无人机通信信道的统计模型

讨论了一种无人机通信信道的统计模型,分析了无人机通信信道的组成,给出了冲激响应模型,然后将信道按照无人机的实际飞行划分成为3个主要的状态,即途中飞行状态、任务区域盘旋状态和起飞/降落状态,根据部分理论计算和参考文献分析了每个状态下信道的参数,最后给出了无人机在不同飞行状态下误码率性能的仿真结果。对于当前没有较完备的无人机通信系统实测数据时,进行无人机通信信道的统计模型建立和仿真等方面的研究具有重要意义。     

基于无人机下行链路的OFDM信道估计研究

该文将正交频分复用技术(OFDM)传输系统应用于无人机下行数据链路中,基于无人机通信信道的组成、冲激响应模型,构建了无人机链路中的OFDM通信系统.针对无人机信道快时变和高动态等特点.提出一种改进的OFDM信道估计算法,给出了在无人机飞行状态下误码率性能的仿真结果.实验结果表明该OFDM信道估计算法可以满足未来无人机下行数据链路系统要求.     

单发夹角式火箭助推发射起飞仿真技术研究

通过分析某型单发夹角式火箭助推发射无人机从助推火箭点火到爬升至安全高度的运动过程,建立了某型无人机发射起飞全阶段的动力学模型,运用Matlab编写了发射起飞段的飞行仿真程序。仿真结果与实际飞行结果对比分析表明,仿真预测的结果与该型无人机的实际飞行结果较为吻合。此外,探索了一种准确、快速地确定非标状态下安全发射包线的方法,提高了仿真程序的通用性和快速性。     

频率选择性衰落信道DS-CDMA无人机中继通信系统航迹规划

无人机中继通信是实现远距离无线通信的一种重要技术手段，无人机的飞行航迹对无人机中继通信系统的链路传输可靠性存在显著的影响，在频率选择性衰落信道环境下研究了基于直序列码分多址（DS-CDMA）的无人机中继通信系统的航迹优化的问题。首先，给出了基于DS-CDMA的译码转发无人机中继通信系统的模型，并理论分析给出无人机中继通信系统的链路中断概率及平均误码率计算公式，以此为基础，基于链路中断概率最小化准则提出了中继无人机的航迹规划方法，最后通过仿真验证了所提出方法的正确性与有效性。研究表明：最大比值合并DS-CDMA无人机中继通信系统可充分获取频率选择性衰落信道提供的分集增益，显著改善链路传输的可靠性。     

基于Stateflow的 无人机多模态控制转换逻辑设计

针对基于Simulink建立的无人机飞行管理系统存在逻辑复杂、全飞行状态航迹仿真建模繁琐等缺点,文章利用有限状态机建立无人机全状态、多种导航控制模态下的控制和逻辑切换流程,并结合飞行管理系统、飞行控制系统和无人机运动学模型建立无人机全状态仿真系统,通过仿真对飞行工作模式的切换效果进行了验证。     

紊流风场下的无人机飞行状态卡尔曼滤波估计

为了模拟紊流风场下的无人机飞行状态响应,减小紊流风场对无人机飞行速度的影响,使用数值法建立了紊流风场有色噪声模型,生成了符合大气紊流相关特性的紊流风场并对其进行数值仿真。在此基础上,通过状态扩增处理将系统噪声白化,设计出一种基于有色噪声的无人机飞行速度卡尔曼滤波器,该滤波器解决了基本卡尔曼滤波仅适用于白噪声的情况。仿真结果表明,使用此滤波器可有效减小紊流风场对无人机飞行速度的影响,进而满足飞行速度控制输入的精度要求。     

多旋翼无人机流场仿真分析

为了使多旋翼无人机编队飞行时避开单机产生的流场干扰较大的区域,通过CFD仿真软件对多旋翼无人机流场进行模拟仿真。结合实际情况设置模型参数,分析了当多旋翼无人机处于悬停状态时的流场特点,并通过试验获取数据与仿真结果对比。仿真分析了不同速度下的水平飞行以及上升和下降时多旋翼无人机周围流场的特点。根据对流场的分析,确定不同位置上无人机所受到的气动干扰情况,为更合理地设计编队队形,提高多旋翼无人机编队整体机动性和安全性提供了依据。     

