致來(lái)實(shí)現(xiàn)多運(yùn)動(dòng)體 的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0017] 具體的講，該方法包括如下步驟：
[0018] (1)將全局坐標(biāo)系下第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的目標(biāo)超楠球面、期望簡(jiǎn)單凸閉軌道W及運(yùn)動(dòng)體 動(dòng)態(tài)在超二次曲面中屯、坐標(biāo)系下重新表示；
[0019] (2)將目標(biāo)超楠球面擴(kuò)展為關(guān)于曲面函數(shù)的等值超楠球面簇；
[0020] (3)由曲面函數(shù)計(jì)算第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體到目標(biāo)超楠球面的距離，設(shè)計(jì)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體沿目 標(biāo)超楠球面法向量上的控制力，實(shí)現(xiàn)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的曲面登陸；
[0021] (4)計(jì)算第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體到期望簡(jiǎn)單凸閉軌道平面的距離，設(shè)計(jì)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體沿期望 簡(jiǎn)單凸閉軌道平面法向量上的控制力，實(shí)現(xiàn)第i個(gè)的軌道跟蹤；
[0022] (5)設(shè)計(jì)協(xié)同環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸，計(jì)算第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角，設(shè)計(jì)第i個(gè) 運(yùn)動(dòng)體沿旋轉(zhuǎn)方向上的控制力，實(shí)現(xiàn)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0023] 其中所述的超楠球、軌道和運(yùn)動(dòng)體動(dòng)態(tài)是在超二次曲面中屯、坐標(biāo)系下描述的。
[0024] 所述步驟(1)具體包括如下步驟：
[0025] (11)建立全局坐標(biāo)系和超二次曲面中屯、坐標(biāo)系間的齊次坐標(biāo)變換矩陣；
[0026] (12)在超二次曲面中屯、坐標(biāo)系下重新描述各個(gè)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體對(duì)應(yīng)的目標(biāo)超楠球 面、期望簡(jiǎn)單凸閉軌道W及運(yùn)動(dòng)體動(dòng)態(tài)。
[0027] 所述步驟(2)具體包括如下步驟：
[00%] (21)通過同屯、壓縮的方式擴(kuò)展目標(biāo)超楠球面，將目標(biāo)超楠球面擴(kuò)展為一組等值超 楠球面簇；
[0029] (22)根據(jù)曲面的正則性，確定第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)范圍；
[0030] (23)在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)構(gòu)建第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的曲面函數(shù)，使擴(kuò)展出的一組等值超楠球面 簇可W由曲面函數(shù)取不同的值來(lái)表示。
[0031] 所述步驟(3)具體包括如下步驟：
[0032] (31)由第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的位置和對(duì)應(yīng)的曲面函數(shù)，計(jì)算第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體到目標(biāo)超楠球面 的曲面距離誤差；
[0033] (32)由曲面距離誤差對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，計(jì)算曲面距離誤差的變化量；
[0034] (33)根據(jù)曲面距離誤差及其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，設(shè)計(jì)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體沿目標(biāo)超楠球面法 向量上的控制力。
[0035] 所述步驟(4)具體包括如下步驟：
