Optimization of bits allocation and path planning with trajectory constraint in UAV-enabled mobile edge computing system

In this paper, an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) enabled Mobile Edge Computing (MEC) system is studied, in which UAV acts as server to offer computing offloading service to the Mobile Users (MUs) with limited computing capability and energy budget. We aim to minimize the total energy consumption of MUs by jointly optimizing the bit allocation for uplink, computing at the UAV and downlink, along with the UAV trajectory in a unified framework. To this end, a trajectory constraint model is employed to avoid sudden changes of velocity and acceleration during flying. Due to high-order information in use, we lead to a more reasonable nonconvex optimization problem than prior arts. An Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM) method is introduced to solve the optimization problem, which is decomposed into a set of easy sub-problems, to meet the requirement on the efficiency in edge computing. Numerical results demonstrate that our approach leads a smoother UAV trajectory, significantly save the energy consumption for UAV during flying.     

考虑潜在威胁区的航天器最优规避机动策略

随着一系列轨道转移飞行器的工程化实施,航天器可能面临的非合作交会威胁日趋严重。针对该问题,根据交会机动的特点定义了新的规避机动指标——潜在威胁区,相较于传统的相对距离和碰撞概率等规避指标,潜在威胁区更适合航天器在面对非合作交会追踪器时进行规避机动,能够有效提升航天器的抗交会能力。首先,建立追踪器多脉冲最优交会模型,以此为基础给出潜在威胁区的定义与计算方法;然后,以潜在威胁区弧长为优化目标,建立了目标器最优规避模型,采用遗传算法进行目标优化;最后,根据所建立的双层优化模型进行数值仿真,以初始相距100km为初始条件进行仿真并计算得到了使潜在威胁区为零所需规避脉冲值,验证了文中模型的正确性,结果显示所定义的潜在威胁区弧长随着规避脉冲的增大呈严格的单调递减关系。研究为在轨航天器在面对非合作交会时提供了有效的规避策略,提升了航天器的空间生存能力。     

基于部件分解法的运载火箭RCS仿真计算方法

为估算运载火箭的RCS（Radar Cross Section,雷达散射截面积）,采用部件分解法对运载火箭进行电磁散射几何建模,根据飞行过程中运载火箭和雷达的几何关系建立雷达照射目标视线角的计算模型,并运用高频散射理论提出运载火箭RCS的仿真计算方法;最后,对运载火箭的静态RCS和动态RCS进行仿真计算与分析.结果表明：对运载火箭电磁散射几何建模合理可行,提出的火箭RCS计算方法可以满足工程应用需要.采用该方法仅修改几何建模中的模型结构和部分尺寸参数即可方便计算不同型号运载火箭的RCS特性,可以为航天测控雷达系统设计和布站优化提供依据.     

常见寿命分布组件初始贮存方案评估及优化

针对"长期贮存,一次使用"装备初始贮存方案评估及优化问题,分析了常见寿命分布组件的可靠度模型,建立了贮存期内组件及装备完好数量评估模型;以达标概率指标为约束条件,组件初始购置费用为优化目标,建立了组件初始贮存方案优化模型,提出了基于边际效益值的优化方法,开展了算法复杂性分析。算例分析表明,所建初始贮存方案评估模型的评估精度较高,优化后的初始贮存方案能够在满足达标概率要求的同时,使得组件购置费用最低。边际优化算法在保持计算精度的同时有效提高了计算效率。提出的模型和优化算法能够为装备保障人员制定合理的装备单元贮存方案提供决策支持。     

白天激光漫反射测距中微弱信号检测的单开门多触发方法

白天激光漫反射测距因存在强背景噪声,导致微弱回波信号的检测十分困难,严重限制了激光漫反射测距的广泛应用。因此,提出了采用单开门多触发方法解决白天激光漫反射测距的微弱信号检测难题。首先,介绍了一种GM-APD (Geiger-ModeAvalanchePhotoDiode,盖革模式雪崩光电二极管)多触发概率分布函数的快速求解方法。接着,取激光漫反射测距系统典型参数,理论分析了多触发情况下的回波信号检测概率,分析结果表明单开门多触发方法可提高激光漫反射测距在白天情况下的回波信号检测概率。同时,通过对触发次数限制的优选,可以增加有效检测比,减少白天观测条件下回波信号的提取代价。最终,通过系统仿真验证了理论分析结果的正确性。因此,单开门多触发方法是解决白天激光漫反射测距微弱信号检测的可行途径之一。     

一种新的玫瑰扫描目标跟踪边界重心法

针对自动寻的导弹玫瑰扫描目标跟踪方法中由于扫描过程非线性引起的目标采样非线性,导致求取目标重心算法的运算量和计算误差大等问题,提出了一种基于格林公式的、新的求取目标重心的边界重心法,该方法仅使用目标边界上的采样点。通过对运算量和计算误差的理论分析,与现有的权重重心法相比,本方法可以有效解决采样不均匀的问题,同时运算量减少了90%,误差仅为权重重心法的下界。另外,本方法也可用于基于图像信息的凝视目标跟踪等类似算法中来提高跟踪准确性及运算速度。     

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.     

