毫米波通信定位一体化自组网资源分配技术

毫米波通信链路具有低延迟、高速率和高定向性的特点,能够实现高速率自组网通信和高精度节点定位。在通信定位一体化背景下,研究了毫米波自组网中的多用户资源分配问题。系统采用基于正交频分多址(OFDMA)的多用户通信定位一体化框架,推导了基于位置估计误差界(PEB)和方位估计误差界(OEB)的多用户定位性能准则和基于数据速率的通信准则,建立了时域和频域的资源分配优化问题模型,在保障链路通信速率的前提下,最优化用户的定位性能指标。为了求解上述混合整数非线性规划问题,引入广义Benders分解算法,将优化问题分解为主问题和子问题进行迭代求解,得到有效的资源分配结果,最后通过仿真验证了资源分配对定位与通信性能的影响以及算法的有效性。     

星间链路数量受限的导航卫星网络链路分配问题

对星间链路数量非常有限、需要同时满足星间测距和星间通信需求的导航卫星网络的链路分配问题进行了研究。首先,分析了导航卫星网络的特点,并设计了一种基于有限状态自动机(FSA)的拓扑处理机制。然后,将星间测距需求作为一个约束,以星间通信的延时性能为优化目标,将导航卫星网络的链路分配问题建模为一个多目标优化问题。最后,针对建立的多目标优化问题,分别提出一种基于首次改善(FI)的本地搜索算法和基于模拟退火(SA)的启发式优化算法以对链路分配问题进行求解,并提出一种基于分支交换策略的新链路分配生成方法。仿真结果表明,通过FI算法和SA算法获得的优化链路分配的网络延时性能均得到了改进,且SA算法的性能要优于FI算法;同时,FSA的状态持续时间的减小有利于获得网络延时性能好的链路分配。     

一种基于多无人机的中继节点布置问题建模与优化方法

针对战场环境下急需在无法通信的节点间构建有效通信链路的情形,使用多无人机作为中继节点,建立了中继节点布置(RNP)问题模型。模型以中继链路有效和无人机安全为约束,以中继布置点位置及相应的无人机为输出,不但考虑了使用的中继无人机数量,还考虑了构建中继链路花费的时间。考虑到该问题是难以求解的混合整数多目标优化问题,同时在紧急应用情形下,要求求解算法快速有效,建立了一种多项式时间中继节点布置算法(PTRPA)。仿真实验验证了所提模型确实能够在更短的时间内完成有效中继链路构建;通过Monte-Carlo方法对比和分析不同因素对PTRPA算法、随机抽样算法、遗传算法求解该问题的结果性能和时间性能的影响,验证了PTRPA算法不但能够给出接近最优的解,且快速有效,满足战场决策需求。     

基于遗传算法的无人机自组网吞吐量优化方法

在一些紧急情况下,无人机自组网可以为特定地域提供通信服务。无人机自组网中的每架无人机相当于一个路由器,通过无线链路形成一个网络,以实现中继通信的目的。吞吐量是一个重要的网络性能指标,无人机节点的位置对其有一定影响。首先从无人机位置和终端选择两个方面分析了无人机自组网吞吐量的影响因素;其次,建立了无人机自组网吞吐量优化的数学模型;再次,提出了一种基于遗传算法的无人机位置优化算法,使无人机网络的吞吐量最大化;最后,使用Matlab从性能、位置约束半径（PCR）的影响和粒度半径（PSR）的影响三个方面对该算法进行了仿真。结果表明,通过控制无人机位置,吞吐量可以达到预期目标,优化速度与PCR和PSR有关。     

支持差异化服务的航空信息网络切片策略

针对航空集群各作战任务对网络性能需求的差异，研究了灵活耦合任务需求的航空信息网络切片问题。按照任务特性定义网络切片类型及性能特征，以任务资源需求为约束构建切片性能最优化整数规划模型，将网络切片构建问题分解为平台资源聚类和链路资源聚类2个步骤，提出了基于粒子群的平台资源聚类算法和基于感知节点的链路资源聚类算法。平台资源聚类阶段通过基于聚类因子排序的粒子群聚类算法进行迭代求解；链路资源聚类阶段，以各网络切片性能和链路负载率为优化目标，在平台资源聚类的基础上完成链路资源聚类。研究结果表明：所提算法构建的航空信息网络切片可满足不同任务对平台资源以及网络传输能力的需求，平台资源利用率和链路负载率显著改善。     

