力学特征， 通过建立无人艇运动学模型， 加入各类约束及限 定条件， 模拟无 人艇平台的动力学参数， 并输出 该无人艇在不同运动模式下的姿态参数。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述对无人艇动力学参数进行模拟， 包括： 采用分离型建模方法建立单个无 人艇运动学模型； 具体包括： 按作用力的性质， 对无 人艇运动和受力进行分析； 根据对无人艇运动和受力的分析结果， 首先建立描述无人艇运动的固定坐标系和随动 坐标系及其转换关系， 其次根据动量动力和动量矩定理， 推导出无人艇六自由度 空间运动 方程， 利用分离型建模方法建立六自由度运动模型。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述对无 人艇状态参数进行模拟， 包括： 根据无人艇的动力来源， 构建热力学方程及IV变化曲线， 模拟传感器的采集功能， 输出 不同工况及特定故障下的无 人艇核心部件状态参数。 5.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于， 所述对无 人艇故障参数进行仿真， 包括： 以无人艇动力系统为对象， 分析 无人艇设备对于各类故障的表现形式； 在总结各类故障表现形式的基础上， 针对柴油机无人艇模拟器， 结合柴油机台架试验 数据， 进行各类故障状态下的柴油机热力学参数模拟及输出； 针对电动力无人艇模拟 器， 通 过控制上位机结合电源模拟 器来模拟无人艇电机的故障情况， 模拟输出电机在各类故障下 的I‑V曲线。 6.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于， 还 包括： 建立艇群状态 空间模拟器， 以模拟水面无人艇集群正常运行和单艇 发生故障时的多艇 间的信息交 互和同步， 以进一 步满足艇群不同运行状态下的感知模拟需求； 其中， 所述艇群状态空间模拟器至少包括： 多艇通讯接口同步模拟模块和运行环境接 口交互模拟模块。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特 征在于， 所述艇群 状态空间模拟器包括： 无 人艇间的通信和数据交 互； 其中， 数据交互采用UDP协议进行数据发送和接收， 交互命令至少包括： 初始化、 航迹 点、 目标、 命令和故障类型。 8.根据权利要求1至 6任一项所述的方法， 其特 征在于， 还 包括： 设计可视化仿真系统， 其中， 所述可视化仿真系统包括： 上位机试验控制模块、 无人艇 状态仿真模块和可视化模块； 所述上位机试验控制模块用于管理整个仿真过程， 所述上位机试验控制模块订 阅系统 广播的消息； 所述上位机试验控制模块还广播如下消息： No.X号艇发生 故障， 以及每条艇的 运行状态； 所述上位机试验控制模块根据广播的消息配置艇数量， 并解算每条艇的位置， 发权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114818105 A 2送至所述可视化模块； 所述可视化模块用于根据接收到所述上位机试验控制模块发送的设置信息调用相应 库模型， 完成角色加载， 并等待上位机 仿真开始指令； 所述无人艇状态仿真模块用于对无 人艇故障参数进行仿真。 9.一种水面无 人艇群体智能学习模拟器仿真系统， 其特 征在于， 包括： 上位机试验 控制模块、 无 人艇状态仿真模块和可视化模块； 所述上位机试验控制模块， 用于订阅系统广播的消息， 还用于向系统广播如下消息： No.X号艇发生 故障， 以及每条艇的运行状态； 还用于根据广播的消息配置艇数量， 并解算每 条艇的位置， 形成设置信息， 并发送至所述可视化模块； 所述可视化模块用于根据接收到的设置信息调用相应库模型， 完成角色加载， 并等待 上位机仿真开始指令； 所述无人艇状态仿真模块用于对无 人艇故障参数进行仿真。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质上存储有计算机 程序， 所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求 1至8任一项 所述的水面无人艇 群体 智能学习模拟器设计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114818105 A 3