一种无人系统集群协同模式反演辨识方法

本发明属于模式识别与智能系统，尤其涉及一种无人系统集群协同模式反演辨识方法。

背景技术：

1、在无人系统集群中，协同模式决定了各无人系统的行为决策(或控制律)。反演辨识集群的协同模式，可以解释、预测或模仿其行为，实现经验知识建模或迁移，还可以应用于“人在回路”智能。

2、现有反演辨识方法多种多样，其中逆最优控制方法具有高效、可靠、可解释等优势，但典型的逆最优控制方法往往只考虑观测噪声或过程噪声，难以同时兼顾两者，或对噪声的统计特性有较强的假设。集群时变行为决策的协同模式识别，通常依赖于闭环信息结构的反演算法，但现有的闭环反演算法一般假设性能指标函数中的一次项已知(或者可忽略)，对含未知意图的动态智能系统辨识效果不理想。

3、因此，亟需一种先进的识别方法对无人系统集群协同模式进行反演辨识。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明提出一种无人系统集群协同模式反演辨识方法,该方法能够实现决策权重与目标状态的联合反演辨识。

2、实现本发明的技术方案如下：

3、一种无人系统集群协同模式反演辨识方法，具体过程为：

4、采集无人系统集群的状态和输入，并基于系统动力学参数，构建二次型性能指标最优控制决策模型，获得所述二次型性能指标最优控制决策模型对应的线性方程组，基于所述方程组解出权重矩阵和目标状态；

5、所述二次型性能指标最优控制决策模型基于目标状态进行构建，所述目标状态dk+1表示为：

6、

7、

8、

9、其中，表示目标状态的系统矩阵和激励矩阵，表示定常输入，表示目标状态转移矩阵，d0表示目标状态初值。

10、进一步地，本发明二次型性能指标最优控制决策模型为：

11、

12、将意图向量qk+1表示为：qk+1＝-qdk+1；

13、其中，是无人系统集群的状态和输入，q,r是权重矩阵；

14、xk+1＝axk+buk+wk

15、其中，a,b是系统动力学参数,wk表示均值为零、二阶矩有界的过程噪声。

16、进一步地，本发明二次型性能指标最优控制决策模型为：

17、

18、ek+1＝xk+1-dk+1,k＝0,1,…,k

19、其中，是无人系统集群的状态和输入，q,r,是权重矩阵。

20、xk+1＝axk+buk+wk

21、其中，a,b是系统动力学参数,wk表示均值为零二阶矩有界的过程噪声。

22、进一步地，本发明所述线性方程组为riccati线性方程组，具体表示为：

23、

24、式中，ηk+1是中间变量，当k＝k的时候ηk+1＝qk+1。

25、进一步地，本发明在基于所述方程组解出权重矩阵、目标状态初值及定常输入，然后求解出目标状态dk+1。

26、进一步地，本发明所述在求解方程组的基础上，所述最优控制决策模型的闭式解表示为

27、

28、

29、

30、pk+1＝q,ηk+1＝qk+1

31、可选的，本发明所述最优控制决策模型的闭式解中，将所述更新为

32、有益效果：

33、第一，本发明对目标状态的表示方式进行设计，给出了动态一次项参数的通用辨识方法，能够处理某些含有未知时变目标的系统。

34、第二，本发明能实现决策权重与目标状态的联合反演辨识，适用范围更广，能处理无人系统集群含未知意图信息的情形。

35、第三，本发明能兼顾观测噪声与过程噪声的影响，在它们均值为零且二阶矩有界的情况下，不依赖噪声的其他先验知识就能得到统计一致的理论结果。

36、第四，本发明是一种线性方法，能提供高精度的结果，计算速度优于传统方法。

技术特征：

1.一种无人系统集群协同模式反演辨识方法，其特征在于，具体过程为：

2.根据权利要求1所述无人系统集群协同模式反演辨识方法，其特征在于，二次型性能指标最优控制决策模型表示为：

3.根据权利要求1所述无人系统集群协同模式反演辨识方法，其特征在于，二次型性能指标最优控制决策模型表示为：

4.根据权利要求2或3所述无人系统集群协同模式反演辨识方法，其特征在于，所述线性方程组为riccati线性方程组，具体表示为：

5.根据权利要求4所述无人系统集群协同模式反演辨识方法，其特征在于，在基于所述方程组解出权重矩阵、目标状态初值及定常输入，然后求解出目标状态dk+1。

6.根据权利要求4所述无人系统集群协同模式反演辨识方法，其特征在于，所述在求解方程组的基础上，所述最优控制决策模型的闭式解表示为

7.根据权利要求6所述无人系统集群协同模式反演辨识方法，其特征在于，所述最优控制决策模型的闭式解中，将所述更新为

技术总结
本发明提供一种无人系统集群协同模式反演辨识方法，具体过程为：采集无人系统集群的状态和输入，并基于系统动力学参数，构建二次型性能指标最优控制决策模型，获得所述二次型性能指标最优控制决策模型对应的线性方程组，基于所述方程组解出权重矩阵和目标状态；该方法能够实现决策权重与目标状态的联合反演辨识。

技术研发人员：俞成浦,李尧,程仁硕,方浩,邓方,陈杰
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29