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[发明专利]一种基于强化学习的无人飞行器自主编队智能控制方法-CN202210369183.9在审
发明人：张淼;赵红波;李凯;张鹏;吴森堂;康鹏斌;冯卓;王彤;张杰 -专利权人：北京航空航天大学;北京控制与电子技术研究所
申请日： 2022-04-08 - 公布日： 2022-07-29 - 主分类号： G05D1/10 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于强化学习的无人飞行器自主编队智能控制方法，应用于多无人机系统。本发明方法首先构建多无人飞行器系统模型，确定多无人飞行器协同编队的任务目标；然后基于MADDPG框架构建自主编队协同控制器，布置在每个跟随无人飞行器上；自主编队协同控制器包括基于策略梯度的编队行为者网络和编队目标行为者网络，以及基于值的编队评价者网络和编队目标评价者网络；行为者网络允许单个智能体策略网络的优化过程使用邻居节点的观测信息，训练完成之后每个智能体以分散的方式行动，本发明方法可实现多飞行器智能协同编队，共同完成特定的队形保持、冲突协调以及避免碰撞等协同问题，提高采样效率，适用于大规模的多智能体系统。
一种基于强化学习无人飞行器自主编队智能控制方法

[发明专利]一种面向分簇多智能体网络的任务分配方法-CN202210369927.7在审
发明人：张淼;李凯;张鹏;赵红波;吴森堂;康鹏斌;冯卓;王彤;张杰 -专利权人：北京航空航天大学;北京控制与电子技术研究所
申请日： 2022-04-08 - 公布日： 2022-07-08 - 主分类号： G06Q10/10 文献下载
摘要：本发明提出了一种面向分簇多智能体网络的任务分配方法，属于多智能体任务分配领域；具体为：首先，根据任务需求和智能体属性，计算每个智能体的自身价值和辅助价值，高价值成员确定为每个智能体群内的候选执行者；然后，计算每个群在任务分配中的自身价值和综合价值，综合价值最高的群分配为任务的责任群；计算邻居群的辅助价值，并将辅助价值高的邻居群分配到任务的辅助群；最后，分配成功后执行任务，并根据任务执行情况进行信誉奖励。本发明能够有效提高大规模多智能体系统的任务分配成功率和综合效能，实现高质量的协同效果。
一种面向分簇多智能网络任务分配方法

[发明专利]基于参数辨识的分离控制方法-CN201810617157.7有效
发明人：魏振岩;魏毅寅;吴森堂;姚德清;尤伟帅;姜丽敏;覃鹤宏;王昊;徐宝华 -专利权人：北京空天技术研究所
申请日： 2018-06-15 - 公布日： 2021-11-12 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明提出一种基于参数辨识的分离控制方法，建立纵向被控对象模型；基于所述建立的模型设计控制策略，包括：基于等俯仰角速度指令设计攻角指令剖面，并根据所述攻角指令剖面生成攻角指令以用于对被控对象进行控制；设计第一状态观测器和第二状态观测器观测被控对象以辨识出被控对象所处的稳定零控平衡态；以及设计所述第一状态观测器还用于对被控对象进行稳定控制；在被控对象进入稳定零控平衡态之后，将攻角指令切换为进入稳定零控平衡态初始时刻所对应的攻角指令处。本发明的控制方法有效实现对飞行器稳定平衡态的辨识及稳定控制，避免了现有辨识方法出现的算法不收敛和实时性差的问题。
基于参数辨识分离控制方法

[发明专利]基于参数辨识的分离控制器-CN201810617193.3有效
发明人：魏振岩;魏毅寅;吴森堂;姚德清;尤伟帅;姜丽敏;覃鹤宏;王昊;徐宝华 -专利权人：北京空天技术研究所
申请日： 2018-06-15 - 公布日： 2021-11-12 - 主分类号： G05D1/08 文献下载
摘要：本发明提出一种基于参数辨识的分离控制器，包括反馈控制器，指令生成器和状态观测器组；指令生成器根据基于等俯仰角速度指令设计的攻角指令剖面生成攻角指令并输入反馈控制器；状态观测器组包括第一状态观测器和第二状态观测器，用于对被控对象进行观测并输入指令生成器，第一状态观测器还将其观测结果作为反馈控制器的输入；在控制过程中，第一状态观测器和第二状态观测器辨识出被控对象所处的稳定零控平衡态；指令生成器确定出该平衡态到达的初始时刻，在该时刻之后，将生成的攻角控制指令切换到平衡态攻角控制指令处。本发明的控制器有效实现对飞行器稳定平衡态的辨识及稳定控制，避免了现有辨识方法出现的算法不收敛和实时性差的问题。
基于参数辨识分离控制器

