基于调制卷积神经网络的空地数据链信道估计

针对复杂环境下空地数据链正交频分复用(OFDM)系统信道估计精度不足的问题,提出了一种基于调制卷积神经网络(MCNN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)结合的信道估计算法。利用最小二乘算法(LS)提取初始信道状态信息(CSI);利用MCNN网络提取初始CSI的深度特征,并对网络模型进行压缩;利用BiLSTM网络对最终CSI进行预测,实现信道估计。利用构建的空地信道模型生成信道系数数据集,实现神经网络模型的训练与测试。仿真结果表明:与传统算法和现有深度学习方法相比,所提出的信道估计算法具有更小的估计误差,高信噪比条件下的系统误码率(BER)性能提升接近一个数量级;由于引入了调制滤波器技术,随着神经网络层数增加,网络模型参数量大幅减少。      

基于LSTM的TTE网络速率约束流量预测

时间触发以太网（TTE）中的速率约束（RC）流量为事件触发流量,在RC流量动态调度的应用场景下,若能预测未来短时间内数条RC流量到达交换节点的序列,使交换节点提前进行调度决策,以减小RC流量时延,提高网络吞吐量。对RC流量到达序列预测问题进行了研究,建立了RC流量的到达序列模型,提出了基于长短期记忆网络（LSTM）算法的RC流量预测算法。利用OMNET++工具进行TTE网络仿真,得到多组混合关键性配置下RC流量的传输数据;以此作为输入样本对预测算法进行训练和测试。实验结果显示,LSTM算法在RC流量预测问题的准确率达到了70%以上。通过对比实验说明所提算法适用于RC流量预测场景。      

基于视频帧间运动估计的无人机图像车辆检测

基于人工智能(AI)芯片搭建轻量化深度神经网络,可以在无人机(UAV)机载端实现视频中车辆目标的自动检测,具有重要的应用前景。为此,提出了一种针对无人机图像车辆目标的检测方法,并在AI芯片上进行部署与测试。方法具体包括:结合无人机图像中车辆目标的尺寸范围,对MobileNet-SSD网络进行裁剪,构建轻量化单帧图像检测器;为解决小目标特性在轻量网络框架下引发的检测性能下降问题,引入帧间运动矢量估计,根据相邻帧信息辅助预测当前帧丢失目标的位置范围,并利用检测结果进行修正,实现丢失目标的再召回。通过对多个数据集进行融合与自动补充标注,搭建了一个高质量的无人机图像车辆目标数据集;同时将方法在基于RK3399芯片计算的嵌入式开发平台上进行实验验证,结果表明:搭建的网络能够显著减少存储资源占用,具有轻量化的特点;同时相比于单帧检测法,引入视频帧间运动估计方法可以有效提高检测精度,并在AI芯片上实现125.3 ms/帧的检测速度。      

基于DDPG的单目无人机避障算法

提出了一种基于单目相机的小型多旋翼无人机的连续避障策略。所提出的方法包括深度估计和导航决策两个模块。其中,在深度估计模块采用条件对抗网络对无人机采集得到的RGB图片进行训练预处理,在导航决策模块采用深度确定性策略梯度(DDPG)算法实现无人机的连续避障。在此基础上,对DDPG中的Actor网络进行改进,通过使用多模态网络代替原有策略网络,从而抑制无人机飞行震动,提高避障能力。最后,在Airsim仿真环境中进行测试,实验表明所提算法模型经过训练能够使无人机成功躲避障碍物并到达指定目标点,与原有算法相比避障轨迹得到明显改善。     

基于DCNN和全连接CRF的舌图像分割算法

针对中医舌诊中舌体分割不准确、分割速度较慢且需要人工标定候选区域等问题,提出了一种端到端的舌图像分割算法。与传统舌图像分割算法相比,所提算法可以得到更为准确的分割结果,并且不需要人工操作。首先,使用孔卷积算法,可以在不增加参数的条件下扩大网络的特征图谱。其次,使用孔卷积空间金字塔池化（ASPP）模块,令网络通过不同的感受野学习舌图像的多尺度特征。最后,将深度卷积神经网络（DCNN）和全连接的条件随机场（CRF）相结合,细化分割后的舌体边缘。实验结果表明:所提算法优于传统舌图像分割算法和主流的深度卷积神经网络,具有较高的分割精度,平均交并比达到了95.41%。      

