[發明專利]一種基于智能體間相對幾何測量信息的編隊組合導航方法

在審

• 申請號: 202210198191.1
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114578852A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 蘇文山;陳磊;白顯宗;孟志鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王智紅

本發明提供一種基于智能體間相對幾何測量信息的編隊組合導航方法，屬于編隊導航技術領域。解決因GPS通信受限引起的組合導航定位性能下降的技術問題。考慮當前主要編隊類型的幾何約束特性，結合相應編隊期望構型唯一的約束，即剛性，首先給出了各類型編隊智能體間需要測量的相對幾何量；其次結合各相對幾何量與各智能體位置間關系，構建了融合智能體相對測量信息和自身慣導信息的觀測方程；最后，基于加權最小二乘法原理提出了融合多源測量信息、改進各智能體定位性能的數據處理方法。本發明不依賴于外部GPS通信，具有獨立自主性強的顯著優勢，將有效改進GPS通信受限條件下的編隊定位控制性能，提升編隊任務執行的安全性與可靠性。

技術領域

本發明屬于編隊導航技術領域，一種基于智能體間相對幾何測量信息的編隊組合導航方法。

背景技術

導航是自動化領域長期研究的問題。狹義上，導航是解決“我在哪”準確定位的問題；廣義上，導航是解決“如何去”路線規劃的問題。定位是路線規劃的基礎，因此廣義導航是對狹義導航的應用衍生。

組合導航是目前智能體獲取精確定位信息的一種常用手段。傳統上的導航手段是慣導，其主要是根據牛頓第二定律結合元器件物理特性確定位置信息，具有成本低、使用簡單和獨立性好等優勢，已廣泛用于各種智能移動平臺，如無人機、無人車和無人艇等等。但慣性元器件普遍存在因安裝誤差、零漂等原因引起的定位精度不高且誤差隨時間增大的缺陷。為確保定位精度，慣導信息需要進行矯正。組合導航是一種改善智能體定位性能的重要手段。其往往以慣導信息為基礎，通過多源定位信息融合定位，如圖像導航、地磁導航和GPS導航等。由于各定位方法采用了不同的原理和元器件，誤差特性不同，因此可以相互修正提高精度。目前GPS與慣導形成的組合導航，因技術成熟、定位精度高和成本低等原因，使用最為廣泛。但是在室內、水下或因電磁干擾等GPS信號受限環境下，依賴于GPS定位信息的組合導航性能將難以保證。

編隊是目前智能體應用研究的重要發展方向。各智能體間通過相互交互信息達到時間、空間和功能的協同，實現了個體結構和功能簡單到群體結構和功能多樣化的轉變，形成了完成復雜任務和適應復雜環境的能力。空間協同是編隊協同最基本也是最直觀的形式，目前研究最為深入。其通過定義智能體間的相互幾何約束關系實現編隊的協同，如距離約束型、方位角約束型和相似約束型等。

各智能體的精確定位是編隊達到期望協同效果的關鍵。控制過程中，各智能體均是基于相鄰智能體的位置和自身位置調整自身狀態，從而達到期望的空間協調效果。若各智能體位置不準，各智能體將會基于帶有偏差的位置信息生成相應控制指令，并最終引起整個編隊的控制偏差，這將不僅影響編隊的協同效果，更會引起智能體間的碰撞風險，影響編隊任務的安全性和可靠性，例如近年來多次發生的無人機商演墜機事故。

為此，丞待提出一種新的編隊組合導航方法，使得在GPS通信受限的情況下，也能確保組合導航定位的性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于智能體間相對幾何測量信息的編隊組合導航方法，克服因GPS通信受限引起的組合導航定位性能下降的技術問題。

為達到上述目的，解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于智能體間相對幾何測量信息的編隊組合導航方法，包括如下步驟：

步驟1、結合編隊任務作業環境和類型，確定各智能體信息感知裝置和信息交互裝置；

步驟2、根據編隊剛性和編隊狀態可觀性要求，確定編隊相對幾何量需滿足的幾何約束；

假定編隊由n個智能體組成，各智能體按順序依次編號1到n，p_i記為編隊中i號智能體位置的慣導測量值(1≤i≤n)，定義p為編隊狀態矢量，由各智能體的位置矢量疊加而成；

p＝[p₁,p₂,...,p_n]^T (1)