[发明专利]一种基于绝对二次曲线像的相机自标定方法-CN201810683275.8有效
发明人： 吴森堂;刘文磊 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2018-06-28 - 公布日： 2021-09-24 - 主分类号： G06T7/80 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于绝对二次曲线像的相机自标定方法，属于图像处理和相机标定技术领域。所述方法具体为：提取特征点和特征直线，计算消影点、消影线以及虚圆点的像；根据消影点和虚圆点的像，计算绝对二次曲线的像并求出相机的内参数矩阵，利用旋转矩阵的正交特性计算旋转矩阵，利用相机中心在世界坐标系中的位置计算平移向量；利用透视投影模型计算的消影线与通过消影点拟合得到的消影线进行对比计算相机的欧拉角；利用归一化算法来求解基本矩阵，确定不同图像之间的约束关系，完成相机自标定。本发明的优点在于设计一种新的靶标，使用该靶标进行标定简单方便实用，具有广泛的实用性，提高了数据处理的精确度，减少坐标变换对数据的影响。
一种基于绝对二次曲线相机标定方法

[发明专利]一种基于鲁棒控制的飞行器多约束协同制导方法-CN202010651917.3有效
发明人： 吴森堂;李凯;胡常青;吴钟博 -专利权人：北京航空航天大学;北京航天控制仪器研究所;博翱经纬（天津）科技有限公司
申请日： 2020-07-08 - 公布日： 2021-07-02 - 主分类号： G05D1/12 文献下载
摘要：本发明提出了一种基于鲁棒控制的飞行器多约束协同制导方法，属于协同制导控制领域；具体为：首先，构建每个飞行器的数学模型，并设计每个飞行器的控制律进行优化；然后，将每个飞行器向目标飞近，利用比例导引法得到各飞行器的剩余飞行时间，并计算平均值为基准，利用各飞行器的相对时间误差计算各飞行器的偏置项；利用偏置项计算各飞行器纵向过载和侧向过载的期望值带入优化后的控制律中，得到每个飞行器的各舵面偏转角度；最后，各飞行器按照偏转角度将各个舵面进行偏转，同时，根据相对时间误差调整自身的飞行状态，实现多飞行器同时到达目标。本发明能够有效提高多飞行器编队的协同制导效能，实现高质量的协同制导控制效果。
一种基于鲁棒控制飞行器约束协同制导方法

[发明专利]一种基于势博弈的飞行器自主编队方法-CN201810745368.9有效
发明人：贾翔;李珂;吴森堂;张美薇;王旭 -专利权人：北京电子工程总体研究所
申请日： 2018-07-09 - 公布日： 2021-06-04 - 主分类号： G05D1/10 文献下载
摘要：本发明公开一种基于势博弈的飞行器自主编队方法，包括：根据飞行器编队原则构建飞行器势博弈群体利益函数；根据每个飞行器获取的信息和群体利益函数构建势博弈个体利益函数；根据分布式原则定时更新飞行器信息以使群体利益和个体利益趋于最优。本发明在通信链路存在丢包情况下，提出一种基于势博弈和编队原则的飞行器自主编队分布式协同决策方法，充分考虑了个体利益和个体信息的本地化，同时兼顾群体利益的优化，可以保证较大规模的高动态飞行器自主编队在具有一定信息不确定性、组网通信存在丢包的条件下分布式地实现动态目标分配。
一种基于博弈飞行器自主编队方法