基于改进AdaBoost.M2算法的自动调制识别方法

针对同族调制类型通信信号识别难度大、深度学习模型普遍存在泛化能力弱的问题，基于经典AdaBoost.M2算法，提出改进样本权重的AdaBoost.M2算法，用于解决大样本情况下学习率与加权后样本数据难以相适应的问题。改进后的新样本权重确保训练样本数据的数量级在加权后不变，并使算法更迅速地关注到难分类样本，提高了弱分类器综合性能，降低了加权投票模型中弱分类器重要性之间的差异。针对部分样本的统计特性易淹没于噪声中造成难分类问题，提出随机特征裁剪方法，使算法避免过度关注异常特征，降低了极难分类样本对AdaBoost.M2算法性能的负面影响，提升了算法的泛化能力，并以低信噪比数据进行实验验证。针对调制类型同族信号难分类的问题，选取同族调制类型的通信信号开展模型训练和测试。实验结果表明：相比于单一卷积长短时记忆全连接深度网络（CLDNN）算法，改进AdaBoost.M2算法对低信噪比PSK族类和QAM族类通信信号的测试集准确率分别提高了8.5%和11.25%，相比于直接集成CLDNN的经典AdaBoost.M2算法，测试集准确率分别提高了8.25%和6.5%。     

基于多任务辅助推理的近眼视线估计方法

眼动交互是头戴式虚拟现实(VR)/增强现实(AR)设备的关键操控方式, 如何进行高精度、高鲁棒性的非标定视线估计是当前VR/AR眼动交互的核心问题之一, 高效、鲁棒的非标定视线估计需要大量的眼图训练数据和高效的算法结构做支撑。在现有基于深度学习的近眼视线估计方法的基础上, 通过添加多任务辅助推理模块, 增加网络结构的多阶段输出, 进行多任务联合训练, 在不增加视线估计测试耗时的前提下, 有效提升视线估计精度。在模型训练时, 从视线估计网络结构的多个中间阶段引出多个眼部特征的辅助推理并行网络头, 包括眼动图像的语义分割、虹膜边界框及眼部轮廓信息, 为原始视线估计网络提供多阶段中继监控, 在不增加训练数据的基础上, 有效提升视线估计网络的测试精度。在国际公开数据集Acomo-14与OpenEDS2020上的验证实验表明, 与无辅助推理的网络相比, 所提方法精度分别得到了21.74%与18.91%的效果提升, 平均角度误差分别减少到1.38°与2.01°。      

一种基于Gabor深度学习的无人机目标检测算法

随着智能控制技术的不断成熟,无人机给军事领域带来快速发展的同时也带来了威胁.因此针对空中飞行的无人机进行实时检测的任务需求,设计了一种基于Gabor深度学习的无人机目标检测算法.首先,搭建基于Gabor滤波器的深度神经网络,输入的图片经过该网络进行网格化划分,用以特征提取;然后,针对每个格子的特征利用回归算法计算其中物体的位置信息,并利用分类算法计算物体的类别信息,对以上得到的回归和分类结果进行筛选、融合得到最终的检测结果;最后,采集空中飞行的无人机真实数据构建数据集,在此基础上进行网络模型训练和算法验证.     

基于角色切换策略的多无人机协同区域搜索

针对存在随机分布目标的区域快速搜索问题开展研究,考虑无人机有限通信能力和探测信息的实时回传需求,提出了一种基于角色切换策略的多无人机协同区域搜索方法。首先,考虑各无人机平台的历史搜索信息和协同搜索收益,基于概率传感器模型构建了多无人机协同区域搜索求解框架;其次,基于4项无人机节点重要性的评价指标,采用改进逼近理想解排序法（TOPSIS）完成无人机节点重要性评估,通过无人机角色动态切换实现了区域搜索过程中协同搜索收益与网络连通性的平衡;最后,考虑机间防撞、通信保持、无人机运动学等约束条件,利用分布式滚动时域优化方法完成各无人机在线运动规划,实现多无人机协同区域搜索。仿真结果表明了所提方法的可行性和有效性。      

基于智能优化箱粒子滤波的移动机器人FastSLAM

针对传统FastSLAM算法需要大量粒子构建地图导致计算复杂度高、难以提高估计精度等问题,研究构建了一种基于智能优化箱粒子滤波（IOBPF）的移动机器人FastSLAM算法。首先,将萤火虫算法（FA）的动态寻优机制引入箱粒子滤波（BPF）,建立了箱粒子的荧光亮度更新公式、吸引度计算公式和位置更新公式,使箱粒子集智能化地向高似然区域移动,避免了箱粒子的退化现象。然后,以改进的智能优化箱粒子滤波进行机器人位姿估计,并采用扩展区间卡尔曼滤波（EIKF）完成地图的构建和更新。移动机器人的模型仿真和实体实验结果表明:所提智能化FastSLAM算法可有效提升箱粒子的性能,并降低地图构建所需粒子数,从而显著提高FastSLAM的定位精度和地图构建的鲁棒性。      