无人机编队构成的分散最优控制方法研究

针对无长机带领、具有固定无向通信拓扑的无人机编队构成控制问题,提出了一种基于"相邻"无人机状态反馈的分散最优控制方法。该方法采用Laplacian矩阵描述编队通信结构,以"相邻"无人机与编队构型间的相对状态误差构建分散最优控制模型,并通过求解具有LMI约束的线性目标最优化问题得到编队各无人机的分散最优控制律。该方法使得多无人机在分散协同的前提下,基于局部信息快速准确地形成预定编队构型,达到运动方向和速度的一致性。仿真实验验证了该方法的有效性。     

飞翼无人机进舰下滑纵向固有模态特性研究

针对舰载飞翼布局无人机与常规布局飞行器不同的气动外形,建立无人机飞行状态下附近流场的网格模型,并计算了该型无人机的气动参数。基于插值函数计算得出该型无人机的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数对于迎角变化的曲线。建立纵向小扰动方程进行仿真计算,求解出该型无人机在进舰下滑状态时的固有模态特性。计算结果表明,该模型在配平条件下可用于舰载飞翼布局无人机的着舰气动适配性研究。     

飞行器变结构鲁棒控制

 近20年来,变结构系统（VSS）理论的发展日益引人注目。本文旨在将变结理论引入到飞行控制系统的设计,并提出一种新的设计方法和工程实现的方案,通过系统仿真,证实了这种方法和方案是可行的。 在变结构飞行控制系统的设计上,Anthong J.Calise和Friedrich S.Kramer以及C.M.Derling先后研究了在一定飞行状态下变结构系统对相对飞行模型误差的鲁棒性的影响。本文将讨论飞行状态（空域,速度等）变化情况下,VSS的控制效果,并以某型无人机为例,与传统的PD控制结果进行比较。研究将集中于飞机的纵向运动控制。     

毫米波波束编码技术在无人机智能集群中的应用

毫米波波束编码技术由于其速率高、抗干扰能力强的优点被认为是无人机智能集群通信网络的重要解决方案。但在无人机智能集群的通信场景中,多种原因造成的机体不稳定抖动会使通信波束产生小角度偏转,引起通信质量的下降,从而影响无人机集群的控制与决策。针对这一问题,提出一种面向无人机集群通信的自适应波束设计方法。首先,根据传感器回传的机体波束抖动情况建立等效信道模型,随后利用量化的信道模型参数建立目标函数并获得理想的波束编码向量,在此基础上利用几何贪婪算法对其进行分解。仿真结果表明,提出的集群波束编码方法能够有效提高均值通信速率,同时相较于其他的系数分解算法,有效降低了计算复杂度。     

多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响

为进一步提高无人机(UAV)遥测链路传输容量,分析了无人机多输入多输出(UAV-MIMO)天线间隔、阵列等结构参数对信道容量的影响。建立了无人机MIMO基于散射体三维几何分布的单跳同心椭圆(GBSBCERS)信道模型,结合机载MIMO天线布局方案,给出了无人机MIMO信道矩阵及遍历容量的表达式。数值仿真表明,受无人机远距离通信的影响,信道容量与天线间隔呈正比变化;且相比于线阵布局,圆阵布局虽然受到无人机姿态变化的影响,但仍具有较高的信道容量。通过分析多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响,对设计实现高速无人机数据链具有实际意义。     

空时分组编码的无人机中继通信航迹规划方法

无人机(UAV)中继通信是实现远距离点对点无线通信的一种重要技术手段。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出基于空时分组编码的无人机放大转发中继通信传输方案,并基于双跳链路遍历容量最大化的准则给出了无人机最佳航迹规划方法,并进一步利用FM-EM算法给出了基于空时分组编码无人机中继通信系统的中断概率及遍历信道容量计算公式。计算机仿真表明:提出的方法显著优于传统的单发单收(SISO)无人机中继通信系统。     

