[发明专利]一种基于事件触发通信的信号源定位方法

摘要

本发明涉及一种基于事件触发通信的信号源定位方法。本发明根据每一个机器人接收到的信号强度，采用粒子滤波方法评估信号源可能的位置，每一个机器人都可以使用他的邻居机器人通过网络传输过来的信号源评估位置来更新自己的信号源评估位置，并通过信号源的评估位置给出机器人运动的参考方向；建立事件触发通信规则,每一时刻，比较机器人状态误差与机器人之间状态误差大小，当事件触发条件满足后，机器人将自己的当前状态信息和信号源位置评估信息等传送到网络中，否则停止通信；最后控制多机器人系统向信号源的位置方向运动。本发明在保证多机器人准确定位信号源以及保持群体结构稳定的同时，可以节省通信带宽，降低通信负担，并优化网络通信。

主权项

1.一种基于事件触发通信的信号源定位方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：第一步：计算多机器人通信拓扑参数，具体步骤如下：建立多机器人系统的通信矩阵L＝[lij]；如果第i个机器人能够和第j个机器人通信，则lij＞0，否则，lij=0，i＝1，2，...，n，j＝1，2，...，n；建立机器人群体的拉普拉斯矩阵F(L)＝[fij],i＝1，2，...，n,j＝1，2，...，n；其中：设定一个虚拟领导者，即虚拟机器人，具有位置p0(t)和速度q0(t)；虚拟领导者的所有计算在任意一个实体机器人上完成；如果虚拟领导者能够和第i个机器人通信，则li0＞0；否则，li0＝0，i＝1，2，...，n；建立矩阵M＝F(L)+diag{l10，...，ln0}，其中：diag{l10，...，ln0}是对角矩阵；对于第i个机器人，在搜索空间中产生均匀分布的N个粒子；第二步：预测信号源可能的位置，具体步骤如下：a)对于第i个机器人，在第t时刻，假设第m个粒子是信号源，m＝1，2，...，N，则第i个机器人在当前位置上评估的信号强度如(2)式所示；其中：是第i个机器人在第t时刻接收到的第m个粒子发射的信号强度；x_m(t)是第m个粒子在第t时刻的位置；p_i(t)是第i个机器人在第t时刻的位置；f(·)是信号强度模型；rand是[0,1]间的随机数；R是观测噪声；b)根据(3)式，计算第m个粒子的权重；其中：wm是第m个粒子的权重；Zi(t)第i个机器人，在第t时刻实际接收到的信号强度；exp(·)是指数函数；c)归一化权重，如(4)式所示；d)对于N个粒子，根据归一化权重w′m(m＝1，2，...，N)，并采用轮盘赌方法重新产生N个粒子，此时第m个粒子的位置用x′m(t)表示；e)根据新的粒子群体，计算信号源可能的位置，如(5)所示；其中：是第i个机器人在第t时刻评估的信号源位置；f)更新信号源评估位置，如(6)式所示；其中：z_ij(t)表示第i个机器人，在上一次信号源位置更新时间与时间t之间，如果接收到了第j个机器人传递的信号源评估位置，则z_ij(t)＝1；否则z_ij(t)＝0；是第i个机器人在第t时刻更新后的信号源评估位置；是第j个机器人在事件触发时刻，即第时刻通过网络传递过来的更新后的信号源评估位置；第三步：建立事件触发通信规则，即给出状态误差和机器人之间的状态误差相互关系；对于第i个机器人，事件触发的时间序列表示为：并且能够被获得，s＝0，1，2...，是初始时刻，如(7)所示；其中：inf{·}表示下确界；其中：||M||是矩阵M的泛数；表示第i个机器人在第t时刻的位置状态误差；表示第i个机器人在第时刻的位置；p_i(t)是第i个机器人在第t时刻的位置；表示第i个机器人在第t时刻的速度状态误差；q_i(t)是第i个机器人在第t时刻的速度；表示第i个机器人在第时刻的速度；表示虚拟领导者的位置状态误差；表示虚拟领导者在第时刻的位置；p₀(t)是虚拟领导者在第t时刻的位置；表示虚拟领导者的速度状态误差；表示虚拟领导者在第时刻的速度；q₀(t)是虚拟领导者在第t时刻的速度；是第i个机器人的机器人之间的位置状态误差；表示第j个机器人在第时刻的位置；是第i个机器人的机器人之间的速度状态误差；表示第j个机器人在第时刻的速度；β，γ，h是参数，并且满足μ_min是矩阵M+M^T的最小特征值，T表示矩阵转置；第四步：根据下述条件，计算第i个机器人的控制输入，具体步骤如下：a)对于时间并且g_i(t)≤0；第i个机器人的控制输入如(9)式所示；其中：di，dj是随机矢量，被使用保持机器人之间的安全距离；b)对于时间并且g_i(t)＞0,那么一个新的时间区间被设定，即并且当前时间第i个机器人的控制输入则用代替(9)式中的得到；第五步：对于虚拟机器人，控制输入如(10)式所示；其中：λ＞0是一个正常数；第六步：如果终止条件满足，则机器人停止运行，并将最终信号源位置输出；如果终止条件没有满足，则返回第二步继续执行。