无人机中继链路部署算法设计

在存在通信盲区以及无人机(UAV)使用数目受限等情况下,针对如何合理地部署UAV并构建通信中继链路,以及扩展UAV的数据传输距离的问题,提出改进Bellman-Ford(IBF)算法和改进Dijkstra算法(IDA)两个UAV中继链路部署算法。将通信中继链路中UAV部署问题形式化表示为全跳最优路径(AHOP)问题, 其中IBF算法用来迭代生成一组可达记录集,通过逆向访问记录集可生成一组部署方案;IDA则在每轮迭代过程中改变连接边的权值,并查找能有效减少中继链路跳数的有效方案,得到UAV中继部署问题的可行解。仿真结果表明IBF和IDA能够提供中继链路部署的有效方案,同时它们的时间性能优于Bellman-Ford算法。     

无人机中继通信系统中信息传输调度算法研究

研究了将无人机作为通信中继平台对战区实施无线通信覆盖时的信息传输调度算法.首先介绍了几种基于信息特征(如优先级、长度、信息在系统总的占用时间等)的调度算法.为了克服传统调度算法的缺点,提出了一种改进的动态优先权调度(DPS,Dynamic Priority Scheduling)算法,将信息的优先级与接受系统服务的时间联系起来,动态调整信息的优先权,从而获得较小的系统平均时延,而且对不同信息又不失“公平性“.最后给出了几种调度算法的仿真结果,并对结果进行了分析.分析表明,动态优先权调度算法是一种比较适合无人机通信中继的实用调度算法.     

无人机中继通信轨迹和功率优化策略研究

为了提高无人机中继通信的吞吐量和传输效率,本文研究了多跳无人机中继通信系统中,在满足避碰约束,信息约束以及无人机发射功率等约束条件下,无人机飞行轨迹以及发射功率的优化策略,从而实现端到端的数据吞吐量最大化.     

无人机中继链路传播损耗及性能分析

针对两跳无人机中继通信场景,综合考虑机身姿态、天线特性、气候状况及信道衰落等影响,建立了两跳中继链路的传播损耗模型,分析了传播损耗均值的计算方法,推导了多径阴影复合衰落导致传播损耗随机起伏的统计特性。在此基础上,进一步推导得到了两跳无人机中继系统的中断概率与误比特率的理论表达式。最后,通过对郊区、山区和海洋场景的数值仿真,验证了本文推导的理论结果的正确性,并分析了无人机飞行高度、地面节点位置以及通信场景等因素对两跳中继系统性能的影响。     

能效最优准则下的无人机中继系统的功率分配算法

由于无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）机动性好且部署简单,基于无人机中继的传输技术受到了广泛关注。功率作为通信系统的重要资源,其分配问题直接影响各条链路的性能和整个通信系统的能量效率。本文以莱斯衰落信道为背景,提出了一种在系统能效准则下的无人机中继通信系统的功率分配算法。首先在双跳放大转发（Amplify-and-forward,AF）中继传输模型的基础上建立功率分配的优化模型,将功率分配问题转化为求解最大系统能效的优化问题。在最优功率分配的求解过程中,先固定发射信号功率,获得波束形成优化方案;然后通过大信噪比区间近似,将非凸优化问题转化为凸优化问题;最后利用KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件,计算得出功率分配方案的闭式解。仿真实验表明,本文算法相对于迭代算法降低了算法复杂度。     

基于中高空无人机的遥测中继系统研究

为解决对低空大航程移动目标全程遥测难度大、费效高等问题,对现有陆基、海基、空基遥测站特点进行分析,提出了一种基于中高空固定翼无人机的遥测中继系统实现方式,系统与现有陆基、海基遥测站配合使用,实现对低空移动目标的远距离跟踪。设计了系统的主要组成和工作模式,简要分析了系统建设总体设计思路,对系统设计过程中的无人机平台选型、相控阵天线选择和设计、中继转发方式、微系统技术、相控阵天线自跟踪等关键技术进行了初步分析,简要给出了解决思路。     

