Multi-agent ergodic coverage via Spectral Multiscale Coverage (SMC) provides a principled framework for driving a team of agents so that their collective time-averaged trajectories match a prescribed spatial distribution. While classical SMC has demonstrated empirical success, it can suffer from gradient cancellation, particularly when agents are initialized near symmetry points of the target distribution, leading to undesirable behaviors such as stalling or motion constrained along symmetry axes. In this work, we rigorously characterize the initial conditions and symmetry-induced invariant manifolds that give rise to such directional degeneracy in first-order agent dynamics. To address this, we introduce a stochastic perturbation combined with a contraction term and prove that the resulting dynamics ensure almost-sure escape from zero-gradient manifolds while maintaining mean-square boundedness of agent trajectories. Simulations on symmetric multi-modal reference distributions demonstrate that the proposed stochastic SMC effectively mitigates transient stalling and axis-constrained motion, while ensuring that all agent trajectories remain bounded within the domain.


翻译:通过谱多尺度覆盖(Spectral Multiscale Coverage, SMC)实现的多智能体遍历覆盖,为驱动一组智能体使其集体时间平均轨迹匹配预设空间分布提供了一个原则性框架。尽管经典SMC已展现出实证上的成功,但它可能遭受梯度抵消问题,尤其当智能体初始位置靠近目标分布的对称点时,会导致诸如停滞或运动被约束在对称轴上的不良行为。在本工作中,我们严格刻画了导致一阶智能体动力学出现此类方向退化的初始条件及对称性诱导的不变流形。为解决此问题,我们引入了一种随机扰动并结合收缩项,并证明所得动力学能确保几乎必然逃离零梯度流形,同时保持智能体轨迹的均方有界性。在对称多模态参考分布上的仿真表明,所提出的随机SMC有效缓解了瞬态停滞和轴约束运动,同时确保所有智能体轨迹在域内保持有界。

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