[0036] (41)由第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的位置，計(jì)算第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體到期望簡(jiǎn)單凸閉軌道平面的平面距 離誤差；
[0037] (42)由平面距離誤差對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，計(jì)算平面距離誤差的變化量；
[0038] (43)根據(jù)平面距離誤差及其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，設(shè)計(jì)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體沿期望簡(jiǎn)單凸閉軌 道平面法向量上的控制力。
[0039] 所述步驟(5)具體包括如下步驟：
[0040] (51)由目標(biāo)超楠球面和期望簡(jiǎn)單凸閉軌道平面，設(shè)計(jì)協(xié)同環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸，并 規(guī)定初始旋轉(zhuǎn)角；
[0041] (52)由第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體的位置和速度，計(jì)算第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角；
[0042] (53)根據(jù)編隊(duì)要求確定廣義旋轉(zhuǎn)角與旋轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算廣義旋轉(zhuǎn)角及其 對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；
[0043] (54)由信息交互得到的相鄰運(yùn)動(dòng)體的信息，設(shè)計(jì)第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體沿旋轉(zhuǎn)方向上的控 制力。
[0044] 有益效果:本發(fā)明提供的多層環(huán)繞編隊(duì)包圍的幾何設(shè)計(jì)方法，具有簡(jiǎn)單可靠、精度 較高W及便于實(shí)際運(yùn)用的特點(diǎn)，可用于多運(yùn)動(dòng)體協(xié)同信息采集等復(fù)雜任務(wù)。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1為坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和超二次曲面中屯、坐標(biāo)系下描述的超楠球面、軌道和運(yùn)動(dòng)體動(dòng) 態(tài)；
[0046] 圖2為信息交互拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的雙向圖和有向圖；
[0047] 圖3為Ξ個(gè)同屯、超楠球表面、旋轉(zhuǎn)軸相同的期望軌道上的編隊(duì)示意；
[004引圖4為Ξ個(gè)運(yùn)動(dòng)體角隊(duì)形運(yùn)動(dòng)在同屯、超楠球表面的同屯、軌道上；
[0049] 圖5為同屯、壓縮擴(kuò)張目標(biāo)楠球面得到的等值楠球面簇；
[0050] 圖6為多層環(huán)繞編隊(duì)包圍運(yùn)動(dòng)的幾何設(shè)計(jì)流程圖。
[0051 ] W上的圖中有：〇廣全局坐標(biāo)系的原點(diǎn)；X廣全局坐標(biāo)系的X軸；y廣全局坐標(biāo)系的y 軸;ZI-全局坐標(biāo)系的Z軸;Ou-超二次曲面中屯、坐標(biāo)系的原點(diǎn);Xu-超二次曲面中屯、坐標(biāo)系的 X軸;yis-超二次曲面中屯、坐標(biāo)系的y軸;Zis-超二次曲面中屯、坐標(biāo)系的Z軸;Qi-超二次曲面中 屯、坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的變換矩陣；終I-全局坐標(biāo)系到超二次曲面中屯、坐標(biāo)系的變換矩 陣；Pii-第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體在全局坐標(biāo)系下位置向量;vii-第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體在全局坐標(biāo)系下速度向 量;Pi-第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體在超二次曲面中屯、坐標(biāo)系下位置向量;Vi-第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體在超二次曲面中 屯、坐標(biāo)系下速度向量；W -第1個(gè)運(yùn)動(dòng)體;V;-第2個(gè)運(yùn)動(dòng)體;V;-第3個(gè)運(yùn)動(dòng)體；W-第4個(gè)運(yùn)動(dòng) 體;K-第5個(gè)運(yùn)動(dòng)體;Di-第i個(gè)運(yùn)動(dòng)體對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸;VI-第1個(gè)運(yùn)動(dòng)體的速度;V2-第2個(gè)運(yùn)動(dòng) 體的速度;V廠第3個(gè)運(yùn)動(dòng)體的速度;P0-目標(biāo)超楠球面上點(diǎn)到其中屯、的長(zhǎng)度;Ni-垂直超球面 的方向；C-擴(kuò)張的長(zhǎng)度;-C-壓縮的長(zhǎng)度;λ廣軌道函數(shù)；巧-擴(kuò)張 C得到的曲面;壓縮-C得 到的曲面。