基于多核并行计算的超燃冲压发动机一维模型实时性研究

在发动机控制系统设计中,为了缩短设计周期、降低研发成本,需要建立面向控制的、较为精确的、实时性高的超燃冲压发动机性能计算模型,以保证模型精度、提高计算速度为研究目标,基于多核高性能计算仿真平台,开展了面向控制的超燃冲压发动机一维模型实时性优化工作。运用简化计算流程、改进C语言程序、开拓缓存区等方法有效提高了一维模型计算速度。创新性地尝试了计算流体力学并行化方法,对隔离段和燃烧室一维模型进行结构分解。计算网格平衡分配至多个中央处理器,并借助核间数据通讯实现多核并行计算。与串行模型计算结果对比,七核并行计算模型性能参数偏差不超过0.1%,全工况仿真时间小于30ms,计算耗时较优化前缩短了75%以上。实时性优化后的多核并行模型计算精度高、速度快、收敛性好,可以作为超燃冲压发动机控制系统设计和半实物仿真验证平台。     

考虑鸟撞的航空发动机叶片动态拓扑优化设计

为了实现航空发动机冷端风扇叶片在考虑鸟撞情况下的轻量化设计,从结构拓扑优化计算的角度出发,对该问题展开深入的研究并提出具体的解决方案。针对叶片优化中存在的优化模型建立,结构动态工况优化,多条件约束并存处理,多工况联合优化等关键问题,进行了理论上的深入分析研究,阐述了结构多约束、多工况动态优化的理论基础,并结合相应的数值计算平台,提出了风扇叶片分步优化计算的方案,对航空发动机叶片进行拓扑优化计算。计算结果显示,最终的叶片轻量化结构满足所有鸟撞与离心载荷多工况的优化约束条件,拓扑结构中材料分布合理,在满足适航条例强度要求的同时质量减少达37.9%,具有一定的实际参考应用价值,同时所提出的动态优化计算方案,在工程结构的动态优化中具有广阔的应用前景。     

空中交通流量优化管理

研究了空中交通流量管理中的机场流量最优化问题,提出了解决目前日益严重的拥塞问题的一种方案,将机场流量利用最优化问题分解为两个子问题,以折考虑解的最优性及求解复杂性,针对两个子问题,提出了一种折考虑解的最优性及求解复杂性的线性规划数学模型,利用该模型,可以最有效地发挥系统功能,同是保证飞机飞行过程的有效隔离,最后,还给出了具体的实例分析,证实了所建模型的实用性。     

脉冲子结构与有限元刚-弹混合连接的子结构方法

航天器结构的日益复杂庞大对系统级的动力学建模仿真以及进一步的结构优化提出了巨大挑战。为提高动力学求解效率,通常引用动态子结构方法。本文利用适于处理瞬态冲击问题的脉冲子结构(IBS)方法,并对其进行改进,将基于脉冲响应函数(IRF)的子结构与有限元建立的子结构综合,同时考虑刚性、弹性以及刚-弹混合连接情形下的子结构综合格式。通过3个数值算例,验证了方法的正确性。最后将刚-弹混合连接下的子结构方法应用到月球探测器软着陆的动态响应预测,结果表明该方法适于对月球探测器软着陆动态响应进行高精度快速预测,并且可以应用于月球探测器的局部动力学结构优化。     

空战中机群编队分层优化算法

针对机群编队优化计算复杂的问题,提出了一种分层优化算法。根据敌我双方的距离、角度、速度以及飞机导弹、雷达的性能,建立了多机协同任务分配模型。根据空战中常用的基本飞机队形,对敌方机群编队进行分层,对每层分别计算己方对选取各种基本队形时的任务分配结果和队形优化优势值,通过比较得到己方机群编队的每层最优队形,当得到己方每层的最优队形之后,将己方每层最优队形进行组合解码就可得到己方机群编队的最优队形。仿真结果表明该方法能有效地解决机群编队队形优化问题,并且该算法具有较好的实时性。     

反舰导弹命中概率模型研究

根据现代海战的特点,结合敌我武器装备的实际,对反舰导弹的命中概率计算模型进行了构造和分析,同时针对具体实例,进行了仿真计算及结果分析。     

飞机综合航电系统总体设计综合评估方法

 航空电子系统的费用 效能是飞机总体系统效能的重要组成部分，也是降低飞机寿命周期费用的关键之一。在航空电子系统的总体设计阶段，传统的系统评估和优化方法主要针对的是独立子系统/设备的费用或效能指标。综合航电系统设计方案的费用 效能重要指标包括：可支付性、构型能力、任务能力、可靠性、维修性、测试性和技术风险，以组合的方式获得了相应的综合评估准则，给出了计算公式。以某新研航电系统作为实例演示了综合评估方法的实施情况，演示的重点集中于总体设计方案的可视化量化评估分析。该综合评估方法已显示出其在实际工程设计中的可行性和应用价值。     