基于时空图卷积网络的无人机网络入侵检测方法

无人机网络相比地面网络具有节点快速移动、拓扑结构变换频繁和通信链路不可靠的特点,传统的针对地面网络的入侵检测方法难以适用。针对无人机网络的时空动态特性进行建模,提出了一种无人机网络的入侵检测方法——基于注意力机制的时空图卷积网络（ATGCN）。将图卷积网络和门控递归单元组合为时空图卷积网络,从复杂多变的数据中提取网络的时空演变特征,通过注意力机制提取和入侵检测最相关的特征,输入支持向量机进行分类预测。多个数据集的实验分析表明:所提方法能够适应无人机网络的动态性和不稳定性,相比传统检测方法准确率高且误报率低,具有良好的鲁棒性和适应性。      

基于混合粒子滤波的载波估计算法

针对粒子滤波载波估计算法的高复杂度、粒子退化及贫化问题,提出了一种基于混合粒子滤波的载波估计方法.该方法引入多阶马尔科夫模型,采用多个非零均值高斯分布的加权和来近似重要性函数的最佳选择,并根据最大后验概率准则规范粒子的迭代计算.仿真结果表明,在非高斯噪声环境下,低轨卫星通信TDMA/DEQPSK(Time Division Multiple Address/Differential Quadrature Phase Shift Keying)数据帧非合作接收载波估计时,与基于经典粒子滤波的载波估计算法相比,提高了粒子"效率",在误码性能相当的情况下,有效降低了计算复杂度.     

基于信息素决策的无人机集群协同搜索算法

针对无人机(UAV)集群在未知环境中无先验信息条件下的搜索问题,提出了一种以信息素为决策机制的无人机集群协同搜索算法。首先,考虑无人机通信约束,建立了有外部节点的星型网络通信和无外部节点的自组织网络通信2种形式的搜索模型。其次,通过环境地图向信息素地图映射的方法建立任务环境模型。将任务过程分为3个阶段,在搜索阶段,无人机通过不断地移动实现本机信息素地图的更新;在通信阶段,通过通信网络实现多机信息素地图的融合;在决策阶段,根据局部信息和全局信息做出决策,并将栅格信息素浓度作为决策函数来引导无人机的位置更新。基于信息素地图覆盖率来定量描述搜索效果。最后,仿真结果表明,所提算法能够对区域进行覆盖搜索,表现为搜索效率高、抗毁性强、受集群的初始位置影响小。      

无人机自主引导跟踪与避障的近端策略优化

针对无人机地面动态目标跟踪问题，建立了远距离自主引导与近距离伴飞避障2个阶段的马尔可夫决策过程模型。在此基础上，提出了一种改进的近端策略优化（PPO）算法。考虑到无人机接收到的数据具有时序性且环境状态存在上下文关联，所提算法采用长短期记忆（LSTM）网络，通过无人机与目标的实时位置关系等状态信息来计算奖励值，更新网络参数，并进行自适应优化迭代。通过基于ROS系统的仿真测试平台进行试验，结果表明：所提算法安全有效地实现了侦察任务全过程的自主机动，与传统的PPO算法相比，LSTM的引入缩短了模型训练时间，跟踪与避障的效率明显提高，进一步加强了算法的鲁棒性、准确性和实时性。     

基于扩展卡尔曼滤波的舰机相对位姿估测

通过将基于扩展卡尔曼滤波的长序列图像分析方法与单目视觉技术相结合,把无人机自主着舰视觉导引中舰机间相对位姿的估测,转化为机载摄像机对着舰靶标平面3D位姿的实时估测问题.首先根据透视投影理论,建立了以摄像机的透镜中心为原点且Z轴与光轴重合的摄像机坐标系和世界坐标系,然后利用机载摄像机连续拍摄的靶标图像序列,选择描述相对运动的3个欧拉角、平移向量及它们的速度作为状态变量;由靶标角点的提取和帧间匹配,建立了反映着舰靶标上特征点的图像坐标和状态变量之间关系的观测方程,带入扩展卡尔曼滤波器,估测出舰机的相对运动参数.计算机数据仿真和基于DSP平台的半实物仿真试验验证了算法的有效性和鲁棒性.      

航空高动态网络链路感知OLSR路由算法

针对航空高动态无人机（UAV）网络环境中节点移动速度快、网络拓扑变化快,导致网络链路稳定性差、数据到达率低和信息拥塞度高等问题,提出了一种航空高动态网络链路感知OLSR（OLSR-LA）路由算法,该算法利用接收的2个连续Hello消息的多普勒频移、能量等信号特征,计算出航空高动态无人机网络中2个相邻节点的相对速度和移动趋势,从而得出这2个节点之间链路的保持时间。根据节点MAC层接口队列长度衡量网络局部的负载程度,并利用ARIMA-WNN组合预测模型预测下一时刻节点负载的预测值,并通过Hello消息传递给邻居节点。根据链路感知情况,采用基于局部路由负载均衡（RRLB）算法避免拥塞的发生。仿真结果表明,与传统OLSR算法相比,本文提出的算法有效提高了分组交付率,降低了端到端的传输延时,增加了网络吞吐量,从而提高了整个无人机网络传输的有效性和实时性。