功率约束下低相关旁瓣的通导一体化波形研究

通信导航一体化是未来无线系统的发展趋势,可以更加充分地利用频谱资源。设计了一种新的一体化波形,在实现通信符号传递的同时,利用其进行时延测距进而实现相应的定位导航功能。一种联合的优化目标函数被提出,其中以星座图上的范数误差衡量通信性能,以自相关函数的加权积分旁瓣电平衡量波形的定时性能。结合一体化系统的实际,在问题求解时同时考虑了波形总功率约束和波形恒模约束,并采用变量交替迭代优化的算法进行迭代求解。最后利用数值仿真验证了算法的有效性。     

航空自组网退避算法研究

退避算法是一种用于多用户共享无线网络信息传输冲突的解决策略,是航空自组网研究的重要方面。退避算法能有效减小多用户节点间的碰撞概率,提高节点接入信道的公平性,改善系统性能。本文对航空自组网的MAC层退避算法进行研究,并介绍了航空自组网的MAC层协议,研究了两种常用的退避算法在航空自组网模型下的退避性能。仿真结果表明:当信道忙闲程度一定时,随着请求接入用户数的增多,二进制退避算法和P-坚持算法的平均传输次数递增,但二进制退避算法的性能明显优于P-坚持算法。     

功率约束下低相关旁瓣的通导一体化波形研究

通信导航一体化是未来无线系统的发展趋势，可以更加充分地利用频谱资源。设计了一种新的一体化波形，在实现通信符号传递的同时，利用其进行时延测距进而实现相应的定位导航功能。一种联合的优化目标函数被提出，其中以星座图上的范数误差衡量通信性能，以自相关函数的加权积分旁瓣电平衡量波形的定时性能。结合一体化系统的实际，在问题求解时同时考虑了波形总功率约束和波形恒模约束，并采用变量交替迭代优化的算法进行迭代求解。最后利用数值仿真验证了算法的有效性。     

无人机自组网络多媒体数据传输路由算法研究

针对无人机自组网络多媒体数据传输中链路不稳定问题,提出了一种无人机自组网络多媒体数据传输路由算法。该算法在GPSR路由算法基础上,结合无人机多媒体通信的特点,充分考虑了位置、速度、运动方向这三个因素对选择下一跳节点的影响,从而达到同时兼顾三者和提高链路性能的目的。提出的算法具有开销小、可靠性高等优点,有效提高了分组交付率以及降低了平均端到端延迟,从而提高了无人机自组网络多媒体数据传输的性能。     

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。     

水下PNT体系信息架构及关键问题

卫星导航系统固有的弱点与脆弱性制约了其水下应用，因此针对水下用户的定位导航授时（PNT）信息需求，迫切需要建设可提供全时全域、实用有效、安全可靠的PNT信息服务的水下PNT体系。针对水下PNT体系的顶层设计问题，重点探讨了PNT体系架构的核心信息架构设计及相关关键问题。系统分析了水下PNT体系建设的特殊性以及水下用户对于水下PNT服务的需求。在水下PNT体系构建原则的基础上，重点介绍了感知层、预处理参量层、本地时空参数层、环境信息层、多源信息融合层、系统应用服务层、体系服务管理层等七层水下PNT信息体系架构。总结了水下PNT体系构建时所涉及的关键科学问题和技术问题，并分析了后续水下PNT体系的主要研究方向。     

浅析水下PNT体系及其关键技术

针对水下用户进行了梳理与分类,分析了水下用户对于PNT服务的需求,以及当前水下PNT体系的能力水平距离满足用户长期需求存在的差距。阐述了当前国际上水下PNT体系的建设现状,以及部分国家对于PNT体系建设的规划。在此基础上,分析了未来水下PNT体系的发展方向。最后,从水下PNT特殊性出发,总结归纳了包含惯性、重力/地磁匹配、水声导航、水下PNT能力评估等技术内容的水下PNT关键技术。     

水下PNT体系之声学导航定位技术应用展望CSCD

声学导航技术是水下PNT体系的重要组成部分,也是水下PNT建设的一种有效增量手段,应充分利用中高频声学导航技术的隐蔽性和精确性,以及低频声学导航技术的广域性,满足水下用户对水下导航定位能力的隐蔽性、广域性以及精确性需求,有效促进水下导航定位服务能力的持续提升。从水下应用需求出发,研究了声学导航的任务剖面、边界条件和融合方式等,明确其在水下应用的优越性与局限性,最后对我国未来声学导航技术水下应用提出了建议。     

通导一体化概念框架与关键技术研究进展

通导一体化是综合PNT体系发展的重要组成部分和关键方向。对通信导航一体化的概念进行了探讨，提出了通信导航弹性融合的概念框架。面向综合PNT体系需求，设计了通导一体网络化PNT系统架构，阐述了通导一体化关键技术的研究进展，从通导一体化信号、信道、接收处理、网络架构、网络管理等多个角度进行了全面系统的梳理和分析；介绍了低轨通导融合、区域自组网通导融合、5G+UWB协同等典型成果，并对网信场图、智能网管、博弈对抗等通导一体化技术未来发展方向进行了展望。     

