空中交通CPS级联失效与缓解策略

为有效缓解空中交通级联失效，改进传统负载-容量模型，并发现容量调节参数存在级联失效临界值；建立空中交通物理信息系统（CPS）模型，定义节点正常、拥堵和失效3种工作状态，提出度分配、介数中心性分配和剩余容量分配等节点流量分配策略，以此缓解航路网和管制网的级联失效，建立网络正常率指标来评估策略实施效果。以中国华东地区空中交通CPS为实例分析，结果表明:在节点介数中心性分配策略下，网络抵御级联失效的能力较强，最先从崩溃状态开始恢复；节点剩余容量分配策略下，各节点可以充分发挥接收额外流量的作用，网络级联失效最早恢复至正常状态，缓解效果较好。      

基于复杂网络的车载自组织网络脆弱性分析

车载自组织网络(VANET)作为智能交通的重要基础应用，其安全稳定地运行是交通系统乃至社会经济可持续发展的需要。以最大连通度、连通分支平均规模、全局网络效率等参数为脆弱性测度指标，基于复杂网络理论，应用车辆仿真软件(VanetMobiSim)建立了VANET网络拓扑模型，详细研究了在随机攻击和蓄意攻击模式下脆弱性量化指标随节点移除比例的变化关系；通过仿真实验分析了节点密度、信号辐射半径及不同攻击策略对VANET脆弱性的影响。仿真结果表明:VANET在蓄意攻击下比较脆弱，基于节点介数的蓄意攻击效能最强；节点密度、信号辐射半径越小，VANET连通性越差，网络越脆弱。所提方法和结果为VANET拓扑控制优化和网络管理决策提供了理论依据。      

基于复杂网络的空中交通复杂性识别方法

在空中交通管理中，识别空中交通复杂性是一项重要工作。目前的算法多采用飞机密度、机群、滞留程度等宏观指标对复杂性进行评价。利用复杂网络理论描述空中交通状况，将空域中的飞机视为节点，飞机与飞机之间距离小于彼此的机载防撞系统（ACAS）通信距离时开始构成连边，以此构建飞行状态复杂网络模型，可以更好地描述网络内部的微观特征。选取环边数、节点强度、平均聚类系数、介数中心性和网络效率等拓扑特性指标，对动态空中交通状况进行了研究。在此基础上，采用独立主元分析（ICA）在线识别空中交通复杂性，将交通顺畅的情况作为训练数据集进行处理，根据SPE统计量、I2统计量和I_e2统计量的变化来识别复杂性情况。仿真结果表明，所提方法可以较好地识别空中交通复杂性。      

函数调用网络的结构属性及其静态鲁棒性

通过对开源软件tar和MySQL源码的分析，构建基于函数调用的有向软件网络模型，研究函数调用网络的度分布、聚类系数等多个结构属性。结果表明，多个主要软件模块的耦合才使得整个函数调用网络具有高聚类特性；节点的依赖度(影响度)与节点的出度(入度)存在正相关性；节点的依赖度与影响度具有负相关性。基于有向软件网络鲁棒性的弱连通和强连通指标，采用不同节点攻击策略验证函数调用网络的静态鲁棒性。研究结果表明，对于tar网络，高出度策略对网络的弱连通性具有最佳的攻击效果；对于MySQL网络，高入度策略对网络的弱连通性具有最佳的攻击效果。      

管制-飞行状态相依网络模型及特性分析

管制员和航空器是管制系统的关键所在，两者紧密关联、相互依存，分析其间的相互关系，能够加深对管制系统的理解，更好地维护其运行效率。为此，首先构建了一种由飞行状态网络和管制网络相耦合所组成的相依网络模型。其中，飞行状态网络由空中的航空器和彼此之间位置关系决定；管制网络由管制扇区及其之间的移交关系确定。然后根据管制员对航空器的调配难度确定依存边的权重。最后依据构建原则模拟生成人造网络，对该网络的节点度、点强和加权聚类系数以及网络效率和鲁棒性进行了分析。分析结果表明:所构建的相依网络模型能够反映管制员和航空器之间的相互关系，管制节点重要程度高于航空器节点。      

