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基于一致性的三维多无人机高精度编队控制策略 Article

Mao-de YAN, Xu ZHU, Xun-xun ZHANG, Yao-hong QU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第7期页码 968-977 doi: 10.1631/FITEE.1600004

摘要：本文提出了一种基于二阶一致性的多无人机编队控制策略，通过邻接通信，引入位置和速度协同变量来产生控制命令。提出了协同导航算法和协同控制算法，它们分别控制位置和姿态，联合二者可保持特定几何队形。整个编队系统包含三部分：六自由度无人机模型、协同导航算法、协同控制算法，编队控制策略是闭环和全状态的。协同导航算法是二阶一致性算法，给出期望的加速度、俯仰角速率和偏航角速率。协同控制算法综合考虑纵向和横侧向机动，通过推导状态方程来设计协同控制律。分析了编队的闭环稳定性，给出了稳定的充分必要条件。利用同步技术，抑制了位置数据中的测量误差，提高了控制精度。仿真中，三维编队飞行验证了所提编队控制策略的可行性和有效性。

关键词：多无人机；一致性；协同导航；协同控制；同步技术

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一种跟踪性能不占优的多无人机协同目标跟踪方法 Research Articles

郑之,蔡舜诚

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第10期页码 1334-1350 doi: 10.1631/FITEE.2000362

摘要：目标跟踪是无人机领域研究热点之一。本文针对无人机跟踪性能不占优，以及目标具有灵活、智能运动特征的情形，研究了多无人机协同目标跟踪问题。提出一种基于目标意图估计的多无人机协同跟踪策略。首先设计了一种具有降维和最大感知覆盖约束的轨迹特征提取方法，以降低无人机跟踪代价，并对目标典型的3类运动模式，根据环境和目标轨迹主要特征，设计了一种意图估计方法；然后，设计了一种在障碍物环境中基于最小可达距离和最小转角代价的MDA-Voronoi图，证明分析了目标被感知的概率；接着，设计了无人机的协同跟踪策略，以减小目标跟踪丢失的间隙，增加目标被感知的时间；通过纳什Q学习方法，在奖励函数中考虑了避障、跟踪代价、感知质量、飞行约束等因素，将最优动作策略作为无人机的控制输入。最后，通过仿真验证了本文方法能在无人机跟踪性能不占优的情况下提高跟踪质量。

关键词：协同跟踪；意图估计；MDA-Voronoi图；多无人机；性能不占优

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有向通信拓扑下具有姿态同步跟踪预设性能的多无人机分散式容错协同控制 Regular Papers

Zi-quan YU, Zhi-xiang LIU, You-min ZHANG, Yao-hong QU, Chun-yi SU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第5期页码 685-700 doi: 10.1631/FITEE.1800569

摘要：针对多无人机在有向通信拓扑中遭遇执行器故障问题，提出一种分散式容错协同控制方案。首先，利用神经网络对无人机模型中的固有非线性项和执行器效率下降故障所引起的未知非线性项进行估计。再次，设计可反映神经网络和干扰观测器复合估计能力的预测偏差，并将该预测偏差集成至所设计的容错协同控制方案中，以提升复合估计能力。最后，利用预设性能函数对姿态同步跟踪偏差进行变换，实现同步跟踪偏差预设性能控制。该控制方案的一个关键特征是多无人机本身的非线性项和与执行器故障有关的非线性项可被神经网络、干扰观测器、预测偏差组成的复合估计器较好地估计。另一个关键特征是姿态同步跟踪偏差被严格约束在预设性能界限内。仿真结果表明所设计控制方案有效。

关键词：容错控制；分散式控制；预设性能；无人机；神经网络；干扰观测器；有向拓扑

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一种新型的有向拓扑条件下普通线性多智能体系统的一致性协议 Article

Hao-liang LI, Ren-nong YANG, Qiu-ni LI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第8期页码 1071-1081 doi: 10.1631/FITEE.1601422

摘要：本文研究了普通线性多智能体系统在有向拓扑条件下的一致性问题。首先基于分布式PID（Proportional-integral-derivative）控制提出了一种新的一致性协议，然后通过变量转换将一致性问题转变为一个渐进稳定问题，通过状态投影方法给出了系统实现一致性的充分必要条件和一致性函数的显示表达式，然后构建Lyapunov函数，基于线性矩阵不等式（Linear matrix inequality, LMI）给出了一致性协议中增益矩阵的范围，最后通过两组实验来验证这种方法的优势。仿真结果表明了所提方法的有效性。

关键词：多智能体；一致性；PID（Proportional-integral-derivative）控制；线性矩阵不等式

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具有受控初始状态递归树的一致性分析及其拉普拉斯能量 Research Articles

洪美都,孙伟刚,刘苏雨,轩腾飞

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第6期页码 809-962 doi: 10.1631/FITEE.1900133

