[發明專利]一種航空成像設備多執行器的拓撲結構設計方法及裝置

在審

• 申請號: 202210053320.8
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114386178A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 王昱棠;田大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

本發明涉及自動控制領域，具體涉及一種航空成像設備多執行器的拓撲結構設計方法及裝置，方法包括：預先設置物理參數、拓撲結構設計方法所需參數初值及參數范圍；根據物理參數的數值計算多個執行器的加權鄰接矩陣、通信強度、運動矩陣及多個約束，多個約束包括通信強度約束、時間約束、空間約束、通信能量約束及控制能量約束；求解多個執行器約束下最優拓撲結構；輸出最終判定為滿足要求的最優拓撲結構的約束范圍。本申請建立包含通信延時和故障概率的多執行器加權鄰接矩陣，并建立多執行器的通信強度約束、時間約束、空間約束、通信能量約束及控制能量約束，求解出滿足所有約束的最優拓撲結構。

技術領域

本發明涉及自動控制領域，具體而言，涉及一種航空成像設備多執行器的拓撲結構設計方法及裝置。

背景技術

航空成像裝備搭載在各類動基座載體上，可以機動靈活地獲取直觀的圖像信息，廣泛應用于災情防救、地理測繪、精準農業等重要的領域。掃描成像系統中由于存在掃描鏡的主動掃描產生像旋、像移等物像運動，必須通過控制成像裝備內的各類執行器折轉光束提升成像質量。

當成像系統中引入多個執行器補償物像運動時，還需要考慮多個執行器間的信息交互通道及信息交互結構。由于航空工作環境的特殊性，執行器間一般基于性能有限的嵌入式通信模塊進行運動信息、控制指令等通信和傳輸。通信延遲和通信故障不可避免，并且由于航空環境限制，執行器或執行器間通信組件發生通信故障后無法立刻維修，還希望系統能夠在部分故障的條件下繼續完成成像任務。現有的研究更多的關注控制器本身的設計，缺乏對表征多執行器間信息交互的拓撲結構的考量。現有的多智能體拓撲優化方法一般是通過設定與收斂速度、控制能量等相關的控制性能指標直接求解拓撲結構的數學表達，沒有考慮通信延遲和通信故障對拓撲結構的約束，無法直接應用在航空成像裝備中的拓撲結構設計中。

因此，現有技術還存在缺陷，有待于進一步發展。

發明內容

本發明實施例提供了一種航空成像設備多執行器的拓撲結構設計方法及裝置，考慮了通信延遲和通信故障對航空成像執行器拓撲結構的約束，求解出滿足所有約束的最優拓撲結構。

根據本發明的一實施例，提供了一種航空成像設備多執行器的拓撲結構設計方法，包括以下步驟：

預先設置物理參數、拓撲結構設計方法所需參數初值及參數范圍，物理參數包括執行器慣量及阻尼，拓撲結構設計方法所需參數初值及參數范圍包括各約束閾值初值、各執行器控制參數范圍及初值；

根據物理參數的數值計算多個執行器的加權鄰接矩陣、通信強度、運動矩陣及多個約束，多個約束包括通信強度約束、時間約束、空間約束、通信能量約束及控制能量約束；

求解多個執行器約束下最優拓撲結構；

輸出最終判定為滿足要求的最優拓撲結構的約束范圍。

進一步地，根據物理參數的數值計算多個執行器的加權鄰接矩陣、通信強度、運動矩陣及約束具體為：

描述各執行器間的信息交互；

定義通信延遲和故障概率的加權鄰接矩陣權值；

定義多個執行器通信強度；

定義多個執行器間的運動矩陣；

建立航空光電裝備成像通信強度約束。

進一步地，在建立航空光電裝備成像通信強度約束之后還包括：

建立航空光電裝備的成像時間約束、空間約束、通信能量約束及控制能量約束中的一種或幾種。

進一步地，描述各執行器間的信息交互具體為：

通過多個執行器組成成像裝備物像運動補償網絡；

各執行器通過運動補償網絡交互。