恶劣天气下机场离场航班运行韧性评估及恢复

为保障恶劣天气下机场整体性能,科学评估机场离场航班运行韧性,提高航班恢复能力,从而有效缓解天气的影响。给出机场离场航班运行定义,从机场离场航班运行系统性能出发,分析航班离场延误时间、离场总延误时间、离场航班正常率和机场离场航班运行系统综合韧性指数4个指标,对系统在恶劣天气条件下的韧性变化进行评估;提出机场离场航班运行系统性能恢复策略,利用遗传算法对离场延误航班进行优化排序;以2012年北京首都国际机场“721”特大暴雨事件为实例进行数据分析,得到暴雨影响下首都机场的性能指标和韧性指数,对比分析机场离场航班运行系统性能及韧性水平变化。研究结果表明：受暴雨影响,机场离场航班运行系统综合韧性指数由0.457 3下降到0.062 8,暴雨减小后上升到0.222 3;在进行航班优化排序后,离场航班总延误时间减少了24.85%,优化后机场性能恢复速度提升了13.89%,优化后的机场离场航班运行系统最小韧性指数提升了13.38%,系统性能优先恢复至初始状态,表明所提恢复策略有效。     

基于弹性的体系组件重要度及恢复策略

体系(SoS)在遭受内部或外部的干扰时性能会受到影响,体系结构作为体系设计和构建的基础,其弹性不仅是反映体系性能恢复能力的一个重要指标,更是体系演化性的重要体现。提出了一种基于弹性的体系结构评价方法,对体系的组件或系统进行重要度分析(CIMs)。首先,给出了体系结构弹性的明确定义并构建了相关的数学模型,综合权衡了性能损耗与恢复时间对体系组件重要度的影响;其次,通过分析不同的干扰事件和恢复策略,构建了基于重要度分析的体系弹性优化模型,并重点分析了其对体系性能恢复的影响;最后,以某体系结构的弹性评价为例,对本文提出的模型和方法进行了验证,优化后的恢复策略使体系性能的恢复效率有显著的提高。     

虚拟层次化无线mesh网络信道分配策略

为了获得具备良好的用户分集效果和路由稳定性的无线mesh网络,提出了一种虚拟层次化网络架构.这种无线mesh网络将临近节点聚合为虚拟小区,该小区内部节点不仅能够直接通信,还具有路由转发功能.虚拟小区内部节点之间的连接构成虚拟的底层网络,虚拟小区之间的连接则构成虚拟的顶层网络.为解决虚拟层次化无线mesh网络的信道资源分配问题,提出了一种图着色模型——广义集合T-coloring模型.该模型以虚拟小区为无线信道的分配单位,并采用射频防卫度为无线信道的干扰约束指标,在保证网络连通性的前提下,既降低信道干扰又提高信道利用率.采用虚拟小区分裂方式进一步增加了网络容量也提升了信道分配公平性.仿真结果验证了该策略的有效性.     

一般令牌网络的性能分析

提出了一般令牌网络的性能分析模型,在模型中,访问方式为“循环策略”,消息包到达各站点服从Ｐｏｉｓｓｏｎ分布,消息包到达率不完全相同,消息包长度既有常数也有负指数分布,根据随时过程的理论导出令牌循环时间Ｔ的均值和方差的一般解析表达式,同时应用排队论的方法进行一步分析了平均消息延时,平均消息长度和逻辑环路利用率。     

基于航路点布局的多目标网络结构优化方法

为了提高区域航路网络结构的科学性、减轻飞行流量增长对网络运行带来的压力,提出了基于航路点布局的多目标网络结构优化方法。首先,考虑区域航路网络的组成要素,设计了反映网络综合性能的优化目标和约束条件以形成优化模型。然后,建立基于节点移动、融合、分解的航路点布局策略,进而给出优化模型的求解步骤,并利用NSGA-Ⅲ算法完成模型求解。最后,对北京飞行情报区部分区域航路网络进行仿真分析,结果表明,使用NSGA-Ⅲ算法得出的区域航路网络具有良好的综合性能。最优网络在满足约束条件的同时,保证了运行费用和非直线系数基本不变,并使得飞行冲突系数减少了10.8%。可见,所提优化方法能有效提升区域航路网络的经济性、安全性和可行性,符合中国现行空域环境和管理体制。      

Ionospheric response to the 3 August 2010 geomagnetic storm at mid and mid-high latitudes