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0053] 圖6是本發(fā)明的設(shè)計(jì)流程圖，由模塊Ρ1、Ρ2、Ρ3、Ρ4、Ρ5、Ρ6和Ρ7構(gòu)成，各模塊敘述如 下：
[0化4]第一部分:模塊Ρ1
[0055]由于本發(fā)明設(shè)計(jì)控制律針對(duì)是超二次曲面中屯、坐標(biāo)系下描述的超楠球面、軌道和 運(yùn)動(dòng)體動(dòng)態(tài)。而實(shí)際中無(wú)論是目標(biāo)超楠球面和期望軌道，還是運(yùn)動(dòng)體的動(dòng)態(tài)經(jīng)常是在全局 坐標(biāo)系下給出的。模塊Ρ1用于實(shí)現(xiàn)全局坐標(biāo)系和超二次曲面中屯、坐標(biāo)系間的變換。
[0化6] 如圖1所示的是通過坐標(biāo)系平移和旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)全局坐標(biāo)系Wi= {〇1，xi，yi，ζι}和超二 次曲面中屯、坐標(biāo)系間的變換。通過坐標(biāo)系變換矩陣化，可W將全局坐標(biāo)系下描述的超楠球 面、軌道和運(yùn)動(dòng)體動(dòng)態(tài)變換到超二次曲面中屯、坐標(biāo)系下重新描述。模塊P1具體按下列步驟 實(shí)現(xiàn)：
[0057]第一步:將全局坐標(biāo)系的原點(diǎn)01平移到目標(biāo)超楠球的中屯、ois，得到坐標(biāo)平移矩陣
[0化引
[0059] 旋轉(zhuǎn)全局坐標(biāo)系的{XI，yi，ZI}使其與超二次曲面中屯、坐標(biāo)系的{xis，yis，zis} -致， 得到旋轉(zhuǎn)矩陣
[0060] Qir= [；Tii,r2i，r2i]T。
[0061] 計(jì)算慣性坐標(biāo)系到軌道坐標(biāo)系的坐標(biāo)系變換矩陣化和逆矩陣谷^1
[0062] '1
[0063]
[0064] 第二步：由坐標(biāo)系變換矩陣Qi，全局坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)Pil = [Pilx，Pily，Pily ]哺 速度乂^=[乂化，乂咖乂曲巧尤可^在超二次曲面中屯、坐標(biāo)系中重新描述，計(jì)算公式如下：
[00 化]
[0066]
[0067]由轉(zhuǎn)化后的在超二次曲面中屯、坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，代入全局坐標(biāo)系下超楠球的 描述方程，我們可W得到超二次曲面中屯、坐標(biāo)系中超楠球巧W及與巧相交平面PiO的描述 方程
[006引
[0069] /;i, p;) = 〇
[0070] 其中，ail和ai2是赤道半徑（沿著xis和yis軸），ai3是極半徑（沿著zis軸），Eii和ε?2分 別為東-西和南-北指數(shù)，Bi是平面法向量，托是平面Pio中任意一固定點(diǎn)。進(jìn)而，超楠球表面 上的期望軌道巧?？蒞用超楠球巧方程和平面Pio方程聯(lián)列表示
[0071]
[0072] 第二部分:模塊P2
[0073] 如圖5所示，超二次曲面中必坐標(biāo)系下描述的超楠球面瑞。在瑞附近，將瑞上的每 一點(diǎn)沿著過該點(diǎn)垂直超楠球面的方向平移(壓縮和擴(kuò)張)不同的實(shí)數(shù)、，我們可W得到不同 的超楠球面(如:巧和巧）。模塊P2具體按下列步驟實(shí)現(xiàn)：
[0074] 第一步，在巧附近，將巧上的每一點(diǎn)沿著過該點(diǎn)垂直超楠球面的方向（超楠球面 的法方向)Ni平移不同的實(shí)數(shù)λι得到擴(kuò)展后的超球面孩^，即
[0075]
[0076] 第二步，由擴(kuò)展后的球面需滿足正則條件，我們選擇第i的可運(yùn)動(dòng)范圍Ωι為空間 中所有滿足-Pi<、<e<〇〇點(diǎn)的集合。
[0077]第Ξ步，由于集合Ωι中的每一點(diǎn)都屬于Ωι中的一個(gè)擴(kuò)展超楠球面，我們可W在 Qi上構(gòu)建曲面函數(shù)
[007引
[0079] 進(jìn)而，Ω巧W表示為Ω i= {piEWoi I -Pi<fis(Pi)<e}，其中化為目標(biāo)超楠球面上各 點(diǎn)到其中屯、的最短距離。巧是關(guān)于曲面函數(shù)fis的一條