无人机系统测控链路质量性能检测技术研究

针对无人机系统测控链路质量性能检测评估工作面临的困难和需求,从工作原理、技术途径和工程实现等方面阐述了无人机系统测控链路质量性能检测技术,分析了无人机测控链路质量性能检测的技术特点和应用价值。     

无人机测控中OFDM发射机的设计与实现

设计适用于无人机测控信道的正交频分复用(OFDM)发射机。首先,分析时域加窗法在不同升余弦滚降参数下对OFDM信号的带外泄漏抑制性能。然后,分析基于NCO的多采样率信号处理技术在不同窗函数下对OFDM信号频谱的影响。最后,设计并实现基于时域加窗与多相插值滤波结构的0FDM发射机。测试结果表明,方案对无人机测控系统中OFDM发射机信号的带外泄漏抑制达50dB。     

无人机测控通信自组网技术综述

在天地一体化信息网络建设中,多无人机测控通信组网可有效拓展其作业范围,提升系统整体抗毁能力。首先从概念、分类、军用产品、民用发展前景等方面概述无人机系统,然后综述无人机测控自组网的技术现状、移动模型、信道模型以及网络架构,最后重点分析美军及北约典型的机载数据链系统,为无人机测控组网系统设计提供参考。     

正交频分复用技术卫星应用研究

研究了用"均方误差(MSE)准则"将星载放大器的非线性和正交频分复用(OFDM)信号的高峰值平均功率比(峰均比,PAPR)结合在一起,代替仅以PAPR作为衡量准则的传统方法,仿真结果表明,"MSE准则"可以有效改善OFDM卫星通信系统性能,在信道条件差改善信号的非线性畸变度的同时,能够对抗多径衰落,MSE准则的选择性映射法比PAPR准则的选择性映射法性能改善2dB。信道条件好时,单载波频分多址接入(SC-FDMA)系统性能要比OFDM系统好约0.4dB。OFDM技术的卫星应用为星地融合通信提供了技术途径。     

Ka频段大口径测控天线无人机校相方法设计与验证

面向Ka频段航天测控设备天线标校工程应用需求,分析了大口径测控天线相位校准方法原理,论证设计了轻量化、模块化的组合式测控应答机无人机装载模式,提出了基于无人机的S频段天线自跟踪叠加偏置进行Ka频段天线快速校相的方法,并进行了跟踪精度分析。计算了在不同地面测控天线口径下进行相位标校的链路余量,规划了无人机飞行航路和试验步骤,并进行了Ka频段天线快速校相、电轴一致性测试试验,每次相位标校得出的交叉耦合和灵敏度系数指标均满足天线对无人机信标的闭环自跟踪要求。结果表明,基于无人机平台的大口径测控天线相位校准方法能够为Ka频段测控设备标校提供一种新的手段,具有良好的工程应用前景。     

多旋翼无人机在某测控设备标校工作中的应用

为了提高综合测控设备标校效率，简化标校流程，克服传统标校的各项缺点，进行了多旋翼无人机在某综合测控设备标校工作中的应用研究。分析了某综合测控设备相位标校工作的现状，对引入多旋翼无人机进行相位标校工作进行了需求分析，建立了无人机相位标校的数学模型。在选定无人机型号、设计实现小型化信标机、飞行电池与信标机固定支架等工作的基础上，实现了无人机在某综合测控设备相位标校工作上的应用。经过实际标校工作检验，多旋翼无人机不但能应用于某综合测控设备相位标校工作中，而且同时能够检验综合测控设备的动态跟踪性能，在同类型设备中具有一定的推广应用价值。     

基于二维扩频技术的无人机控制链路抗衰落技术研究

针对无人机巡航过程中控制链路受到多径衰落、多普勒效应的严重影响,结合无人机控制链路通信频率与通信带宽较低而可靠度要求很高的特点,文章将二维扩频技术应用在无人机控制链中。对无人机巡航速度为1080km／h、多普勒频移达到60Hz、多经时延大于OFDM保护间隔的信道条件进行仿真,通过仿真对比了频域扩频、直接序列扩频在该条件下各自性能的缺陷。分析表明,在同等增益条件下二维扩频技术可以有效地解决无人机高速巡航时产生的多普勒效应与多经衰落,使得在低信噪比的情况下大大提高无人机控制链路的可靠性。     

