一种基于编队的航空自组网混合式路由协议设计

航空自组网(AANET)是移动Ad Hoc网络(MANET)在航空通信领域的应用,具有快速、灵活组网及自组织、自我修复等优点。针对表驱动及按需路由协议用于航空自组网的缺陷,且考虑到航空节点大多存在编队飞行的特点,提出一种新的基于编队的混合式路由协议,并于QualNet仿真平台实现。结果表明,该协议在减少路由条目数量,降低路由开销上有明显优势。     

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。     

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。     

基于无线自组网技术的甲板通信系统研究设计

介绍一种基于无线自组网技术实现的IP集群通信系统,并在此基础上进行舰船飞行甲板无线通信系统方案设计.该通信系统可以实现多种媒体、多种方式的通信,并可方便快速地进行群组管理,同时系统具有丰富的网络接口,具有较好的可扩展性和自适应性.     

基于自组网策略的多机编队与防撞任务研究

近年来多旋翼无人机编队飞行技术取得了巨大的突破,将无人机技术与自组网技术相结合将会促进无人机集群技术的发展。为了促进无人机编队飞行技术的发展,以5架六旋翼无人机为研究对象,重点研究了基于自组网策略的多旋翼无人机队形组成、队形保持、队形重构以及飞行过程中的避碰策略,设计了数据闭环的地面编队控制软件并进行试飞验证。测试结果表明,该数据闭环地面编队控制软件稳定可靠,实现了编队队形组成、保持、重构以及在队形变换过程中的机间避碰等功能,对多旋翼无人机编队飞行工程化实现具有一定的参考价值。     

面向任务需求的模块化无人机配置方法

为了实现成本约束下面向任务需求的模块化无人机（UAVs）高效配置,基于无人机需求集和模块备选元素集,构建了任务需求与模块备选元素之间的关联矩阵;以无人机总体成本为约束条件,建立了需求满意度评价模型,引入了改进粒子群算法以获得无人机专用模块的最优配置方案,并通过算例与其他2种优化算法对比,验证了本文优化算法的有效性,进而提出了一种面向模块化无人机的配置方法。以某任务场景为例,在预定成本约束下构建了3型无人机的模块配置方案,并与文献中的单兵无人机参数配置进行对比,验证了配置方案的合理性。结合不同配置方案的成本计算结果表明,提出的模块化无人机配置方法能够实现无人机性能、成本与多种任务用途需求的协同匹配。在此基础之上,开展了模块化无人机多个配置方案单体成本、面向任务运用成本的对比分析,探讨了无人机配置参数对其单机及集群运用成本的影响规律,间接验证了本文算法对无人机单机及集群运用成本控制的支撑作用。     

基于军网的无人机远程维修保障及模拟训练专家系统研究

为解决无人机维修保障力量薄弱的问题，本文提出了一种基于军网技术的远程维修保障和模拟训练智能专家系统。首先对专家系统的结构模型和功能模型进行了设计，其次阐述了用户管理模块、远程故障诊断模块、可视化模块、数据库维护模块、模拟训练模块等5个专家系统的主要功能模块的实现方法，最后介绍了专家系统的安全防护措施。分析表明，该专家系统可以提高无人机维修保障效率，提升维修保障人员故障诊断能力。     

面向无人机空中加油紧密编队的鲁棒控制方法

针对无人机空中加油紧密编队系统鲁棒控制问题,提出了一种基于障碍函数的自适应干扰观测器的分布式鲁棒编队控制方法。对固定翼无人机外环动力学模型进行转换,构造了具有非匹配和匹配扰动的二阶多体系统简化模型,并基于障碍函数设计了相应通道的自适应干扰观测器;利用邻机状态信息定义了相应的一致误差函数,在此基础上,基于编队系统通信拓扑结构,引入干扰补偿机制,开发了空中加油无人机紧密编队系统分布式鲁棒控制器,以实现理想的异构无人机编队跟踪控制性能。基于Lyapunov稳定性理论,分析了闭环系统的稳定性和收敛性。最后,通过将所提方法应用在由不同型号的1架加油机和2架受油机构成的编队系统上,进行数值仿真验证。所得到仿真结果与理论分析一致,验证了设计的干扰观测器和控制器的有效性。     

