多智能体门卫：城市空中交通的安全飞行规划与编队控制

我们提出了 Multi-Agent gatekeeper 框架，为在拥挤的 3D 环境中领袖-跟随者编队控制提供可证明的安全保证。现有方法面临权衡：在线规划器和控制器缺乏形式化安全保证，而离线规划器则缺乏对代理数量或所需编队变化的适应性。为解决这一问题，我们提出了混合架构，其中单个领袖跟踪预先计算的安全轨迹，作为所有跟随者的共享轨迹备份集。跟随者执行正式的编队保持跟踪控制器，并通过始终具备沿领袖路径的已知安全备份机动而保持安全。我们形式化地证明了该方法可确保与静态障碍物和其他代理之间的碰撞避免。主要贡献包括：(1) 多智能体门卫算法，该算法将我们的单智能体门卫框架扩展到多智能体系统；(2) 用于领袖-跟随者编队控制的可证明安全的轨迹备份集；(3) 在 3D 环境中首次应用门卫框架。我们在模拟的 3D 城市环境中展示了该方法，在 100 个随机试验中实现了 100% 的碰撞避免成功率，显著优于基线 CBF 和 NMPC 方法。最后，我们在一组四旋翼飞行器上演示了所得轨迹的物理可行性。