摘要：本文研究一类具有受控初始状态递归树的一致性问题。由拉普拉斯谱定义的网络一致性用于刻画含有噪声线性系统的一致性动力学。基于这类递归树的规则结构，得到拉普拉斯特征值连续两次迭代的递归关系，并由此得到一阶和二阶一致性的精确解。它们由所有非零拉普拉斯特征值的倒数和与平方和来定义。一阶和二阶一致性的幂律关于网络规模N分别为ln N和N。研究表明递归树初始节点数目越少，其一致性表现越好。最后，用数值例子研究一致性和拉普拉斯能量之间的关系，结果表明一阶和二阶一致性分别随拉普拉斯能量以指数和线性速率增长。

关键词：一致性；网络一致性；拉普拉斯能量

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中心节点距离对树状网络一致性的影响

李达权,孙伟刚,胡鸿翔

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第9期页码 1349-1356 doi: 10.1631/FITEE.2200400

摘要：本文研究了两个中心节点之间的距离对网络一致性的影响。网络一致性由拉普拉斯特征值所量化，可用来衡量线性系统对外部噪声的一致性程度。为获得网络一致性关于距离的精确表达式，选取一类由网络参数控制的具有两个中心节点的树状网络。利用其规则的拓扑结构，得到一致性关于网络参数和网络规模的解析表达式。证明两个中心节点距离越短，度的差异性越大，网络一致性越好。在相同网络规模和距离下，最大的中心节点度差异会导致最优的一致性。最后，建立了网络一致性与平均路径长度之间的联系，发现它们呈线性关系。

关键词：一致性距离平均路径长度

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基于离散系统滑模控制的有限时间领导—跟随一致性 Research Article

宋睿卓1,2,邢适1,2,许镇3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第7期页码 1057-1068 doi: 10.1631/FITEE.2100565

摘要：研究了离散时间二阶多智能体系统在外部干扰约束下的有限时间领导—跟随一致性问题。首先利用自适应滑模控制理论，设计了一种新的有限时间一致性方案。自适应控制律是在传统滑模趋近律基础上改进设计的，其优点是减少抖振并保持对干扰的不变性。此外，通过给出一个离散李雅普诺夫函数，证明了离散时间二阶多智能体系统的有限时间稳定性。最后，数值模拟结果验证了理论分析的有效性。

关键词：有限时间；领导—跟随一致性；自适应滑模控制；多智能体系统

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多智能体系统的二分异步脉冲跟踪一致性 Research Article

张玲忠1,李媛媛2,楼俊钢3,卢剑权4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第10期页码 1522-1532 doi: 10.1631/FITEE.2100122

摘要：

本文研究了多智能体系统如何通过实施异步脉冲控制输入实现分布式二分领导跟随一致性。所提出的异步脉冲控制方法不要求所有多智能体的脉冲信号同时发生。在领导者控制输入非零的情况下，得到了在闭环多智能体系统中实现二分异步脉冲跟踪一致性的充分条件。本文讨论了更广泛的异步脉冲效应范围。所设计的控制器反馈部分可有效对抗脉冲扰动。

关键词：二分追踪；多智能体系统；异步脉冲；一致性

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脉冲控制下具有动态加入特性的多智能体系统一致性 Research Articles

胡翔1,张祖凡1,李传东2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第1期页码 1-140 doi: 10.1631/FITEE.2000062

摘要：研究在原有多智能体系统中动态加入一些新智能体组后如何实现整个多智能体系统的状态一致性。分析在当前常见的不同网络拓扑形式下动态加入智能体组的可行性，并从理论上获得4种可行方案，其中一种方案在实际工业生产中是最佳的。然后，针对最佳方案进行多智能体系统的动力学建模。采用脉冲控制理论和李雅普诺夫稳定性理论，分析具有动态加入特性的多智能体系统实现状态一致的条件。最后，提供一个数值例子验证本文理论的实用性和有效性。

关键词：多智能体系统；网络拓扑；脉冲输入；动态加入特性；状态一致性

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多点协同传输机制下的多层无人机—地面异构网络覆盖性能分析 Research Article

王维昊,蒋逸凡,费泽松,郭婧

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第1期页码 61-72 doi: 10.1631/FITEE.2100310

摘要：为满足第六代移动通信的泛在连接需求，无人机作为未来通信网络主要组成部分发挥着关键作用。频谱共享和视距链路传输造成的干扰是无人机通信的一个主要问题。近年来，为减少无人机—地面异构网络干扰，提出多点协同传输技术。本文提出一个三维多层无人机—地面异构网络，其中无人机作为空中基站部署于不同高度。利用随机几何理论，提出一个易于处理的数学框架评估这个异构网络的干扰统计特性和覆盖概率。数值结果表明多点协同传输机制能有效缓解网络中的干扰，尤其当基站密度较大时。

关键词：无人机；泊松点过程；多点协同；干扰统计特性；覆盖性能

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基于多目标社会学习鸽群优化的多无人机避障控制 Research