面向林火持续侦察的多无人机分布式控制方法

为解决目前面向林火持续侦察多无人机（UAV）协同控制实用性与自主性不足的问题,基于蔓延速度诱导元胞自动机（SVICA）林火蔓延算法、无人机与传感器建模,构建了较为真实的三维多无人机火场侦察仿真环境与侦察效能指标,提出了一种面向林火持续侦察的多无人机双层分布式控制架构,在行动层基于强化学习训练的人工神经网络（ANN）,实现了有风条件下无人机自主火场环绕与地形跟随功能,在策略层设计通过时域均匀分布算法进行各无人机空速的离散自主调节,最终达到多无人机林火持续侦察时域分布的均匀性与即时性目的。通过一系列数值仿真实验,验证了所提出的无人机分布控制策略在无人机损失和补充突发情况下的自适应性。基于无人机数量与侦察效能指标关系的实验与研究,定义了无人机出动阈值并验证了无人机长时间出动回收策略。最终实验结果表明,针对林火持续侦察任务,所提出的多无人机分布式控制方法具备一定的有效性与实用性。     

Cooperative Routing for Maximizing Network Performance of Wireless Networks

To greatly increase spectral efficiency and improve network performance in wireless networks,a novel cooperative routing algorithm,namely maximum throughput cooperative routing(MTCR) algorithm,is proposed.According to cooperative link model,throughput analysis is presented to evaluate performance improvement in the process of exploiting cooperative commu-nication from physical layer to higher layer.Taking the throughput improvement as performance metric,a cooperative relay se-lection scheme is developed.Finally,based on the route constructed by adaptive forwarding cluster routing(AFCR) algorithm,each node on the route selects the optimum cooperative node from all the potential cooperative nodes to construct the coopera-tive link with maximum throughput so that cooperative route with maximum network throughput from source to destination can be set up.Simulation results show that compared with the noncooperative routing algorithm and minimum power selection de-code-and-forward(MPSDF) routing algorithm,the proposed algorithm can obviously improve network throughput in the pres-ence of low transmission power,large number of nodes and high spectral efficiency.     

无人机定寿方法研究

针对无人机结构特点,建立寿命评估模型,用结构有限元法、疲劳实验法、类比定寿法、概率统计法对无人机关键部件或关键部位进行疲劳寿命评估,综合分析后确定无人机寿命。     

Core-based Shared Tree Multicast Routing Algorithms for LEO Satellite IP Networks

A new core-based shared tree algorithm, viz core-cluster combination-based shared tree （CCST） algorithm and the weighted version （i.e. w-CCST algorithm） are proposed in order to resolve the channel resources waste problem in typical source-based multicast routing algorithms in low earth orbit （LEO） satellite IP networks. The CCST algorithm includes the dynamic approximate center （DAC） core selection method and the core-cluster combination multicast route construction scheme. Without complicated onboard computation, the DAC method is uniquely developed for highly dynamic networks of periodical and regular movement. The core-cluster combination method takes core node as the initial core-cluster, and expands it stepwise to construct an entire multicast tree at the lowest tree cost by a shortest path scheme between the newly-generated core-cluster and surplus group members, which results in great bandwidth utilization. Moreover, the w-CCST algorithm is able to strike a balance between performance of tree cost and that of end-to-end propagation delay by adjusting the weighted factor to meet strict end-to-end delay requirements of some real-time multicast services at the expense of a slight increase in tree cost. Finally, performance comparison is conducted between the proposed algorithms and typical algorithms in LEO satellite IP networks. Simulation results show that the CCST algorithm significantly decreases the average tree cost against to the others, and also the average end-to-end propagation delay ofw-CCST algorithm is lower than that of the CCST algorithm.     