通导一体化概念框架与关键技术研究进展

通导一体化是综合PNT体系发展的重要组成部分和关键方向.对通信导航一体化的概念进行了探讨,提出了通信导航弹性融合的概念框架.面向综合PNT体系需求,设计了通导一体网络化PNT系统架构,阐述了通导一体化关键技术的研究进展,从通导一体化信号、信道、接收处理、网络架构、网络管理等多个角度进行了全面系统的梳理和分析;介绍了低轨...     

双线程滑动窗口多系统GNSS超快精密定轨实现及评估

全球导航卫星系统（GNSS）超快精密定轨为GNSS实时应用提供了高精度空间基准。基于天地协同定位、导航与授时（PNT）网络服务中心实现了四系统GNSS卫星超快精密定轨,并对定轨结果进行精度评价。介绍了天地协同PNT网络的概念内涵以及网络服务中心部署的超快精密定轨软件架构和详细功能,并针对实时应用需求提出了一种双线程滑动窗口超快精密定轨策略。最后利用重叠弧段比较、与外部轨道产品比较以及卫星激光测距（SLR）检核3种方式对定轨结果进行了精度评价。结果表明,与武汉大学分析中心的最终事后精密轨道产品相比,四系统GNSS MEO卫星预报6 h弧段的径向均方根（RMS）误差整体在2~5 cm水平,BDS2 IGSO卫星最小一维RMS误差在10~15 cm水平;GPS和Galileo卫星的SLR检核残差均值在1~3 cm水平,标准差在3~6 cm水平,能够满足后续厘米级实时应用对空间基准的精度需求。     

基于低轨互联网星座的全球导航增强——机遇与挑战CSCD

针对当前卫星导航发展的瓶颈问题,结合当前低轨互联网星座蓬勃发展的趋势,提出了基于低轨互联网星座的全球导航增强系统建设方案。从新兴用户群体对PNT性能的需求、低轨互联网星座的优势、建设成本优势以及通导融合优势等角度出发,分析了低轨全球导航增强的发展机遇。从频率资源、功率资源以及收敛时间三方面,总结了发展低轨全球导航增强系统面临的挑战。在此基础上,为系统体制、信号体制以及系统建设提出了发展建议。最后给出了总结认为低轨全球导航增强采用天基监测+信号增强体制,信号落地功率有望提升15~30dB,收敛时间缩短至秒级,信号频段向Ka频段扩展,最终实现城市挑战性环境下快收敛、高精度、高完好、高安全、高可用的PNT目标。     

陆基超远程无线电导航发展研究

定位导航和授时(PNT)系统是保障现代社会正常运转必不可少的基础设施,为了提供可靠的PNT信息服务,需要研发不依赖于卫星导航的PNT系统。介绍了国内外陆基超远程导航系统的发展情况,提出了发展基于甚低频无线电信号的陆基超远程无线电系统架构、关键技术及发展建议,陆基超远程导航系统可以在卫星导航不可用时提供备份,对于构建冗余可靠的国家PNT体系、保障PNT信息的安全及可靠性具有重要意义。     

美国陆军PNT能力发展趋势分析

针对当前全球定位系统(GPS)易受干扰和攻击的影响,定位、导航与授时(PNT)系统需灵活应对多种复杂战场环境。分析了美国陆军未来发展先进PNT技术的背景,重点分析了美国陆军PNT能力的发展趋势,其中主要包括了伪卫星系统、车辆导航系统、惯性导航、定位、导航系统辅助传感器、导航传感器融合、导航仿生技术、授时、PNT建模与仿真、导航战技术应用、自主与人工智能在PNT中的应用等11个方面的发展趋势。最后给出了简要总结,认为美陆军将注重改进单兵和车辆态势感知能力,以提高未来支持战场指挥官的任务指挥和决策能力,同时重点关注了开放式系统架构、SWaP-C优化、自主技术和人工智能技术,以提升PNT的整体能力。     

2020年国外惯性技术发展与回顾

通过对IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议、PLANS会议和DGON ISS会议等惯性技术相关会议文献,以及惯性技术相关机构发布的一些动态信息进行梳理,总结分析了惯性技术领域的最新发展动态,并重点介绍了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺和加速度计等惯性器件的发展现状,以及美国为增强定位、导航与授时(PNT)能力采取的一系列举措和惯性相关组织机构的发展变化,最后对惯性技术领域的发展动向进行了分析和展望.