基于鲸鱼优化算法的无人机通信网络链路拥塞控制研究

为了提高无人机通信网络的安全性,解决由于链路拥塞而导致的通信数据误码与丢失问题,提出基于鲸鱼优化算法的无人机通信网络链路拥塞控制方法。采用NetFlow技术获取无人机通信链路实时运行数据,度量链路利用率等指标,识别当前网络链路的拥塞状态。模拟无人机通信与链路拥塞过程,综合考虑无人机通信直视径、反射径和散射径三个分量,构建网络链路模型。在无人机通信网络链路拥塞控制协议的约束下,均衡调度无人机通信数据,利用鲸鱼优化算法选择通信链路的最优解,完成通信链路切换工作,实现无人机通信网络链路的拥塞控制任务。实验结果表明:在设计方法控制下,无人机通信网络链路的时延减小了61s,吞吐率提升135kbit/s,证明优化方法能够有效缓解链路的拥塞程度,通过对通信网络误码率和溢出丢包率的分析,证明优化控制方法不会对网络的通信任务产生明显影响。     

基于智能反射面辅助与无线中继的无人机协作通信系统优化算法

针对采用智能反射面（RIS）辅助与解码转发中继的无人机协作通信系统,研究了RIS反射相位、无人机部署位置和无线中继传输时隙联合优化算法。首先根据协作系统传输协议,建立了以最大化系统端到端信息传输可达速率为目标的资源分配联合优化问题。该问题非凸,为此提出一个交替优化算法,将该非凸问题分解为分别对RIS反射相位、无人机部署位置和协作中继传输时隙进行优化的三个子问题。其中RIS反射相位优化子问题和无人机部署位置优化子问题仍非凸,为此,分别采用半定松弛方法和提出一种基于连续凸逼近的局部区域优化方法进行求解,通过三个子问题的交替和迭代优化得到原问题的次优解。仿真结果验证了提出的联合优化算法获得的系统端到端信息传输可达速率优于其他的基准方案,并发现无人机应部署靠近中继或RIS的上方,其结果与系统的信噪比、RIS的反射元件数量以及RIS和中继所处地理位置等因素有关。     

基于改进灰色关联的中继通信无人机数据融合

在无人机中继通信优化设计中,研究中继通信无人机机上数据融合问题。为降低中继通信无人机平台通信占用带宽和通信时延,提高数据精确性,提出了一种基于时敏分类的"时间窗"改进型灰色关联数据融合算法。首先利用时敏分类的"时间窗"调节机制调节灰色关联算法的复杂度并实时调整数据融合序列。然后利用"时间窗"改进的灰色关联算法进行数据融合,算法复杂度可随数据的紧急程度而调整。仿真结果表明,利用改进型灰色关联的中继通信无人机数据融合算法能显著提高中继通信无人机机上数据融合的数据精度,并降低通信时间延迟。改进算法能够满足系统对数据实时性和精确性的要求。     

基于无人机基站的节能通信部署研究

为保证用户服务质量(Quality of Service, QoS),针对用户分布不均匀状态,解决无人机基站以最小发射功率覆盖相同数量用户问题,提出一种基于最小包围圆和K-means算法的无人机优化部署方法。利用贪心算法思想将部署问题解耦为垂直和水平放置问题,分别通过求解最优性确定无人机基站三维部署位置。利用聚类分析方法构建用户簇,采用最小包围圆思想对无人机基站水平位置进行优化;以最小化通信能耗为目标,建立无人机基站通信模型确定无人机最优飞行高度;联合两种优化方案确定三维部署位置。针对用户不同分布状态对无人机基站发射功率的仿真实验,验证了部署方法的有效性。     