Real-time ray-based channel generation and emulation for UAV communications

A real-time ray-based hardware emulator for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) communication channels which suits for the Three-Dimensional (3D) dynamic scenarios and considers the movements of both terminals is developed in this paper. The time-variant channel parameters, i.e., ray delay, ray gain, and ray Doppler frequency are precalculated in the host by using the Ray Tracing (RT) method. Meanwhile, RT simulation dramatically increases the number of valid rays. To address the problem of resource limitation and huge computational burden in the implementation, an efficient ray coefficients generation method based on iteration is proposed and implemented. With the advantages of low cost and high flexibility, a Software Defined Radio (SDR) hardware platform is used to emulate the ray-based UAV channels by utilizing the compact architecture including the Time-Division (TD) scheme and Tapped-Delay Line (TDL) for channel convolution. Finally, hardware measurement results demonstrate that the properties of emulated channel, i.e., Power Delay Profile (PDP) and Doppler Power Spectrum Density (DPSD) consist with the simulated ones, which verifies the correctness of hardware implementation. The proposed channel emulator provides an efficient way for optimization, verification, and evaluation of UAV communication systems.     

Topology tracking of dynamic UAV wireless networks

Wireless network is the communication foundation that supports the intelligentization of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) swarm. The topology of UAV communication network is the key to understanding and analyzing the behavior of UAV swarm, thus supporting the further prediction of UAV operations. However, the UAV swarm network topology varies over time due to the high mobility and diversified mission requirements of UAVs. Therefore, it is important but challenging to research dynamic topology inference for tracking the topology changes of the UAV network, especially in non-cooperative manner. In this paper, we study the problem of inferring UAV swarm network topology based on external observations, and propose a dynamic topology inference method. First, we establish a sensing framework for acquiring the communication behavior of the target network over time. Then, we expand the multi-dimensional dynamic Hawkes process to model the communication event sequence in a dynamic wireless network. Finally, combining the sliding time window mechanism, the maximum weighted likelihood estimation is applied to inferring the network topology. Extensive simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

Proactive optimization of transmission power and 3D trajectory in UAV-assisted relay systems with mobile ground users

In this paper, an Unmanned Aerial Vehicle (UAV)-assisted relay communication system is studied, where a UAV is served as a flying relay to maintain a communication link between a mobile source node and a remote destination node. Specifically, an average outage probability minimization problem is formulated firstly, with the constraints on the transmission power of the source node, the maximum energy consumption budget, the transmission power, the speed and acceleration of the flying UAV relay. Next, the closed-form of outage probability is derived, under the hybrid line-of-sight and non-line-of-sight probability channel model. To deal with the formulated nonconvex optimization, a long-term proactive optimization mechanism is developed. In particular, firstly, an approximation for line-of-sight probability and a reformulation of the primal problem are given, respectively. Then, the reformulated problem is transformed into two subproblems: one is the transmission power optimization with given UAV’s trajectory and the other is the trajectory optimization with given transmission power allocation. Next, two subproblems are tackled via tailoring primal–dual subgradient method and successive convex approximation, respectively. Furthermore, a proactive optimization algorithm is proposed to jointly optimize the transmission power allocation and the three-dimensional trajectory. Finally, simulation results demonstrate the performance of the proposed algorithm under various parameter configurations.     

无人机横侧向飞行控制系统研究

采用非相似余度设计思想,建立了无人机横侧向控制系统.对典型故障模式的控制系统进行了分析,结果表明该系统不但具有较好的控制品质,而且对单通道控制故障引起的干扰具有较好的抑制能力,可有效解决副翼故障可能导致的飞行事故问题,从而提高系统的可靠性.     

起落架四点布局无人机地面运动研究

以起落架四点布局无人机为研究对象,在考虑摩擦力、侧向力和角速率等各种因素的情况下,全面分析研究了四轮无人机地面滑跑时的运动特点和受力情况,建立了四轮无人机地面运动的动力学方程和运动学方程。在此基础上,对全量非线性模型进行了起飞、着陆时地面滑跑情况的仿真,仿真结果表明了系统模型的正确性。