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申请/专利权人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院

摘要：本发明公开基于通视约束的相似约束型编队三角级联设计方法，属于集群编队协调技术领域，用于多智能体利用视觉感知信息实现编队协同。首先确定基准坐标系下各智能体在世界坐标系下下的位置，然后确定各智能体的相邻智能体，确定各级三角形对应基准坐标系相对于世界惯性坐标系的转换关系，接下来确定各智能体与相邻智能体的相对方位关系；最后设计负梯度控制律。本发明不仅解决视觉编队视线遮挡的问题，同时也降低了各智能体实现编队协同需要感知的信息量，缓解了视觉感知视场和视距有限对编队协同的影响。

主权项：1.基于通视约束的三角级联相似约束型编队设计与控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：定义期望构型下智能体间的相对位置关系定义北东地坐标系OG-XGYGZG作为表述期望编队网络构型的惯性参考坐标系，其中原点OG为集群编队执行任务的起点位置，XG轴以正北方向为正向、YG轴以正东方向为正向，ZG轴以垂直于当地水平面向下为正向；记期望构型下i号智能体和j号智能体在OG-XGYGZG坐标系下的位置为和i号智能体相对于j号智能体的连线边和单位方向向量定义如下： 其中表示矢量边的长度；将期望构型下任意两智能体间的连线边位置矢量或者单位方向向量形成的约束集合作为编队控制的约束，则各智能体在编队控制作用下会收敛到期望编队构型；步骤2：确定各智能体的相邻智能体选定期望集群编队构型下3个智能体连线形成的包络为基准三角形，将该3个智能体编号为1号智能体、2号智能体和3号智能体；针对此基准三角形，定义1号智能体为2号智能体的相邻智能体，1号和2号智能体为3号智能体的相邻智能体；为避免各智能体视觉感知相邻智能体状态时出现视线遮挡，要求该基准三角形Δ123的内部位置区域不包含任意其它智能体i；同时为降低编队控制律设计的复杂度，要求该3智能体位置非共线；数学上，将基准三角形Δ123的定义约束表示为： 式中表示逻辑运算关系且，式中θ表示夹角，下标编号对应相应智能体，夹角θx,yz表示x号智能体与y号智能体与z号智能体位置连线边的夹角，θx,yz∈0,π；定义基准三角形Δ123的层级0；结合集群编队期望网络构型，以基准三角形Δ123的边为基准边向外拓展，与空间位置上相近的智能体形成新的三角形，该新三角形的层级为1；假设4号智能体以基准三角形Δ123的边为基准边构建1级三角形Δ124，即4号智能体以1号和2号智能体为相邻智能体；与基准三角形的定义约束相同，为满足通视约束和降低编队控制复杂度，Δ124的定义需满足： 式中夹角θx,yz∈0,π；依此法类推，构造2级、3级和4级各级三角形，直至为集群中各智能体均定义了相邻智能体和对应层级的三角形；步骤3：定义各智能体的本地坐标系结合级联三角形的定义确定各智能体的本地坐标系；定义级联三角形Δijk的本地坐标系oijk-xijkyijkzijk，其以期望构型下i号智能体位置为原点，以边对应方向为xijk轴，方向为zijk轴，yijk轴按右手定则确定；相应，xijk、yijk和zijk轴的单位方向向量和表示为如下形式： 相应得其与北东地坐标系的转换矩阵为 步骤4：确定各智能体与相邻智能体的相对方位关系为便于各智能体仅基于本地测量的视觉感知信息实现编队控制，将与相邻智能体的几何约束关系由北东地坐标系下转化到本地坐标系；定义q级三角形Δijk的基准坐标系oijk-xijkyijkzijk，其与世界关系坐标系的转换矩阵为三角形Δijl是针对l号智能体以边为基准边的构造q+1级级联三角形；在期望构型下l号智能体相对i号和j号两相邻智能体的相对方位写成： 根据q级三角形Δijk的基准坐标系oijk-xijkyijkzijk与北东地坐标系的转换矩阵得l号智能体相对i号和j号两相邻智能体在本地坐标系oijk-xijkyijkzijk下的期望相对方位约束和 步骤5：设计负梯度控制律记2号智能体相对于1号智能的期望相对方位为和距离则设计如下负梯度控制律能够引导整个编队收敛到期望方位和尺度： 其中 ux,G表示x号智能体在北东地坐标系下的编队控制指令，和定义与步骤1相同，lxy,G表示当前时刻x号智能体相对于y号智能体的相对位置矢量，定义与步骤3相同，k3和km均为大于0的比例系数，I为单位矩阵；各智能体能够基于本地测量信息生成控制指令，并在控制指令作用下使得整个编队收敛到期望构型、期望尺度和期望方位。

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百度查询： 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 基于通视约束的三角级联相似约束型编队设计与控制方法