无人机测控链路信道传播损耗模型研究

无人机测控链路的稳定可靠是确保无人机充分发挥军事和民用效能的重要保证之一。针对无人机测控链路系统设计中的空间传播损耗精确计算问题,参考ITU-R（国际电信联盟无线电通信组）P.528传播损耗模型,从自由空间损耗、大气吸收损耗和可变损耗三个方面进行了仿真研究,获得了视距条件下三种损耗衰减值与传播频率、通信距离、通信终端高度等参数的一般关系。根据提出的传播损耗精确计算方法,对某无人机典型应用场景下的传播损耗进行了分析计算。与传统损耗模型的计算结果相比,采用的方法可以获得更加精确的计算结果,对无人机测控装备的设计研制具有重要的借鉴意义。     

一种海域无人机集群动态组网传输与动态调度方法

针对海域无人机集群组网监测过程中的网络间动态通信问题,从路由选择、高动态随机接入、动态资源调度等方面研究了无人机集群组网通信的关键技术。设计分簇DSDV(Destination sequenced distance vector routing)路由选择协议,按照任务类型需求为各簇动态分配网络带宽,改善网络性能;设计按需分配的分布式高动态随机接入协议、基于比例公平算法的动态资源管理方法,解决无人机集群子节点在接入和退出时产生的不确定性问题,有效避免在通信过程中出现多个接入请求冲突的问题。结果表明,利用文中提出方法设计的组网通信终端,各项指标与集群通信需求相比均有较大余量,能够满足海域无人机集群组网通信要求。     

基于无人机的测控天线试验鉴定方法

随着航天装备的快速发展,航天测控装备试验鉴定对试验条件的要求也不断提高.无人机作为重要的配试设备,在装备性能鉴定、测控设备标校、复杂战场环境模拟和通信中继等方面发挥着越来越重要的作用.本文设计了地基装备试验鉴定评估系统,探讨了基于无人机平台的测控设备试验鉴定系统的组成、工作原理及鉴定方法,并对基于无人机平台搭载的多基线测量方法进行了精度分析.结果表明,基于无人机平台的试验鉴定系统能够为测控设备的精度鉴定提供高精度标准数据,具有实际应用前景.     

非死锁合同网协议驱动的多机分布式时序任务分配

针对多无人机协同任务分配的时序约束问题，提出了基于非死锁合同网协议(DF CNP)的分布式时序任务分配方法，从理论上避免任务死锁，提升分配结果最优性。定义了局部信息条件下时序任务死锁判据，通过检测时序任务图环路状态与顶点可达性，判定分配方案的全局死锁状态，保证分配结果的可行性。定制了最近邻-深度优先混合搜索算法，在合同网排序过程中优先选择最近邻任务，并结合死锁判据递归回溯，在分布式架构下并行生成满足死锁约束的任务排序方案，提升分配结果的最优性。仿真对比结果表明：相比于非死锁遗传算法(TB GA)，DF CNP在求解效率方面具有显著优势；与耦合约束一致性束算法(CBBA TCC)相比，DF CNP结果最优性明显提升。     

多UCAV协同中基于协商的分布式任务分配研究

针对多无人作战飞机（UCAV）分布式协同任务分配问题展开研究。在对多UCAV任务分配问题进行分析的基础上，提出了基于市场协调机制的多UCAV分布式协同任务分配体系结构，设计了能够支持不同自主能力UCAV的任务控制模型，各UCAV在分布式计算的基础上进行相互协商实现动态任务分配。通过综合采用买卖合同、交换合同和聚类合同三种协调机制，实现了多UCAV协同作战中的分布式任务分配。仿真实验结果表明，基于协商的分布式任务分配方法能够快速有效地实现对态势变化的反应，对于解决作战过程中的动态任务分配具有突出优势。     

基于调度预测的星载混合相关任务调度算法及其仿真的研究

为解决星载计算机系统中具有相关性任务的调度和临界资源的分配问题，提出了一种星载混合相关任务调度算法。首先，对星载计算机系统中的任务给出了形式化的描述。其次，具体阐述了这种星载多任务调度算法并给出了可调度性预测分析条件。最后，通过仿真实验对这个调度算法的性能进行了验证并给出了结论。     

等效带宽在无线ATM网络的MAC协议中的应用

在ＶＢＲ图像的动态时隙分配算法的判决条件中引入了等效带宽的概念。利用等效带宽将终端输出缓冲区内信元个数和终端当前所占用的时隙数之间联系起来，从而得出了动态时隙分配精确的判断条件。结果表明，这种方法提高了图像业务动态时隙分配算法的有效性及无线ＡＴＭ网络的信道利用率。     

