CN103605371B - 一种控制多个智能终端包围目标的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能终端自动控制技术，具体的说是涉及一种基于分布式均值估计原理控制智能终端包围多个目标的方法。本发明所述的一种控制多个智能终端包围目标的方法，主要为：采用多个智能终端进行协同计算多个目标的位置，以实现对多个动态目标的包围。智能终端通过与邻域智能终端所获目标位置信息的比较，用分布式的方法，而非集中获取所有目标的位置信息，计算出目标的中心位置信息。本发明的有益效果为，能方便、可靠地实现目标集的位置中心的定位，继而实现对目标的完全包围，可广泛应用于目标围剿，监控保护系统中。本发明尤其适用于无人机自动控制。

Description

一种控制多个智能终端包围目标的方法

技术领域

本发明涉及智能终端自动控制技术，具体的说是涉及一种基于分布式均值估计原理控制智能终端包围多个目标的方法。

背景技术

在军事上，我们通常会通过对目标进行包围，来保护目标或监控，甚至歼灭目标。现代高技术战争的工作重心就是信息的搜集、处理、分发、防护。可见，信息化战争成为高技术战争的基本形态，夺取和控制信息权成为作战的中心和焦点。显而易见，将目标进行包围能更好的从全局信息出发，以逸待劳，来进行对目标信息的监控、隔离或对目标进行打击和防护。所以有必要对分布式包围控制问题进行研究。然而，目前对分布式包围的研究很少，而且都是对包围单个目标或静态目标的控制技术的研究。但实际中目标不可能总是单个或静止不动的，对于多智能系统完全有可能并一定存在控制和监控多个动态目标的情况。所以我们开展对多智能终端系统分布式包围控制的多个动态目标的研究是有意义的。

通常解决多智能终端包围控制的多个目标的问题时，需要先得到目标集的位置中心，如其中：p为目标集的位置中心，n为要包围的目标的个数，r_i为第i目标的位置信息。这种方法是集中式的方法，这样就必须要有一个智能终端来作为中心控制智能终端，其余智能终端得到的信息都要传给中心控制智能终端，然后由中心控制智能终端计算目标集的位置中心，这种方法对中心控制智能终端的性能要求非常苛刻，一旦中心控制智能终端发生故障，整个智能终端系统都不能完成对目标集的包围。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述控制智能终端对目标集进行包围存在的问题，提出了一种控制多个智能终端包围目标的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种控制多个智能终端包围目标的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.每个智能终端分别探测并获取与自身相对应的目标的位置信息；

b.每个智能终端均与相邻的智能终端进行通信，获取相邻智能终端探测到的对应目标的位置信息，并根据自身探测到的对应目标位置信息和相邻智能终端探测到的对应目标位置信息估算出目标集几何位置中心；

c.每个智能终端均根据目标集几何位置中心，分别确定自身对应的目标到目标集几何位置中心的距离矢量，然后确定自身到目标集几何位置中心的距离矢量；

d.所有智能终端根据到自身到目标集几何位置中心的距离矢量调整自身位置实现包围。

本发明总的技术方案，采用多个智能终端进行协同计算多个目标的位置，以实现对多个动态目标的包围。智能终端通过与邻域智能终端所获目标位置信息的比较，用分布式的方法，而非集中获取所有目标的位置信息，计算出目标的中心位置信息。

具体的，步骤b中所述估算出目标集几何位置中心为采用分布式的方式进行估算，具体方法为：

假设第i智能终端探测到的对应目标t时刻的位置信息为r_i(t)，则第i智能终端以分布式的方式估算出的目标集几何位置中心为p_i(t)，p_i(t)的计算方法为：

其中，α为非负数，α＞μ(n-1)且μ＞D⁺(r_i(t))，n为智能终端的数目，是的对时间求导，为中间变量，N_i为第i智能终端的相邻智能终端集合矩阵。

具体的，步骤d中所述实现包围的具体方法为：

假设第i智能终端第t时刻位置为y_i(t)，用一阶反馈控制算法实现智能终端实时跟踪，控制方法为：计算第i智能终端移动目标位置其中h_i(t)＝y_i(t)-p_i(t)，第i智能终端第t时刻到目标集几何位置中心的矢量距离为r_i(t)-p_i(t)，β＞1，β为决定包围范围的参数，第i智能终端根据获得的目标位置进行移动。

本方案为针对低速运动目标，对于高速移动目标可以采用二阶反馈控制算法。当|p_j(t)-p_i(t)|＝0时

本发明的有益效果为，不需要单独设定一个智能终端作为控制中心来收集所有智能终端获得的目标位置信息，从而得到目标集的位置中心，而是通过智能终端与邻域智能终端之间比较信息来快速准确地完成目标集的位置中心的计算；从而能方便、可靠地实现目标集的位置中心的定位，继而实现对目标的完全包围，可广泛应用于目标围剿，监控保护系统中，具有良好的市场应用前景。

