基于合作博弈的智能集群自主聚集研究

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1、基于合作博弈的智能集群自主聚集研究收稿日期：2015-基金项目：国家863计划资助项目(2014AA7041002)作者简介：王训（1989-），男，湖南常德人，博士研究生，Email:wangxun1989@mail.tsinghua.edu.cn王兆魁（通信作者），男，副教授，博士生导师，Email:wangzk@tsinghua.edu.cn王训1王兆魁2张育林1,2（1.国防科学技术大学航天科学与工程学院，长沙410073；2.清华大学航天航空学院，北京100084）摘要：以无人车集群系统协同监视再入体着靶过程为任务背景，开展智能集群自组织策略相关技术研究。设计了无人车

2、集群执行再入体着靶协同监视的集群行为模式，针对协同监视过程中的集群聚集行为，提出了基于合作博弈的智能集群自主聚集策略，各智能体以实现群体聚集为“合作目标”，以降低自身能量消耗为“竞争目标”，开展博弈，基于微粒群算法规划局部路径，最终使群体系统涌现出聚集行为。仿真实验验证了设计的自主聚集策略的有效性。关键词：智能集群，无人车，再入体，合作博弈，自主聚集中图分类号：TP181文献标志码：A文章编号：ResearchofIntelligentSwarm’sAutonomousAggregationBasedonCooperativeGameWangXun1WangZhaokui2Zh

3、angYulin1,2（1.CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073;2.SchoolofAerospace,TsinghuaUniversity,Beijing10084）Abstract:Unmannedgroundvehicleswarmisproposedtomonitortheprocessofreentryvehiclelanding.Techniquesaboutintelligentswarmself-organizin

4、gstrategyareresearched.Swarmbehaviorpatternsaboutunmannedvehicleswarmcollaborativelymonitoringtheprocessofreentryvehiclelandingaredesignedandtheswarmself-organizingstrategybasedoncooperativegameispresented.EachAgentregardsachievingswarmaggregationandsavingenergyastopgoalandcarriesoutgaming.F

5、inallyParticleSwarmOptimizationisusedtoprogramlocalpathandaggregationbehaviorbecomereality.Simulationexperimentprovetheeffectivenessoftheautonomousaggregationstrategy.Keywords:IntelligentSwarms,unmannedvehicle,reentryvehicle,cooperativegame,autonomousaggregation蜂群、蚁群、鸟群是自然界中十分普遍的生物集群现象，集群中个体

6、微不足道，它们却能通过彼此交互，自组织工作，使群体涌现出各种复杂行为，集群的能力远远超过单个个体的能力，甚至超过个体能力简单数量上的叠加[1,2]。源于对自然界生物集群的启发，国内外众多学者和研究机构在对单机器人系统、多机器人系统研究的基础上，开始了对群体机器人系统的研究，美国国家航天局提出了自主纳卫星集群（TheAutonomicNanoTechnologySwarm，ANTS）计划，将利用1000颗航天器组成的群体对位于火星和木星轨道之间小行星带进行探测[3]。在美国国防部先进研究项目局的支持下，美国宾夕法尼亚州费城大学提出了一种自适应自主空/地机器人群组，通过形成立体视觉

7、网络，实现对城市环境下各种目标的探测[4]。再入体着靶过程监视是火箭装备研制、定型过程中的关键环节，由于再入体着靶时散布区域大、落点存在偏差，因此固定式的远距离探测系统无法及时准确的捕获着靶过程。借鉴生物集群和群体机器人系统的研究成果，开展无人车集群系统执行再入体着靶过程监视的研究，无人车集群携带多传感器设备，在再入体着靶过程中，通过机动探查、抵近监视、协同观测，获取再入体运动轨迹、几何外形、信号、光学等基本特征。本文重点探讨无人车集群的自组织策略，包括各种组织方式、信息交互方式、进化机制等