[发明专利]多条闭合路径引导下空中多智能体分布式相位调控与目标跟踪方法

说明书

本发明公开了一种多条闭合路径引导下空中多智能体分布式相位调控与目标跟踪方法，涉及飞行器制导控制技术领域。首先针对大尺度空间场景下的区域/静止目标高效、快速探测与监视需求，确定空中智能体的多种参量。然后建立基于相邻空中智能体信息交互的分布式观测器，以实现对目标位置的渐近无偏一致估计。再次计算多种空中智能体与目标位置之间的参数；构建多条闭合路径引导下空中多智能体分布式相位调控与目标跟踪方法。最后导出空中多智能体的期望线速度和航向角速度。本发明构造了仅依赖相邻智能体交互的分布观测器，消除了全员对目标信息广播通信的过度依赖；还改善了面向大尺度空间场景观测任务时单一圆形轨道环绕控制方法面临的时效性不足、灵活性欠佳等缺陷。

技术领域

本发明涉及飞行器制导控制技术领域，具体为一种多条闭合路径引导下空中多智能体分布式相位调控与目标跟踪方法。

背景技术

近年来，空中多智能体环绕目标制导问题引起了人们的广泛关注，其主要任务是在控制系统的驱动下，空中智能体从任意的初始位置进入目标的期望轨迹，并沿此轨迹周期性，动态环绕探测。它广泛应用于军事和民用领域，比如侦察探测，环境监测，信息采集等。对于单个空中智能体环绕目标制导的场景，通常要求空中智能体以规定的期望半径和角速度环绕目标。与单个空中智能体情况相比，空中多智能体分布式环绕跟踪控制技术的实质就是避免采用全局信息，完全根据测量初始信息来设计控制器使得每个空中智能体与目标保持一定的距离，并且能够沿着圆形轨道维持期望的编队构型。因此多个空中智能体的协同环绕制导问题具有灵活性、覆盖范围广和鲁棒性好等优点，得到了军事研究学者和国内外专家的广泛关注。

目前现有的环绕跟踪控制技术中，大多假设各空中智能体可以全局观测到目标的状态信息，受制于通信资源约束以及智能体空间位置的频繁变化，难以确保所有空中智能体都能实时有效访问目标信息，因而如何在目标信息全局未知的前提下实现真正意义上的分布式环绕观测，是当前多智能体领域亟需解决的问题。此外，大多数环绕制导研究结果主要通过部署空中多智能体沿着共同圆形轨道形成期望编队，实现对于目标的动态持续环绕观测。对于大尺度、大空域任务场景下的固定目标高效、快速监视与探测问题，上述策略存在时效性不足、灵活性欠佳等缺陷，而如何通过邻居交互、组网赋能实现多圆轨道上的多智能体协同行为，增强灵活观测占位、高效信息获取能力不失为一种弥补单一圆形轨道导引下协同观测缺陷的有效途径，对于解决大尺度环境特征下执行高效快速目标探测、搜索、跟踪等任务意义重大。

发明内容

本发明为了解决大尺度、大空域任务场景下的固定目标高效、快速监视与探测的问题，提出了一种多条闭合路径引导下空中多智能体分布式相位调控与目标跟踪方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种多条闭合路径引导下空中多智能体分布式相位调控与目标跟踪方法，包括如下步骤：

a)针对大尺度空间场景下的区域/静止目标高效、快速探测与监视需求，确定空中智能体数量、期望的多圆轨道半径、期望的环绕相位角间距、期望的环绕角速度、主从式通信拓扑关系。具体为：确定空中智能体数量N、期望的多圆轨道半径期望的环绕相位角间距期望的环绕角速度描述主从式通信拓扑关系的有向图邻接矩阵A＝[a_ij]_N×N和B＝diag{b_i}；其中，a_ij为空中智能体间的通信权重系数，若a_ij＝1，说明空中智能体i可以接受到空中智能体j的信息，否则，a_ij＝0；b_i为空中智能体i与目标之间的通信权重系数，若b_i＝1，说明空中智能体i能访问并获得目标位置，否则，b_i＝0。

b)根据步骤a)得到的通信拓扑关系，基于信息一致性原理，建立基于相邻空中智能体信息交互的分布式观测器以实现对目标位置的渐近无偏一致估计。计算如下：