[发明专利]基于通信规划机制的分布式优化控制的信号源定位方法

说明书

本发明涉及一种基于通信规划机制的分布式优化控制的信号源定位方法。本发明首先给出通信规划机制，使得机器人有规划的完成通信，节省通信资源，同时延长控制器寿命。然后，设计了固定时间分布式优化方法，该方法不但能够使多机器人系统在给定时间间隔内完成编队，而且，对于信号源定位问题，能够使多机器人系统快速定位信号源。因此，对比传统控制方法，本发明能够在固定的实际间隔内完成编队，不受机器人初始位置的影响，而且能够产生光滑轨迹追踪信号线索并快速定位信号源，具有较高的定位精度，同时，优化了网络通信，节省了通信资源，延长了控制器的寿命。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种基于通信规划机制的分布式优化控制的信号源定位方法。

背景技术

多机器人的分布式优化控制是智能协同控制领域中的基本问题。通过实现多机器人分布式优化控制，能够使多机器人完成环境监测、传感器定位、遇险营救等复杂的协同任务。这些问题都可以归类为信号源定位问题。信号源定位首先要考虑定位的准确性，可以采用多机器人系统协同定位信号源，使用分布式优化控制方法，能更好地避免使用全局信息，从而改善多机器人协同控制的稳定性和鲁棒性，提高定位精度。同时多机器人协同信号源定位方法在能量消耗方面是巨大的，现有机器人之间频繁的数据通信会引起很多不必要的数据传输，造成资源的浪费，控制器连续地更新，会增加控制器的更新负担，从而减少机器人系统的使用寿命，也会对信号源定位产生较大的影响。

发明内容

本发明的目标是针对信号源定位中现有技术的不足之处，提供了一种有效地搜索与定位信号源方法，使得多机器人系统提高定位精度，也能在通信资源有限的情况下，仍能有效协同并长时间工作。根据信号源的可能位置，设计一种基于通信规划机制的分布式优化控制的信号源定位方法，控制机器人向着估计的信号源位置移动。因为采用了通信规划方案，可以减轻通信负担，而且减少控制信号的更新次数，从而优化网络通信，延长控制器寿命。而且在信号源定位的过程中，采用了分布式优化的方法，能够有效提高定位的准确性。

本发明采用的基于通信规划机制的多目标优化方法可以有效地保证多机器人系统更好地搜索与定位信号源位置。

对于第i个机器人，i=1,2,…,n，n是机器人的数量,该方法的具体步骤如下：

步骤一：预测信号源的位置；

s1.1、首先产生 N个粒子，使它们能够均匀地分布在搜索范围内。

s1.2、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收到的信号强度O_m(i,t)，如（1）式所示：

O_m(i,t)=l(x_i(t),p_m(i,t))+R^0.5*rand （1）

其中：O_m(i,t) 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_i(t)表示第 i个机器人的位置，p_m(i,t)是第m个粒子在第t时刻的位置,rand是[0,1]的随机数；R为噪声的方差，l( )是信号强度模型。

s1.3、根据（1）式，计算第m个粒子的权重：

w_m(i,t)=1/(2πR)^0.5exp(-(O_r(i,t)-O_m(i,t))²/2R) （2）

其中：w_m(i,t)是第m个粒子的权重；O_r(i,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。

s1.4、进行归一化权重的计算

（3）