一种基于认知无线电的卫星网络信道接入策略

针对可用无线信道资源紧张与固定信道分配方式导致卫星网络信道利用率低下的问题,提出一种基于认知无线电的卫星网络信道接入策略。卫星用户以分时多址（TDMA）方式接入卫星信道,认知用户通过频谱感知发现卫星网络闲置信道资源,并以S-ALOHA方式接入信道。通过建立基于频谱感知与具有捕获效应的认知用户信道接入模型,分析认知用户最佳频谱感知时间,推导干扰信号在相干叠加与非相干叠加条件下的卫星网络吞吐率性能,并对影响网络吞吐率的因素进行仿真分析。结果表明,该信道接入策略能够在不明显降低高负载时卫星网络吞吐率的前提下有效提高低负载条件下的卫星网络吞吐率,且干扰信号相干叠加比非相干叠加对网络吞吐率性能的提升更为显著。     

基于效用最大化的DVB-RCS跨层动态带宽分配

针对已有效用函数的动态带宽分配(DBA)模型未考虑物理层信道条件来完成DVB-RCS(Digital Video Broadcasting-Return Channel via Satellite)卫星通信网的DBA,从而导致吞吐量下降这一缺点,本文提出一种跨层效用函数DBA模型.该模型建立基于信道条件的效用函数,以实现效用最大化的DBA,因此转化为非线性整数规划问题的求解.同时提出一种基于等效用增量的Greedy迭代算法求解该问题,求出效用最大化的带宽分配向量,降低了传统Greedy算法的计算量.仿真结果表明该模型在保证回传信道卫星终端(Return Channel Satellite Terminal,RCST)用户公平性的同时,提升DVB-RCS卫星通信网的吞吐量.     

基于反馈线性化的高速无人机自适应控制系统设计

高速无人机是典型的复杂非线性、参数不确定性系统,且各控制通道之间存在强耦合作用,这对飞行控制系统设计提出了严峻挑战。针对其非线性特性和耦合特性,采用精确反馈线性化理论将无人机动力学模型解耦为3个独立的子系统,即滚转、俯仰和偏航通道;应用模型参考自适应控制方法分别设计每个通道的姿态控制器。研究表明,上述线性化方法能够实现三通道解耦,所设计控制系统满足飞行控制性能要求,且对气动参数摄动和外部干扰具有较强的鲁棒性。     

空海自组网随机接入仿真研究

针对无人机在远海远域协同任务过程中的空海信息协同共享需求,提出了一种基于优先级传输的动态随机接入协议。首先,通过设计高效集群组网信令保证集群测控通信自组网的遥测、遥控信息的稳定传输;然后,结合改进的TDMA （时分多址）组网时隙结构实现节点快速入网与动态时隙分配协议;最后,通过OPNET （网络仿真技术软件包）分析所设计的集群空海自组网系统的随机接入低时延、业务传输高吞吐量和端到端传输低时延性能。结果表明：该组网信令下建网时间只需要2～3个飞控周期,在32节点场景下节点完成随机Aloha入网时延平均不到0.6 s,改进的TDMA协议在端到端时延比传统TDMA协议降低1/3。     

无线传感器网络空中目标跟踪任务分配技术的研究

以无线传感器网络对空中飞行目标跟踪为背景，针对无线传感器网络协同技术中的任务分配问题，以降低传感器节点之间的通信能量消耗为目的，提出了一种基于弹性神经网络的任务分配算法。首先对多动态联盟多目标跟踪问题进行建模，然后依据最小能量准则，采用一种非全连接的环形结构的弹性神经网络模型，解决了多目标跟踪时的任务优化分配问题以及多个动态联盟对传感器资源竞争冲突时系统能耗增加的问题。仿真结果表明，该算法与传统的方法相比，大大降低了跟踪系统的能量消耗。     

Location-aware channel estimation for capacity gains on multibeam satellite links

Bandwidth is an expensive and scarce resource, thus its efficient exploitation is of paramount importance. Recent communication satellites feature sophisticated spatial access strategies through spot beams providing this way a total throughput in the range of 100 Gbit/s. Next generations of communication satellites, as postulated in the Satellite Communications Network of Experts (SatNEx) III, a project funded by the European Space Agency (ESA) for advanced research in satellite communications, require technological developments to achieve the Tbit/s region. Multibeam architectures formed by a central gateway, a multibeam satellite, and an aggressive frequency reuse strategy can meet such ambitious design goals. Interference problems are tackled by appropriate countermeasures such as (joint) precoding and beamforming on the forward link as well as multi-user detection on the return link; these methods require accurate and timely knowledge of the channel state, which in turn necessitates suitable algorithms for channel estimation. This paper addresses performance issues related to channel state estimation on the symbol-synchronous forward link and the frame-synchronous return link. It highlights for both directions the potential performance gain by assuming a priori knowledge of the user position, in this context referred to as location-aware channel estimation.