一种面向可靠传输的数据链中继策略研究

数据链采用泛洪中继(Flood Relay)策略实现信息在全网的广播,该策略通过冗余发送提高传输的可靠性,但是在网络节点密集的情况下,将引起过量的泛洪开销,因此被认为是低效的。分析了数据链的双时隙中继泛洪模式,并在此基础上提出了一种面向可靠传输的MPR(RA-MPR)策略,该策略保证在满足可靠性约束和传输时延约束等条件下,根据节点的主控关系、节点的可靠度以及节点间的邻接关系进行优选中继节点,构成具有中继功能的临时性的核心网络,该网络随着拓扑结构的变化、电磁环境的变化、节点的毁伤以及主控关系的变化而动态变化。通过算法分析和仿真,比较了该策略在不同网络规模和传输半径条件下的性能,分析结果显示该策略不仅降低了泛洪开销,而且保证了报文传输的可靠性。     

一种基于空中平台中继的通信系统的设计

论文针对一种基于小型无人机作为空中中继平台的点对多点无线通信系统进行了适应性设计。设计中结合空中平台的飞行特性,对使用空中转发通信时所需的技术和体制进行了研究和论证,并通过计算和仿真,提出了利用空中平台中继通信时的天线、抗多径、抗衰落和系统的设计要求。本设计的正确性和有效性在相关通信系统的研制和试验中得到了验证。     

中等规模中继协作通信系统波束成型算法研究

针对传统算法在中等规模中继协作通信系统的数据传输速率低、系统稳定性差、网络建设成本高等问题,提出了一种基于改进MaMi技术的迭代方法。该算法在目标函数为多峰函数的情况下,采用基于零空间投影方法,得到了性能提高的正交零空间投影MaMi算法,通过控制算法复杂度,最大可能地找到全局最优解。仿真结果表明,相比原始算法,改进后的MaMi算法有更好的应用性能。     

基于改进机器学习的无人机中继通信数据调度控制研究

为解决无人机通信网络中数据调度行为中断概率过大的问题,实现对通信资源的合理分配,针对基于改进机器学习的无人机中继通信数据调度控制方法展开研究。设计基本网络架构,联合BMRC协议,设置URLLC数据链路单元,联合相关通信数据样本,求解通信中断概率的具体数值,实现对无人机中继通信网络资源的联合优化处理。分别计算时隙分配参量与带宽分配参量,并以此为基础,确定无人机中继位置,实现对中继通信资源的调度。按照机器学习算法标准,定义PCA改进特征,从而完善改进机器学习算法,再联合最优控制器闭环,实现对通信数据调度行为的控制,完成基于改进机器学习的无人机中继通信数据调度控制方法的设计。实验结果表明,改进机器学习算法作用下,随着中继数据累积量的增大,无人机通信网络中数据调度行为中断概率的最大值只能达到7.3%,有效降低了中断概率,符合合理分配通信资源的实际应用需求。     

一种正交混合空时网络编码的中继通信算法

针对无线通信网络中频谱利用效率较低以及网络吞吐量不足等问题,提出一种正交混合空时网络编码的中继通信算法(QHNR)。该算法通过系统模型分析了在传输周期中的MAC阶段和BC阶段中的中继通信方式以及节点发送数据的出错率,采用分级增益的方法来提高信道利用效率,提升系统性能,并通过中继概率来选择较好的中继节点。通过网络吞吐量和网络功率分配情况来分析QHNR算法的性能。实验仿真结果表明,QHNR算法在提高网络吞吐量,提升信道利用效率上,相比采用TWR通信方案和MWR通信方案具有更好的效果。     

基于无线通信网的桥梁检测系统中转器设计

针对现有桥梁应变多点检测中存在的问题引入无线通信、嵌入式、低功耗等技术,使用C8051微控制器和nRF905无线芯片实现无线组网中转,增加组网能力及测量距离。设计完善的特定无线网络通信协议和基于该协议之上的网络调试接口,使有限的信道得到最大利用,无线数据传输速率得到提高,并增强调试安装测试的灵活性、适应性。该系统不仅能完成传统的静态测试,而且能完成动态测试和单路实时显示。