基于N-S方程的旋翼翼型优化设计方法

将N—S方程流场分析程序和序列二次规划结合起来，提出了一种工程实用的直升机旋翼翼型设计方法，以提高旋翼翼型在悬停、前飞和机动等多个设计点及在多种约束条件下的气动性能。由N—S方程计算得到的升力、阻力等气动参数构成目标函数，应用数值优化程序对其进行最优化。计算实例表明：本方法设计质量高，所需机时少，易于实施，有较大的工程应用价值。     

旋转弹气动力建模与飞行轨迹仿真

运用一种自回归滑动平均(ARMA)的时域气动力建模方法,以计算流体力学与刚体动力学(CFD/RBD)耦合仿真的输出结果为样本,对旋转弹的非定常气动力进行建模。利用建立的气动力模型与刚体动力学方程求解模块耦合,实现了旋转弹轨迹的快速仿真,并讨论了不同的建模方式对仿真精度的影响。算例结果表明:采用气动力模型与刚体动力学方程耦合仿真技术可以在不同初始发射条件下进行旋转弹飞行姿态与运动轨迹预测,且与CFD/RBD仿真结果吻合较好,证明ARMA气动力建模方法可以在保证旋转弹轨迹预测精度的同时大幅缩短仿真时间,节省计算资源。     

基于可变减载率超速控制的双馈异步风机参与微电网调频研究

为了使双馈异步风机(DFIG)能够更好地参与微电网频率调节并减少有功控制成本,综合考虑风机向微电网输送有功功率和提供备用容量参与系统调频两方面因素,提出了变减载率超速控制法。计及风速出现概率,采用概率加权求和法,考虑减载成本、调频效益和调频恢复成本求解超速控制成本(COC),得到变减载率曲线。通过对一个含DFIG的微电网系统进行仿真分析,验证所提方法可有效改善微电网频率动态特性,减少风机有功控制成本,有利于微电网的稳定运行。     

同时考虑基本变量和失效域模糊性的广义失效概率数字计算方法

针对基本变量和失效域均具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种基于模拟退火优化的高效数字计算方法。在数字模拟的过程中,由模拟退火优化的Metropolis准则逐渐优化提取样本的重要抽样密度函数。由于基本变量和失效状态均含有模糊不确定性,因此所提算法在构造重要抽样函数时考虑了两个因素的影响,其一是基本变量的等价联合概率密度函数,其二是状态变量对模糊失效域的隶属函数,从而使得对广义失效概率贡献大的样本出现的概率较大,提高了抽样效率和计算精度。所提算法在模拟退火逐渐寻优的过程中,充分利用了过程中的信息,进一步提高了计算的效率,算例的结果也表明本文所提方法是合理可行的。     

Nonlinear order reduction of structural dynamic aircraft models

New methods for nonlinear order reduction of structural dynamic aircraft models described by nonlinear differential equations have been developed. The methods are based on singular perturbations, weak coupling and cost functionals for selecting the physical states of the reduced order model, computing and analyzing the reduced order model. By introducing a formally affine nonlinear model structure, the cost functional vector optimization yields closed expressions for the reduced order system. Via Lagrange multipliers, even constraints with regard to the reduced order system can be considered, only extending these closed expressions. This leads to the notion of smaller and control-oriented realizations. Moreover, a unified approach to structural dynamic aircraft modeling for loads analysis and for structural dynamic control is developed, which allows us to apply the new reduction methods directly to both problems. Here, the methods are applied to a structural dynamic aircraft model in order to achieve a very low order model, suited for structural dynamic controller design.     

Task allocation and reallocation for fault tolerance inmulticomputer systems

The goal of task allocation in a set of interconnected processors (computers) is to maximize the efficient use of resources and thus reduce the job turnaround time. Proposed is a simple yet effective method to allocate the tasks in multicomputer systems for minimizing the interprocessor communication cost subject to resource limitations defined by the system and designer. The limitations can be viewed as results from the load balancing since the execution time of each task, the number of available processors, processor speed, and memory capacity are known to the system or designer. As the number of processors increases, the probability of a failure existing somewhere in the systems at any time also increases. Very few established task allocation models have considered the reliability property. In multicomputer systems, we define system reliability as the probability that the system can run the tasks successfully. After the (nonredundant) task scheduling strategy is defined, tasks are then reallocated to processors statically and redundantly. This is a form of time redundancy, in which if some processors fail during the execution, all tasks can be completed on the remaining processors (but at a longer time). Due to static preallocation of tasks this method is simpler and thus more practical than well-known dynamic reconfiguration and rollback recovery techniques in multicomputer systems. We demonstrate the effectiveness of the task allocation and reallocation for hardware fault tolerance by illustrations of applying the methods to different examples and practical communications network multiprocessor system