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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：本发明公开一种面向集中式信息架构的集群状态时间同步设计方法，属于无人集群系统控制领域技术领域，解决低成本无人机集群状态协同时面临的交互信息时统不一致问题。本发明首先规定了系统架构的组成和功能要求，然后设置了结合时统需求设计了系统的信息流；其次给出了具体统一集群系统时间的步骤；最后结合平台协同需要，提出了一种状态平滑滤波和预测的方法。本发明以常规集群系统架构为应用对象，结合各平台时统需求提出一种将集群各平台时间统一到地面站时间轴的方法，便于各无人平台利用当前时刻的自身状态和相邻平台状态实现精准协同，缓解时间延迟引发的集群系统性能降低。

主权项：1.一种面向集中式信息架构的集群状态时间同步设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、集群系统配置集群系统包括集群终控端、无人平台、遥测数据链；集群终控端通过遥测数据链获悉各无人平台回传的信息，同时通过遥测数据链向各无人平台广播信息；各无人平台携带有计算单元，上电工作后能够进行独立计时；集群终控端处理各无人平台回传的信息并将处理决策的信息广播给各无人平台，具有独立的计时模块；步骤2、集群系统信息流形式设置各无人平台向集群终端发送信息和集群终端向各无人平台发送决策信息时均包含时间戳，同时集群终端向各无人平台转发其它无人平台信息时连通其无人平台信息附带时间戳一同转发；各无人平台通过集群终端向相邻无人机平台发送的信息还应该包含自身ID号和目标相邻无人机的ID号，以确保信息源平台身份的时间关联；步骤3、统一集群系统时间集群系统工作后，集群终控端以预设频率向无人平台广播包含自己本地时间戳的信息；各无人平台收到信息后，将自身计时模块计时设置为接收到的终控端广播时间戳；在任务启动时刻，记t0时刻，i号无人平台计时模块的本地计时时刻收到的地面终控端计时时刻为其中无人平台计时零点为平台计时模块上电时刻，地面终控端计时采用UNIX时间，精确到毫秒；各无人平台利用本地计时时刻与终控端计时时刻差为： 在各无人平台计算出相对于终控端的时间差后，则时刻根据自身计时模块的本地时刻得到对应的终控端时刻，在tk时刻，若i无人平台计时模块的本地计时时刻为则无人机平台估计的地面终控端对应计时时刻为： 为便于各无人平台将终控端转发的相邻无人平台状态统一到同一时间轴下，各无人平台向地面站回传信息时，统一添加时间戳对于i号无人平台，若其根据连续n次集群地面终控端发送的时间戳和对应本地时刻计算差值绝对值小于某个阈值ε时，则认为计算的时间差稳定，可于后续计算时间戳； 式中表示该平台利用第k次收到的集群终控端计时时刻和对应本地计时时刻计算的时间差；步骤4、集群系统状态时间对齐利用收到的相邻平台信息和对应时间戳构建滤波模型，然后再结合平台当前时刻对应时戳，利用滤波状态向前递推，预测相邻无人平台当前时刻状态，通过状态滤波和预测递推相结合，从而实现集群状态的时间轴统一；利用先后收到信息附带时间戳的差作为滤波时间间隔，记j号无人平台收到的i号相邻无人机状态信息序列为附带的时间戳对应为则利用状态信息序列和对应时间序列构造如下滤波模型： 其中为基于i号相邻无人机状态信息的最优估计值，为基于对i号无人机状态在时刻的预测值，为线性化的状态转换矩阵，由和时间差决定，Ql-1为表征建模偏差的过程矩阵，Pl-1为最优估计值对应的协方差矩阵，Pl|l-1为对协方差的估计值，为线性化的状态观测矩阵，Rl为表征i号无人平台时刻偏差的方差矩阵，Kl为滤波矫正增益矩阵，I为单位对焦矩阵，Pl为关于最优估计值的协方差矩阵；假设k时刻j号无人平台收到的i号无人平台最新状态信息为对应时刻为利用滤波模型最优估计值为j号无人平台当前时刻对应的地面终控端时刻为则j号无人平台k时刻的状态预测值写成： 式中Δtk用于近似表征信息传输的延迟。

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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 一种面向集中式信息架构的集群状态时间同步设计方法