The global ionospheric response to the geomagnetic storm occurred of 3 August 2010 is studied in terms of the ionospheric parameter foF2. Data from three longitudinal sectors (Asia/Pacific, Europe/Africa and America) are considered. Some new aspects of the storm time ionospheric behavior are revealed. Results of the analysis show that the main ionospheric effects of the storm under consideration are: (a) prior to the storm, Japanese, Australian and American stations show increases in foF2, irrespective of the local time. (b) During the main phase, the stations of mid latitudes of the American sector show positive disturbances (in the pre-dusk hours), which subsequently change to negative. (c) During the recovery phase of the magnetic storm long-duration positive disturbances are observed at mid-low latitudes of the African chain. Also positive disturbances are observed in the Australian sector. In the European sector long-duration negative disturbances are seen at mid-high latitudes during the last part of the recovery phase while at mid-low latitudes a positive disturbance is seen, followed by a negative disturbance. In general, the ionospheric storm effects show a clear hemispheric asymmetry.     

基于扩张状态观测器的泵控电液伺服系统滑模控制

以泵控电液伺服系统为研究对象，提出了一种基于扩张状态观测器的滑模位置跟踪控制策略。首先，利用奇异扰动理论对泵控电液伺服系统的数学模型进行降阶处理，得到降阶泵控电液位置伺服系统数学模型。其次，针对泵控电液伺服系统工况的复杂性及外负载干扰问题，设计了扩张状态观测器对系统干扰在线观测，同时该观测器还可以对活塞杆的位置和速度信号进行估计。然后，利用观测到的干扰信号及速度信号，基于滑模控制理论设计了滑模变结构控制算法，对所提出的控制策略的稳定性进行了理论分析。最后，利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真平台，搭建了泵控电液伺服系统的联合仿真模型，对算法的可行性及有效性进行了仿真验证。仿真结果表明，所设计的扩张状态观测器能对干扰进行精确估计，基于扩张状态观测器的滑模控制策略的位置跟踪性能显著优于PID控制器和传统滑模控制器，且对外部干扰力具有较强的鲁棒性，提高了泵控电液伺服系统的控制性能。      

基于改进积分视线导引策略的欠驱动无人水面艇路径跟踪

路径跟踪控制是无人水面艇（USV）自主完成各项任务使命的关键技术之一,受到国内外运动控制领域的普遍关注。为提高风浪流等外界环境干扰下,无人水面艇（USV）路径跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人水面艇的路径跟踪问题,提出了2种改进积分视线（ILOS）导引策略,并基于改进导引策略和反馈控制思想实现了无人水面艇水平面的路径跟踪。与传统ILOS导引策略相比,第1种改进策略具有变积分增益能够避免积分饱和及超调现象;第2种改进策略在前者的基础上将前视距离设计为时变量,使得无人水面艇操纵更加灵活,其中积分增益和前视距离均为垂直距离误差的不同函数,引导无人水面艇灵活快速地跟踪期望路径。基于级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,控制系统为全局k-指数稳定（GKES）的,理论分析和仿真实验证明了算法的有效性和先进性。      

二阶多智能体系统自抗扰编队跟踪与避撞控制

在多智能体编队的目标跟踪任务中，智能体受环境中的障碍物的遮挡作用会丢失目标，而外部扰动会影响系统的时变编队跟踪的控制效果。为此，研究了这两种因素同时存在情况下的二阶多智能体系统时变编队跟踪和避撞控制。采用基于目标跟踪优先级的切换拓扑控制策略以实现在障碍物遮挡环境中对目标的持续跟踪，根据自抗扰理论设计包含扰动补偿项的编队跟踪控制器。首先，基于一致性方法提出切换拓扑下自抗扰时变编队跟踪控制协议，并给出一种基于跟踪微分器的编队指令生成方法；其次，设计了求解控制参数的算法并给出协议作用下系统的稳定性分析和证明；然后，基于人工势场法设计避撞控制协议；最后，提出障碍物遮挡环境下自抗扰时变编队跟踪控制协议。仿真实验结果表明:所设计的控制协议在上述两种因素存在时仍具有良好的控制效果。      

多体卫星高稳定度智能控制方案研究

卫星上大型挠性天线的加减速运动会对星体产生较大的扰动,影响了星体姿态的指向精度和稳定度.运用Lyapunov稳定性理论,设计了变结构和神经网络控制器,并在星体前馈中引入扰动补偿力矩,从而保证星体姿态角速度在不确定性干扰下能以指数形式收敛到某一给定的有界范围内,仿真证明了姿态的稳定度满足给定的指标要求.