一种基于智能体间相对几何测量信息的编队组合导航方法技术

本发明专利技术提供一种基于智能体间相对几何测量信息的编队组合导航方法，属于编队导航技术领域。解决因GPS通信受限引起的组合导航定位性能下降的技术问题。考虑当前主要编队类型的几何约束特性，结合相应编队期望构型唯一的约束，即刚性，首先给出了各类型编队智能体间需要测量的相对几何量；其次结合各相对几何量与各智能体位置间关系，构建了融合智能体相对测量信息和自身惯导信息的观测方程；最后，基于加权最小二乘法原理提出了融合多源测量信息、改进各智能体定位性能的数据处理方法。本发明专利技术不依赖于外部GPS通信，具有独立自主性强的显著优势，将有效改进GPS通信受限条件下的编队定位控制性能，提升编队任务执行的安全性与可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能体间相对几何测量信息的编队组合导航方法


[0001]本专利技术属于编队导航
，一种基于智能体间相对几何测量信息的编队组合导航方法。

技术介绍

[0002]导航是自动化领域长期研究的问题。狭义上，导航是解决“我在哪”准确定位的问题；广义上，导航是解决“如何去”路线规划的问题。定位是路线规划的基础，因此广义导航是对狭义导航的应用衍生。
[0003]组合导航是目前智能体获取精确定位信息的一种常用手段。传统上的导航手段是惯导，其主要是根据牛顿第二定律结合元器件物理特性确定位置信息，具有成本低、使用简单和独立性好等优势，已广泛用于各种智能移动平台，如无人机、无人车和无人艇等等。但惯性元器件普遍存在因安装误差、零漂等原因引起的定位精度不高且误差随时间增大的缺陷。为确保定位精度，惯导信息需要进行矫正。组合导航是一种改善智能体定位性能的重要手段。其往往以惯导信息为基础，通过多源定位信息融合定位，如图像导航、地磁导航和GPS导航等。由于各定位方法采用了不同的原理和元器件，误差特性不同，因此可以相互修正提高精度。目前GPS与惯导形成的组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能体间相对几何测量信息的编队组合导航方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、结合编队任务作业环境和类型，确定各智能体信息感知装置和信息交互装置；步骤2、根据编队刚性和编队状态可观性要求，确定编队相对几何量需满足的几何约束；假定编队由n个智能体组成，各智能体按顺序依次编号1到n，p
i
记为编队中i号智能体位置的惯导测量值(1≤i≤n)，定义p为编队状态矢量，由各智能体的位置矢量叠加而成；p＝[p1,p2,...,p
n
]
T
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(1)2.1距离约束型编队记l
ij
表示i号智能体到j号智能体间的相对位置矢量，l
ij
对矢量l
ij
的模，即两智能体间的距离；定义以各智能体间相对距离为元素，叠加形成的矢量为刚性函数F
l
：F
l
＝[...,l
ij
,l
ik
,l
kl
,....]
T
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(3)为高效利用智能体间的相对距离矫正编队惯导信息，对于距离约束型编队应使得所设计的距离约束量集合满足：该组合距离约束下的编队期望构型唯一，即编队距离刚性；若刚性函数F
l
所包含距离约束对应的编队期望构型已经唯一，则继续增加智能体间的距离测量信息，将不会明显改进编队导航性能；根据距离约束型编队刚性知，对于平面编队若有则该组距离约束下的编队构型唯一，其中rank表示矩阵的秩；对于三维编队若有：则该组距离约束下的编队构型唯一，其中rank表示矩阵的秩；2.2方位约束型编队记e
ij
为矢量l
ij
的单位方向矢量：e
ij
＝l
ij
/||l
ij
||
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(6)对于方位约束型平面编队，则该方向矢量与智能体间方位角θ
ij
一一对应：e
ij
＝[cosθ
ij
,sinθ
ij
]
T
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(7)若是三维编队，则该方向矢量与智能体间的高低角σ
ij
和方位角θ
ij
一一对应：e
ij
＝[cosσ
ij
cosθ
ij
,cosσ
ij
sinθ
ij
,sinσ
ij
]
T
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(8)利用单位方向矢量表征智能体间的相对方位信息，定义刚性函数F
e
为距离约束型编队各智能体测得相邻智能体距离形成的向量；F
e
＝[...,e
ij
,e
ik
,e
kl
,....]
T
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(9)同样，方位约束型编队应使得所设计的距离约束量集合满足：该组合距离约束下的编队期望构型唯一，即编队距离刚性；若刚性函数F
e
所包含方位约束对应的编队期望构型已
经唯一，则继续增加智能体间的方位测量信息，将不会明显改进编队导航性能；根据方位约束型编队刚性知，若有则该组方位约束下的编队构型唯一；步骤3、根据编队刚性函数和测量信息，确定编队状态观测方程3.1对于距离约束型编队编队状态测量包含各智能体的惯导信息和智能体间的相对距离信息，定义编队状态观测量Y：Y＝[F
lT
,p
T
]
T
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(11)依据刚性函数定义知，编队状态观测量Y为关于编队状态量的非线性函数，记p
o
为编队智能体位置信息p邻域的状态，则利用泰勒展开式，忽略二阶以上高阶项，将编队状态观测量Y近似为：根据上式，可将编队状态观测矩阵H定义为：式中I
nd
表示单位对角方阵，方阵的维数为编队智能体个数n和空间维数d的乘积；3.2对于方位约束型编队若仅有刚性函数中各边的方向以及各智能体的惯导位置信息，即测量量Y＝[F
eT
,p
T
]
T
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(14)对应观测矩阵为：步骤4、编队状态测量信息和测量偏差，基于加权最小二乘法确定最优导航状态，计算定位矫正量假定编队几何测量量和各智能体惯导测得位置误差特性均服从高斯分布，由各智能体位置、智能体间距离组合形成的测量量F
l
、F
e
、p、e和l对应偏差距离将均为对角方阵，依次记为R
Fl
、R
Fe
、R
p
、R
e
和R
l
；考虑到不同测量信息组合形成的对于距离约束型编队，其包括相对距离和惯导位置测量偏差，则定义RR＝diag(R
Fl
,R
p
)
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(16)式中R
Fl
由距离测量装置的精度确定，R
p
由各智能体惯导定位精度确定；对于方位约束型编队，其包括相对方位和惯导位置测量偏差，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏文山，陈磊，白显宗，孟志鹏，
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，
类型：发明
国别省市：