附图说明

图1为本发明的包围控制原理示意图；

图2为本发明的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：

本发明为基于分布式控制，包围控制原理示意图如图1所示：其中终端1、终端2、和终端3分别探测目标1、目标2和目标3，每个相邻终端之间建立通讯连接，根据相邻终端探测的目标位置从而估算出目标几何中心的位置。

如图2所示，本发明的具体控制流程为：

步骤一：探测目标的位置信息。其中每个智能终端都能探测到自身对应的目标t时刻的位置信息。第i智能终端探测到的目标t时刻的位置信息为r_i(t)。

步骤二：经过与相邻的智能终端之间进行通信，以分布式的方式估算出整个目标集中心的位置信息。第i智能终端以分布式的方式估算出的目标群的几何位置中心为p_i(t)。其中p_i(t)的计算方法如下：

其中，是的对时间求导，α为非负数，α＞μ(n-1)且μ＞D⁺(r_i(t))，n为智能终端的数目。为中间变量。N_i为第i智能终端的相邻智能终端集合矩阵。

为了验证分布式的方式估算出整个目标集中心的位置信息就是目标集的位置中心，本发明采用了李雅普若夫方程的证明方法，具体步骤如下：

⑴设定合适的李雅普若夫方程，

⑵证明李雅普诺夫方程的稳定性，即可得

证得p_i(t)趋近

步骤三：各个智能终端根据自己所得的信息计算出目标到中心的矢量距离。第i智能终端第t时刻得到目标到目标集几何位置中心的矢量距离为r_i(t)-p_i(t)。

步骤四：包围目标。智能终端移动到能实现包围目标的特定位置处。假设第i智能终端第t时刻位置为y_i(t)。用一阶反馈控制算法实现智能终端实时跟踪，进而包围目标的目的。实现控制算法为：

${\stackrel{\·}{h}}_i\left(t\right)=-\[h_i\left(t\right)-\mathrm{\β}*r_i\left(t\right)\]$

其中h_i(t)＝y_i(t)-p_i(t)第i智能终端第t时刻到目标集几何位置中心的矢量距离为r_i(t)-p_i(t)。β＞1，β决定包围圈的大小。

需要强调的是，为了保证智能终端能跟踪上目标，本发明只针对低速移动的目标，对于高速移动目标可以采用二阶反馈控制算法。当|p_j(t)-p_i(t)|＝0时

本发明的创新之处：与传统的智能终端一致性算法比较，本发明的控制方法不只保证各个智能终端信息的一致性，还保证了其一致的信息是一个均值。将有限时间平均一致性算法应用于智能终端编队控制领域，基于有限时间平均一致性算法，实现目标群位置的几何中心的估计。不仅解决了对多个静态目标的跟踪包围，还有效的解决对多个动态目标的跟踪包围问题。

Claims (2)

1.一种控制多个智能终端包围目标的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.每个智能终端分别探测并获取与自身相对应的目标的位置信息；

b.每个智能终端均与相邻的智能终端进行通信，获取相邻智能终端探测到的对应目标的位置信息，并根据自身探测到的对应目标位置信息和相邻智能终端探测到的对应目标位置信息估算出目标集几何位置中心；所述估算出目标集几何位置中心为采用分布式的方式进行估算，具体方法为：

假设第i智能终端探测到的对应目标t时刻的位置信息为r_i(t)，则第i智能终端以分布式的方式估算出的目标集几何位置中心为p_i(t)，p_i(t)的计算方法为：

其中，α为非负数，α＞μ(n-1)且μ＞D⁺(r_i(t))，n为智能终端的数目，为中间变量，N_i为第i智能终端的相邻智能终端集合矩阵，p_j(t)为j智能终端估算出的目标集几何位置中心；

c.每个智能终端均根据目标集几何位置中心，分别确定自身对应的目标到目标集几何位置中心的距离矢量，然后确定自身到目标集几何位置中心的距离矢量；

d.所有智能终端根据自身到目标集几何位置中心的距离矢量调整自身位置实现包围。

2.根据权利要求1所述的一种控制多个智能终端包围目标的方法，其特征在于，步骤d中所述实现包围的具体方法为：

假设第i智能终端第t时刻位置为y_i(t)，用一阶反馈控制算法实现智能终端实时跟踪，控制方法为：计算第i智能终端移动目标位置其中h_i(t)＝y_i(t)-p_i(t)，第i智能终端第t时刻到目标集几何位置中心的矢量距离为r_i(t)-p_i(t)，β＞1，β为决定包围范围的参数，第i智能终端根据获得的目标位置进行移动。