基于几何随机的无人机3D信道模型

针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)信道,提出了使用二维单环和三维半球体建模的无人机信道模型.在提出信道模型的基础上,推导并分析了参考模型和仿真模型的空—时相关函数(space time correlation function,STCF)、多普勒功率谱密度(Doppler power spectral density,DPSD)和二阶统计特性如包络电平交叉率(level crossing rate,LCR).研究了不同的参数对UAV信道统计特性的影响,并将所提模型分别与单球模型和测量值对比.结果表明,莱斯因子、移动散射体速度等对信道特性有显著影响,所提模型时间相关性比单球模型高约20％,并与测量值拟合良好,验证了模型的准确性.     

概率视距空地信道下的无人机安全通信优化设计研究

考虑在物理层保障无人机多用户通信系统的信息传输安全,一架无人机与多个地面用户进行通信,存在一个地面窃听者尝试窃取无人机发送给用户的机密信息。研究将无人机与地面节点之间的空地信道建模为更符合实际的概率视距信道,在满足无人机飞行条件约束和离散的用户调度约束下,通过联合设计无人机的三维飞行轨迹和用户调度来最大化用户的最小平均安全速率。为求解该模型下的安全通信优化设计问题,首先将其解耦为三个子问题,然后利用整数松弛和连续凸近似方法分别求解三个子问题,最后利用块坐标下降法求出无人机的三维飞行轨迹;在此基础上,根据飞行过程中得到的瞬时信道状态信息,提出无人机飞行速度和用户调度实时优化算法。该算法将优化问题建模为线性规划问题,并用内点法求解。仿真结果表明,与已有基准算法相比,基于概率视距信道模型优化无人机的飞行轨迹可显著提升系统的安全速率,所提的飞行速度和用户调度实时优化算法可进一步提升安全速率性能。     

基于QuaDRiGa的无人机非平稳信道模型

为了解决无人机信道模型非平稳参数空时不连续的问题,提出了一种支持三维运动及姿态旋转的无人机非平稳几何随机模型,用于描述和模拟无人机对地多输入多输出通信信道的真实特性。该模型借鉴QuaDRiGa中的“准确定性”思想,基于收发端拓扑关系更新时变信道参数,考虑路径生灭概率改进信道功率计算方法,引入姿态相位矩阵描述无人机姿态旋转,以实现无人机非平稳信道参数的平滑演进。数值仿真结果表明,本文提出模型能够保证功率和角度等参数的平滑演进,输出信道的自相关函数具有非平稳性且受无人机姿态影响显著,可用于无人机通信系统设计和算法优化等领域。     

无人机毫米波信道建模进展和挑战

无人机毫米波通信技术结合无人机和毫米波的优势,提供高速数据传输和广域网络覆盖能力,在军用通信系统中拥有广阔的应用前景。精确的信道模型是无人机毫米波系统设计和性能评估的重要理论基础。不同于传统移动通信场景,无人机通信信道具有明显的三维传播特征,构建模型需要考虑包括三维散射空间、三维飞行轨迹及姿态、三维阵列天线和三维窄波束等多种因素。本文首先总结了无人机毫米波信道建模的新需求和挑战,并详细阐述了无线信道建模方法以及现有信道模型的研究进展,最后给出了信道建模的发展方向及关键技术,旨在为无人机毫米波信道模型的科学构建和标准化等研究提供参考。     

基于移动扩展模型的无人机三维空地非平稳信道建模

无人机空地信道几何统计模型通常采用固定的速度和移动方向,无法描述UAV空地传播环境的非平稳特性。面向基于双圆柱散射体的UAV三维空地信道模型,提出在空地建模中引入具有动态速度和移动方向的高斯马尔可夫模型,模拟无人机在现实环境中的变化;为了使该模型模拟不同的运动,引入扩展因子切换模型的运动轨迹;此外,运用几何分析法,根据时变的速度和运动方向推导了空时相关函数和多普勒功率谱密度,并研究了无人机水平和垂直运动对信道统计特性的影响。仿真结果表明,扩展的模型仅会导致时域的非平稳,对空域没有影响,并验证了扩展模型的通用性。     

基于随机模型预测控制的四旋翼无人机研究

由于随机扰动(可能无界)的存在，四旋翼无人机系统存在控制性能不稳定、输入抖动大的问题。针对这种情况，提出一种随机模型预测控制算法。算法对控制约束进行软化，使其在一定范围内可以违反约束以满足系统性能的提高，并添加扰动反馈结构进行实时监测。运用分布式鲁棒的方法对扰动进行重构，扰动重构后再分别对单输入机会约束与联合状态机会约束进行可计算的精确凸优化重构。加入精确罚函数方法以进一步保证系统可行性。实验对比结果表明，与无扰动的模型预测控制(MPC)算法相比，该算法能够在满足约束的情况下克服任意随机扰动(可能无界)完成目标跟踪，且具备更优秀的预测性能。     

无人机衰落信道扩频通信性能研究

无人机的广泛应用吸引了越来越多的关注,组成无人机系统的关键部分是无人机和地面控制站的通信系统。重点关注中程无人机的通信链路,阐述和解决了扩频技术在无人机通信系统中的应用,分析中程无人机信道的衰落模型,理论推导了扩频通信在该无人机信道中误码概率的上边界函数,建立了衰落信道的QPSK直接扩频系统的MonteCarlo仿真模型,得到的该信道下扩频通信的误码率仿真结果与理论值相吻合,对于设计中程无人机系统,改善无人机通信数据链有效性和可靠性具有重要意义。     

随机空时无线信道模型及Matlab仿真

根据无线通信一般传播的多径模型，通过生成连续时间的参数随机数，实现一种适于移动台计算复杂度低的随机空时无线信道模型。对模型的特定参数的选择可以建立不同的典型无线信道模型。并基于该模型实现计算机仿真，从仿真的结果看是符合实际情况的。     

基于几何法的无人机航迹规划

针对无人机的三维航迹规划问题,提出了一种基于几何法的航迹规划算法.通过对无人机飞行航迹的分析,将无人机航迹看作是由一系列直线、圆弧和螺旋线的有序组成.研究了无人机最大过载系数、最大平飞速度、升限等性能与航迹可行性的关系,得出生成最优航迹的限定条件.讨论了几何法无人机航迹规划的步骤.按照几何原理对无人机航迹进行了规划,将无人战斗机的机动性能在航迹中充分体现出来.计算机仿真结果表明用几何法规划的航迹具有较好的适用性.     