适于低轨卫星IP网络的单核共享树组播算法(英文)

为了解决低轨卫星IP网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费问题,本文提出了一套单核共享树组播算法,即核心群合并共享树(CCST)和加权核心群合并共享树(w-CCST)算法。CCST 算法包括动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法。DAC方法专为周期、规律运动的低轨卫星网络提出,不需要复杂的星上计算。在核心群合并方法中,以核节点作为初始核心群,通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展直至整棵组播树构建完成,从而使得组播树的树代价最小,大大提高了网络的带宽利用率和组播传输效率。w-CCST 算法中所提出的加权因子可以调整树代价和端到端传播时延之间的折衷程度,因此,可以通过调整加权因子来适度增大树代价、降低端到端传播时延以支持某些端到端时延要求苛刻的实时组播业务。最后,与低轨卫星 IP 网络中典型算法进行了性能比较,仿真结果说明,CCST 算法的平均树代价比其它算法显著降低,w-CCST 算法的平均端到端传播时延小于 CCST 算法。     

一种无人机高度传感器信息融合方法

在无人机(UAV)飞行控制系统(FCS)中,针对单一高度传感器测量精度有限,难以满足高精度高度定位需求的问题,提出一种信息融合方法。为了提高定位精度,在机上安装多个传感器测量高度,根据飞行控制系统高度状态方程,充分利用各传感器的测量信息,采用Kalman滤波技术,估计真实高度和大气数据计算机(ADC)的测量偏差,从而进行修正。仿真表明,所得结果的精度高于任何单一传感器的测量精度。因此,该方法有效地提高了系统高度信息获取的准确度。     

无人机着陆控制的特征结构配置方法实现

针对无人机纵向着陆系统的控制需求,采用特征结构配置方法的设计方案。阐述了全状态反馈理论基础上的特征结构配置的原理以及根据设计指标确定特征结构配置的方法,并对某型无人机纵向飞控系统动态响应进行分析,给出仿真实例。仿真结果表明,应用特征结构配置方法设计出的控制器,能够使飞机准确地跟踪期望轨迹,满足系统动态性能要求。在工程中具有一定的实用价值     

无人机编队队形保持控制器的分散设计方法

针对无人机编队中邻近无人机的数学模型相互耦合的特性,提出了一种分布式编队队形保持控制器的分散设计方法。将无人机编队模型分解成解耦部分和关联部分。对解耦部分直接使用鲁棒控制方法设计控制器,对关联部分采用改进的关联系统分布式控制方法设计控制器。将两个控制器结合起来,控制无人机编队飞行。仿真结果表明:该控制器可以控制无人机编队,在定常运动和机动过程中,都能收敛到期望队形,并且对外界干扰具有一定的鲁棒性。控制器设计过程是分散的,涉及的计算的维数和单个无人机模型的维数相当,具有运算量小的优点。     

一种无人机螺旋桨安装特性预测方法

针对用风洞试验选配无人机推进式螺旋桨费用较高的问题,提出用一根螺旋桨的装机风洞试验数据来推算几何参数相同而桨叶安装角不同的一组螺旋桨的装机特性的方法。方法由风洞试验数据计算出螺旋桨桨叶的当量拉力和扭矩系数,通过调整桨叶攻角推算安装角不同的螺旋桨的推力和扭矩特性。计算结果与试验结果的对比表明方法在桨叶安装角变化较小时是准确的。     

中低空太阳能无人机高效螺旋桨设计方法

目前对于常规螺旋桨和高空螺旋桨的设计较多,而对中低空太阳能无人机螺旋桨的研究很少,因此提出一种针对中低空太阳能无人机的高效率螺旋桨设计方法。根据太阳能无人机的飞行跨度曲线,选取爬升和主要巡航高度为设计点,首先基于Betz 最小能量损失的设计准则和片条理论及其逆向推导,计算各设计点下的弦长与桨距角分布;然后根据飞行跨度曲线对各设计点的计算结果进行权值分配,得到最终的设计弦长与桨距角分布;最后基于CFD 数值模拟技术,在验证算法的基础上对设计的螺旋桨进行仿真计算。结果表明：与使用常规螺旋桨相比较,在允许功率范围下,本文设计的螺旋桨效率在整个任务周期的飞行包线内均有明显提升,满足设计要求。     

DATCOM在飞翼无人机飞行运动建模中的应用

动力学建模所需的气动导数一般均采用传统的方法,如流体力学(CFD)或者采取实际的模型进行风洞试验估算,有一定局限性。本文通过DATCOM软件对某大型飞翼无人机进行分析,更快更方便地得到了空气动力系数,再利用Matlab中的相关函数进行数据插值,结合无人机刚体运动模型建立一个以M文件为主体的六自由度仿真模型,并进行了模型开环仿真,仿真结果能一定程度揭示出无人机的实际飞行运动规律。