Optimization of beamforming and path planning for UAV-assisted wireless relay networks

Recently, unmanned aerial vehicles （UAVs） acting as relay platforms have attracted considerable attention due to the advantages of extending coverage and improving connectivity for long-range communications. Specifically, in the scenario where the access point （AP） is mobile, a UAV needs to find an efficient path to guarantee the connectivity of the relay link. Motivated by this fact, this paper proposes an optimal design for beamforming （BF） and UAV path planning. First of all, we study a dual-hop amplify-and-forward （AF） wireless relay network, in which a UAV is used as relay between a mobile AP and a fixed base station （BS）. In the network, both of the AP and the BS are equipped with multiple antennas, whereas the UAV has a single antenna. Then, we obtain the output signal~to-noise ratio （SNR） of the dual-hop relay network. Based on the criterion of maximizing the output SNR, we develop an optimal design to obtain the solution of the optimal BF weight vector and the UAV heading angle. Next, we derive the closed-form outage probability （OP） expression to investigate the performance of the dual-hop relay network conveniently. Finally, computer simulations show that the proposed approach can obtain nearly optimal flying path and OP performance, indicating the effectiveness of the proposed algorithm. Furthermore, we find that increasing the antenna number at the BS or the maximal heading angle can significantly improve the performance of the considered relay network.     

不同热值生物燃料燃烧特性数值模拟

采用标准k-ε湍流模型、涡耗散湍流燃烧模型、P-1辐射传热模型对二维简化燃烧室燃料甲烷气、沼气、生物质气的燃烧特性进行了数值模拟.通过比较不同截面的燃烧情况,分析燃烧室内的温度分布、NOx质量分数分布、流场结构,研究了不同热值燃料的燃烧特性.结果表明:在入口空气、燃料质量流量相同的条件下,随着燃料热值降低,燃烧温度降低,温度分布更均匀,NOx排放量减少,流动速度降低;适当调节余气系数,能改善燃烧效果,温度分布仍满足高热值燃料燃烧温度高于低热值燃料燃烧温度的规律;在生物燃料混合气中掺入不同热值的可燃成分,可改变混合气的热值,恰当的混合比例能更好地发挥生物燃料的作用.     

表面介质阻挡放电等离子体体积力实验

采用粒子图像测速(PIV)技术,在2200,4800,7300,14600Pa空气压力条件下,测量了高频高压表面介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)等离子体诱导流场.根据速度场和N-S方程求解了等离子体体积力分布,分析了空气压力和激励器电压对等离子体体积力影响.实验结果表明:相同空气压力时,激励器电压越高体积力越大.相同激励器电压时,体积力随空气压力升高减小.在体积力分布区域,体积力方向一致,较大体积力区域分布于体积力方向线上游,流场高速流动区域紧挨较大体积力分布区域,位于体积力方向线下游.     

基于CTM的终端区交通流参数关系研究

为研究终端区空中交通流宏观时空特性及演变规律,利用时间离散的差分方程方法建立终端区进场交通流元胞传输模型,分析推导了交通流基本特性参数间的数理关系;借助NetLogo系统仿真平台对终端区进场交通流进行数据仿真与模拟推演,统计验证了交通流基本特性参数及其间相互关系,并利用真实雷达数据验证了仿真数据的可靠性;比较分析管制间隔对终端区空中交通流特性参数的影响规律。研究结果表明,进场交通流的速度与密度、速度与流量、流量与密度之间存在明显的相互影响关系,且管制临界密度与管制临界流量直接影响关系曲线拐点位置。     

基于ANSYS的机翼动力学分析

针对无人机在挂载导弹飞行和发射导弹时,无人机机翼由于受到多种载荷影响所产生的应力应变,应用ANSYS软件动力学分析,计算模拟了机翼在受到多种载荷影响时所产生的应力分布和应变量。分析结果表明,由于外挂物重量和机翼周围气动流场的影响,机翼会产生不同程度的颤振和扭转,其研究结果对合理设计机翼结构具有一定的参考意义。     

基于空中交通管制运行品质的扇区容量评估

扇区容量反映的是扇区空中交通管制运行品质诸多要素综合寻优下的流量水平,目前将扇区管制员工作负荷阈值映射为扇区容量的评估方法存在片面性。为改善扇区容量评估方法,以成都进近南扇为研究实例,采集198组实际运行数据建立样本集,确立了涵盖空中交通流密度、管制运行安全性能、管制运行效率性能及管制员工作负荷等4类因子的管制运行品质量化指标,并基于主成分分析法实现了扇区管制运行品质综合评价,经函数拟合确定扇区容量为29架次/h,新方法更具科学性、客观性。     

多跑道航班进离场动态调度模型与算法

针对民航运输快速发展导致的航班延误频增现象,研究了多跑道航班进离场的动态调度问题。研究时段内航班的总延误成本最小和延误时间均衡为目标,综合考虑根据机型确定的航班进离场调度优先权和管制员负荷,建立多跑道航班进离场调度模型,利用遗传算法对模型进行仿真验证。仿真结果与先到先服务(FCFS)调度方式进行比较,采用遗传算法的航班进离场调度比FCFS的延误成本降低了45.07%,延误时间降低了37.90%,同时有效地均衡了航空公司的延误时间,保障了航空公司的公平性并提高了跑道系统容量,降低了管制员负荷。通过仿真验证了多跑道航班进离场动态调度策略具有较强的优势和可行性。     

气垫悬浮技术的应用研究

航空制造业对飞机的装配时间和装配质量提出较高要求,建立移动式生产线可有效提高飞机的装配效率和质量。结合Q400机身对接产品移动式生产线的建立,对气垫悬浮装置的工作原理和特点进行深入研究,着重对移动型架的结构进行设计说明和有限元分析,对气垫装置的布置、数量、驱动力等主要技术参数进行详细地计算分析。通过将气垫悬浮装置应用于移动式生产线,证明该装置满足飞机装配高质高效的要求。研究结果可作为其他飞机移动式生产线设计的参考和借鉴。     

无人直升机悬停低速段的不确定性仿真验证

在无人直升机控制律的设计过程中,需要对无人直升机进行建模,并对飞行中产生的一些不确定性因素进行仿真验证.目前,很多不确定性因素的描述是在非线性的环境中加入一些简单的扰动,然而能够确切地描述无人直升机动态特性的非线性模型在MATLAB中很难搭建.为此,文章从工程研究的角度,提出了在无人直升机线性模型组的基础上进行不确定性仿真验证的方法,从物理特性的角度描述无人直升机在悬停低速飞行时的对象特性不确定性,选择不确定或扰动因子;在MATLAB中建立了仿真模型,进行了无人直升机悬停低速段不确定性的验证.此方法简单、快速,并且能正确地反应无人直升机悬停低速段的不确定性,具有一定的工程意义.     

无人直升机自动着舰导引控制设计与验证

针对无人直升机自动着舰的特点和需求,研究着舰导引轨迹生成,进行着舰导引轨迹跟踪控制设计,并通过仿真和飞行试验验证跟踪控制的精确性。