三维几何模型数字水印综述

主要对近些年来在三维几何模型数字水印研究方面的算法进行了总结.首先给出了三维几何模型数字水印的一些基本概念,进而对三维水印在空域和变换域的典型算法进行了介绍,最后对三维几何模型的难点和发展前景进行了总结和展望.     

无人机空中基站对地信道建模及功率覆盖预测

传统统计建模方法难以对特定场景下的无人机信道做出精确预测。针对城市场景下的无人机信道,结合确定性信道建模法,基于射线跟踪原理构建了一种无人机基站-地信道模型,该模型考虑了散射次数对接收功率的影响,将到达地面接收机的射线分为视距路径、一次散射路径和二次散射路径;给出了基于射线跟踪原理的传播损耗和3种路径相应的功率计算方法,该方法沿路径计算场强。在利用数字地图预处理技术对城市建筑物进行简化后,对该场景下无人机信道的传播路径、损耗、功率延迟分布以及功率覆盖情况进行了仿真验证。数值仿真结果表明,本模型能够准确复现城市传播环境及传播状况,覆盖预测结果可用于优化无人机部署。     

基于模型的无人机平台管理系统自动测试研究

为实现某无人机平台管理系统的功能逻辑测试,开发了一套通用化的测试设备和测试用例编辑工具;通过总结被控系统的静态及动态特征,用编辑工具生成的测试用例模拟了各系统,建立了系统模型;测试过程中,测试设备的激励信号按条件或时序自动发送,测试用例与平台管理系统完全自主交互,实现了平台管理系统功能逻辑的自动测试;该自动测试方法可以将现有的多个测试用例组合,方便地编辑复杂自动测试用例;通过复杂的测试用例实现了多通道并行自动测试、多被控系统的全任务流程自动测试;该自动测试方法减轻了测试人员负担,使得测试效率提高了4倍,节省了约80%的测试时间。     

无人机飞控/导航系统便携式测试仪设计

针对当前某型无人机飞控/导航系统现场联调发生故障时无法快速定位故障点而造成调试周期过长的问题,根据有固定航姿参数输入的飞控/导航系统会产生固定输出的原理,提出并实现了一种基于现场测试仪的快速诊断方法;基于DSP和CPLD的便携式飞控/导航系统测试仪通过实验电缆把测试仪与被测设备相连,可以方便、直观、快捷、可靠地确定出被测设备是否存在故障。     

旋翼无人机变速下的多图像目标监测仿真

旋翼无人机在变速状态下的多图像目标识别对飞行性能有着重要的影响.旋翼无人机变速状态下,采集的多目标图像受到飞行不定速度的影响,造成采集的识别目标图像之间会出现可识别特征叠加、特征纯正缝隙和重叠等问题,造成可识别图像特征不连续.利用传统算法识别飞机变速下采集的多目标图像特征,无法对不联系的图像特征进行建模,一旦发生飞行速度变化,会造成无人机多目标识别结果出现较大偏差.提出采用经验模态分解算法的旋翼无人机多目标识别方法.根据旋翼无人机采集的不同目标的航拍图像,进行经验模态分解,针对分解结果进行重构,实现变速下多目标航拍图像融合.将融合处理后的结果,进行特征点提取和空间位置计算,实现旋翼无人机的多目标识别.实验结果表明,利用改进算法进行旋翼无人机的多目标识别,能够提高变速下多图像目标识别的准确性.     

改进PSO算法及在无人机路径规划中的应用

在无人机路径规划问题中,传统算法存在计算复杂与收敛慢等缺点,粒子群优化算法(PSO)得益于其算法原理简单、通用性强、搜索全面等特性,现多用于无人机航路规划.然而,常规PSO算法容易陷入局部最优,本文在优化调整自适应参数的基础上综合引入全局极值变异与加速度项,以平衡全局和局部搜索效率,避免种群陷入“早熟”.对基准测试函数进行测试的结果表明,本文所提改进PSO算法收敛速度更快,精度更高.在实例验证部分,首先提取飞行场景特征,结合无人机性能约束,进行环境建模;然后将多项运行约束和期望的最小化飞行时间均转化为罚函数,以最小化罚函数作为目标,构建无人机飞行任务场景下的航路规划模型,并利用本文所提改进粒子群算法进行求解,最后通过对比仿真验证了改进粒子群算法的高效性和实用性.     

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。     

双架次无人机(UAV)协同侦察的航路轨迹研究

本文介绍了交叉熵算法的基本原理、具体的建模方法、交叉熵算法的实时性和鲁棒性的特点,在实际应用中显示了良好的效果。鉴于军事侦察时间的紧迫性和空间的全面性的特点,依据无人机的具体应用技术特点,本文利用交叉熵算法对双架次的无人机的侦察路径进行规划,为路径规划提供了一种新的解决方法,并保证了侦察任务的路径规划在
在时间和效能上达到最优。