[发明专利]一种基于因子图的逆深度估计方法-CN201910389137.3有效
发明人： 吴森堂;刘文磊;李凯 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2019-05-10 - 公布日： 2021-05-04 - 主分类号： G06T7/55 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于因子图的逆深度估计方法，属于图像处理和单目相机深度估计技术领域。所述方法首先利用三角形方法测量空间中对应点的深度，然后利用因子图模型对单目相机进行建模，利用李群‑李代数之间的转换关系将位姿估计转换为无约束的优化问题求解；利用逆深度滤波方法来对深度进行滤波，将每次求得的逆深度进行融合，进而获得融合后的深度；利用上述得到的深度和余弦定理，可以测量空间中物体的长度。从而验证该方法的合理性。本发明将因子图模型引用到逆深度的测量中，既有利于该估计方法的扩展，也提高了估计的精度。本发明提出的逆深度滤波的方法，有效的解决了远离相机中心的像素出现拖尾现象，提高了鲁棒性。
一种基于因子深度估计方法

[发明专利]带有乘性噪声的导弹自主编队队形随机控制系统建模方法-CN201811400422.2有效
发明人： 吴森堂;赵红波;李凯;李昊晨;万月颖 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2018-11-22 - 公布日： 2020-11-24 - 主分类号： G05D1/10 文献下载
摘要：本发明公开了一种带有乘性噪声的导弹自主编队队形随机控制系统建模方法，属于飞行器编队导航、制导与控制技术领域，具体来说是以导弹自主编队队形控制模型为研究对象，基于群集动力学协同控制系统模型与导弹自主编队的特性，通过对编队随机干扰的分析与建模，将随机因素引入到编队模型中去，给出了编队队形控制的随机系统模型。针对导弹自主编队队形随机模型的控制问题，采用估计器对系统状态进行估计，采用随机鲁棒分析与设计方法(SRAD)对队形随机模型的估计器和控制器进行优化设计，从而使控制器参数可以满足稳定性与性能要求。
带有噪声导弹自主编队队形随机控制系统建模方法

[发明专利]一种基于概率图的混合概率逆深度估计方法-CN201910380025.1在审
发明人： 吴森堂;刘文磊;李凯 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2019-05-08 - 公布日： 2019-08-27 - 主分类号： G06T7/564 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于概率图的混合概率逆深度估计方法，属于图像处理和单目相机深度估计技术领域。所述估计方法首先利用经典的三角形法求出空间中一点的深度和位置；然后利用归一化八点算法求出对极几何中的基本矩阵，进而求出相机的位姿，作为优化的初始值；最后用基于概率图的高斯‑均匀混合分布求逆深度，利用近似推断可以求出递推公式，利用其深度信息可以求出物体的距离。本发明不仅提高了单目相机深度估计的精度，还增强了系统的鲁棒性。
深度估计概率图相机单目深度和位置递推公式基本矩阵三角形法深度信息图像处理归一化鲁棒性概率对极高斯求逆算法位姿推断近似优化

[发明专利]一种导弹自主编队在队形控制过程中的冲突协调方法-CN201610882287.4有效
发明人： 吴森堂;文永明;刘文磊;邓佳 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2016-10-10 - 公布日： 2019-04-30 - 主分类号： G05D1/10 文献下载
摘要：本发明公开了一种导弹自主编队在队形控制过程中的冲突协调方法，属于飞行器编队导航、制导与控制技术领域。本发明首先给出了编队冲突预测的方法，并以此来预测编队冲突；然后，提出了移动冲突队形位置的冲突协调方法，给出了编队冲突协调指令的约束条件，提出了基于距离的导弹自主编队的群体代价，并设计了编队冲突协调算法的流程，通过优化算法得到的最优的编队冲突协调指令避免了编队冲突和冲突的“链式效应”，并缩短了编队队形形成的时间，保证了编队队形控制的安全、稳定与高效。
一种导弹自主编队队形控制过程中的冲突协调方法