阮婉莹1,段海滨1,2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第5期页码 649-808 doi: 10.1631/FITEE.2000066

摘要：提出多目标社会学习鸽群优化（MSLPIO）方法，将其应用于无人机编队避障控制。该算法特点在于，每只鸽子在更新过程中并非向全局最优的鸽子学习，而是学习比自己占优的任何鸽子。此外，为避免参数设置的盲目性，采用维数相关的参数设置方法。本文模拟了5架飞机在复杂障碍环境下的飞行过程，实验结果验证了该方法的有效性。与改进的多目标鸽群优化算法和改进的非占优排序遗传算法相比，MSLPIO具有更好的收敛性。

关键词：无人机；避障；鸽群优化；多目标社会学习鸽群优化

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面向离散多智能体系统一致性问题的自触发鲁棒分布式模型预测控制方法 Research Articles

李佳琦1,王庆领2,苏延旭2,孙长银

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第8期页码 1068-1079 doi: 10.1631/FITEE.2000182

摘要：针对一类有界加性扰动下的非线性离散多智能体系统一致性问题，提出一种基于自触发鲁棒分布式模型预测控制的一致性算法。首先构造了一个新的代价函数，多智能体系统通过该函数进行耦合控制。为克服加性扰动，利用每个智能体的模型预测控制器迭代求解最坏情况下的局部最小—最大优化问题。然后，给出保证算法迭代可行性和闭环多智能体系统达到一致性的充分条件。对于每个智能体，设计了兼容性约束和一致性误差终端域。最后，通过仿真算例验证了所提算法的有效性和正确性。

关键词：一致性；自触发控制；分布式模型预测控制

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输入饱和下多智能体系统最优一致性控制：一类非零和博弈方法 Research Article

李洪阳1,2,魏庆来1,2,3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第7期页码 1010-1019 doi: 10.1631/FITEE.2200010

摘要：本文针对输入饱和下的多智能体系统，提出一种最优一致性控制方法。引入多智能体博弈理论，将最优一致性控制问题转化为多智能体非零和博弈。理论分析显示迭代控制律收敛到Nash平衡。仿真实验验证了所提方法的有效性。

关键词：最优一致性控制；多智能体系统；非零和博弈；自适应动态规划；输入饱和；脱策强化学习；策略迭代

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MGEX轨道与钟差产品的一致性 Article

Peter Steigenberger, Oliver Montenbruck

《工程（英文）》 2020年第6卷第8期页码 898-903 doi: 10.1016/j.eng.2019.12.005

摘要：

国际全球导航卫星系统（GNSS）服务的多GNSS试点项目的分析中心，为全球导航卫星系统，如全球定位系统（GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo）、北斗卫星导航系统由于改进了太阳辐射压模型和其他更复杂的模型，近年来这些产品的一致性得到了提高。目前，不同分析中心之间GPS轨道一致性为几厘米，GLONASS和Galileo轨道一致性约为1 dm，北斗二号卫星导航系统（BeiDou-2）轨道一致性为几分米，QZSS轨道一致性为数分米。钟差一致性方面，GPS约为2 cm，GLONASS和Galileo约为5 cm，BeiDou-2约为10 cm。在用于精密单点定位的载波相位建模误差方面，各种产品的一致性分别为GPS 2~3 cm、GLONASS 6~14 cm、Galileo 3~10 cm以及BeiDou-2 10~17 cm。

关键词：全球导航卫星系统国际GNSS服务多GNSS试点项目精密轨道确定卫星钟差参数

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基于一致性哈希算法的低能耗共识协议 Research Article

Lei Yu, Xiao-fang Zhao, Yan Jin, Heng-yi Cai, Bo Wei, Bin Hu,yulei@ncic.ac.cn

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第10期页码 1361-1377 doi: 10.1631/FITEE.1800119

摘要：当前区块链共识协议在去中心化、安全性和能耗方面存在“三难”优化困境。针对这个问题，基于一致性哈希算法，设计了两个新的区块链共识协议，分别为CHB-consensus和CHBD-consensus。在创建新块时，诚实矿工不再需要付出海量竞争性算力，且该新区块可获取整个区块链网络公平验证及确认共识协议。恶意矿工则必须付出海量算力资源才能攻击新区块，以创建特权或实现“双花”。由CHB-consensus和CHBD-consensus共识形成的区块链网络基于与比特币系统相同的安全性假设，在节省海量电力的同时，不会牺牲去中心化和安全性。CHB-consensus和CHBD-consensus共识引入数字身份证书管理机构（CA），CA对区块链网络或区块链数据结构没有特殊管理权或控制权，但依据CA系统信誉和可靠性，存在一定隐私泄露风险。最后，分析了CHB-consensus和CHBD-consensus共识的鲁棒性和能耗，并通过理论推导证明它们的优势。

关键词：区块链；共识协议；一致性哈希；低能耗；去中心化