[发明专利]一种基于平面镜的像机安装位置标定方法-CN201610609440.6有效
发明人：吴晓龙;吴森堂 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2016-07-28 - 公布日： 2019-04-26 - 主分类号： G06T7/80 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于平面镜的像机安装位置标定方法，属于光学系统的摄影测量学技术领域。本发明包括以下步骤：将一维靶标在像机前摆放多次，根据交比不变性计算一维靶标在像机坐标系中的位姿初值，并通过最小化重投影误差得到靶标位姿的最优解；采用闭式解方法计算镜面法向量和像机光心到镜面距离；然后通过反射重投影误差最小得到平面镜位姿的最优解；当镜面位姿确定后，结合像机坐标系与平台虚像坐标系的转换关系，求得像机坐标系与平台实像坐标系间的转换关系，完成像机安装参数的标定。本发明不需要提前知道靶标运动和像机姿态信息，最少两次摆放位置即可求得镜面姿态，实现简单方便，尤其适用于像机和镜面处于固定位置的场合。
一种基于平面镜安装位置标定方法

[发明专利]一种导弹自主编队在队形控制过程中的冲突预测方法-CN201610882253.5有效
发明人： 吴森堂;文永明;邓佳;刘文磊 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2016-10-10 - 公布日： 2019-04-12 - 主分类号： G05D1/10 文献下载
摘要：本发明公开了一种导弹自主编队在队形控制过程中的冲突预测方法，属于飞行器编队导航、制导与控制技术领域。所述方法首先建立适用于导弹二维水平编队的编队队形坐标系，从而定义了编队静态队形、绝对队形与相对队形，并给出形成编队绝对队形与编队相对队形的条件；其次给出编队冲突的定义；推导出两个成员之间存在潜在冲突的条件；设计了冲突预测算法的流程，得到了整个编队的潜在的冲突，形成冲突池。本发明所定义的编队队形与编队冲突充分考虑了导弹自主编队的特性，物理意义明确，适合于工程实际；本发明的编队冲突协调算法流程简单，计算量小，实时性高，可以准确快速地预测编队的冲突，为冲突的及时协调做好准备。
一种导弹自主编队队形控制过程中的冲突预测方法

[发明专利]一种分布式多机器人动态网络连通性控制方法-CN201610352212.5有效
发明人：蔡达;吴森堂 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2016-05-25 - 公布日： 2019-01-04 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种分布式多机器人动态网络连通性控制方法，属于多机器人动态网络控制技术领域。包括基于事件驱动的最小生成树分布式动态网络拓扑控制、基于局部人工势场法的最优邻居通信链路连通性保持运动控制。每个机器人节点通过周期性广播自身位置并更新邻居信息，分布式地建立每个节点邻近网络的局部最小生成树，选取最优邻居，并通过局部人工势场法保持与最优邻居的通信链路，使多机器人动态网络在保持连通的基础上优化全局信息连通性，获得最优的网络通信代价。本发明不需要中心节点集中计算，可以分布式并行地实施，减少了通信负荷，增强了多机器人网络的可扩展性和鲁棒性；可以克服由于机器人运动引起的通信链路中断问题。
一种分布式机器人动态网络连通性控制方法

[发明专利]一种分布式多像机系统的全局标定方法-CN201610354114.5有效
发明人：吴晓龙;吴森堂 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2016-05-25 - 公布日： 2018-10-30 - 主分类号： G06T7/80 文献下载
摘要：本发明公开了一种分布式多像机系统的全局标定方法，包括以下步骤：使用由两组相互正交平行直线组成的二维标定靶标，基于灭点和灭线估计像机与靶标的相对位置姿态(位姿)，通过灭线方程和已知的靶标几何尺寸得到相对位姿初始值，通过求取重投影误差函数最小值得到像机与标定靶标的相对位姿的最优值；使用辅助像机拍摄相邻靶标图像得到相邻靶标间的坐标变换矩阵，通过增量方法求得各标定靶标相对于参考靶标的相对位姿初始值，通过求取基于闭合图像序列的重投影误差函数的最小值，得到各靶标相对于参考靶标的变换矩阵的最优值；通过相应的坐标变换，求得各像机相对于参考像机的变换矩阵的最优值，进行分布式多像机系统的全局标定。
一种分布式多像机系统全局标定方法

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