摘要：针对未来航空集群作战的全新网络需求,提出了"航空集群云网络"的概念,设计了网络通信层面与任务需求层面耦合机制,为航空集群网络的具体通信技术研究提供了参考,并在此基础上结合基于正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)的可变带宽信道分配技术设计了一种面向航空集群云网络的媒体接入控制协议(aeronautic swarm cloud network oriented media access control protocol,ASCN-MAC)。详细设计了协议的任务需求认知机制,为智能化任务规划决策提供了通信支撑,并从需求出发,基于OFDMA的特点,提出了面向任务需求的层次化信道资源预约方式和信道资源贪婪预约算法。仿真结果表明,ASCN-MAC协议在任务规划决策的通信支撑能力、吞吐量性能和实时性上均具备较强的优势,可以满足新的作战样式下大量面向任务需求信息的可靠低时延传输。对全新作战样式下新一代航空数据链的研究具有一定的参考、借鉴意义。

摘要：软件定义网络(SDN)的发展为机载网络构建提供了全新的设计思想。针对航空集群环境下控制平面的可扩展性问题,研究了混合层次式架构下的多控制器部署问题。首先,为实现对底层传输节点的弹性管控,通过扩展控制层级定义了本地控制器资源池。然后,为减少时间复杂度,实现本地控制器的快速部署,将传统的多控制器直接部署转化为子域划分和域内部署两个步骤,提出了基于节点密度排序的子域划分算法和基于改进多目标模拟退火的域内控制器部署算法。实验结果表明:与已有算法相比,所提算法在保证控制器的负载均衡基础上,可以有效减少网络控制链路的平均时延和平均失连率,同时时间复杂度更低,能够适用于大规模及动态网络环境下的控制器部署场景。

摘要：针对无人机(UAV)集群在有向通信拓扑和存在通信时延条件下的时变编队控制问题进行了研究。建立了无人机集群二阶离散时间系统模型,基于无人机自身实时信息和相邻无人机带通信时延的状态信息,设计了分布式编队控制协议。通过理论分析,得到了无人机集群能够实现时变编队的充要条件,给出了可行的期望编队的表达式。在集群通信拓扑有生成树的条件下,分析了控制协议中待定参数和状态更新周期满足的耦合约束条件,并给出了参数设计的流程。仿真结果表明:即使在较大的通信时延下,所设计的控制协议也能实现无人机集群时变编队控制,验证了理论分析的正确性和有效性。

摘要：针对集群无人机背景下定向天线网络拓扑设计的NP-hard特点,基于网络高抗毁、低功耗、高稳定性等要求,以抗毁性(3-连通)、链路量、链路功耗和稳定性为奖励,提出了一种具有精英策略的深度强化学习通信网络拓扑生成算法,验证了精英经验池加速训练效果。与传统DQN相比,引入精英经验池能够有效加速模型收敛,训练时间减少3倍以上。与遗传算法相比,算法分离了训练与使用过程,当网络训练完成后,能够根据场景需要实时计算通信网络拓扑。实验阶段设计了随机给定空间位置的6节点、10节点、24节点和36节点的3-连通通信网络拓扑。实验结果表明:所提算法具有强的实时性和适用性,对于不大于36节点的网络,可在183 ms内实现网络拓扑的更新计算,达到了实际应用的实时性要求。

摘要：研究二阶多智能体系统在固定、有向通信拓扑条件下的离散时间一致性问题.针对每个智能体,采用基于速度、位置的分布式控制协议,分析速度、位置增益系数以及采样周期等参数对系统一致性的影响.结果表明,要实现二阶多智能体系统的一致性控制,在保持个体之间通信拓扑有生成树的同时,控制协议中的各个参数还必须满足一定的约束条件.系统拉普拉斯矩阵的特征值和采样周期对系统能否实现渐近一致起到了关键的作用.最后,给出一致性控制中参数设计的一种可行方法,并通过仿真对理论分析的正确性进行验证.

摘要：针对当前航空电子网络无法满足复杂战场环境下航空编队协同作战需求的现状,对综合模块化系统航空电子网络与软件定义网络进行介绍,从航空编队协同作战实际应用的角度出发,分析传统航空电子网络架构在编队协同作战条件下的局限性。结合航空编队协同作战的信息交互需求,构建软件定义多平台航空电子网络架构,并在此基础上分别对该架构的数据平面与控制平面进行设计与描述。仿真结果表明,该网络架构可使信息接收平台在单位时间内获取的信息价值更高,并保证信息快速收敛于当前执行任务,为软件定义多平台航空电子网络应用于未来战场中的航空编队协同作战提供理论支撑。

摘要：针对孪生区域候选网络(RPN)易受干扰且目标丢失后无法跟踪的问题,引入锚框掩码网络机制,设计一种新型孪生RPN模型。设置多尺度模板图片,并将其与目标图片进行卷积操作,实现全图检测以避免目标丢失。通过对前三帧图片的IOU热度图进行学习,预测连续帧目标锚框掩码,简化计算并排除其他目标干扰。在VOT2016和OTB100数据集中的实验结果显示,该模型对VOT2016数据集检测帧率达到24.6 frame/s,预期平均覆盖率为0.344 5,对OTB100数据集的检测准确率和成功率分别为0.862和0.642。基于摄像头采集数据的目标丢失及干扰测试表明,该模型具有良好的抗干扰性与实时性。

摘要：研究了在切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制问题。基于一致性控制理论,对具有2阶积分特性的无人机集群设计了构型变换控制协议,为使无人机集群能够实现特定构型变换并保持特定速度,在控制协议中引入编队参考向量。给出了在通信拓扑切换情况下无人机集群实现特定构型变换并保持特定速度的充分必要条件。在通信拓扑图保持连通的条件下,利用Lyapunov稳定性理论证明了无人机集群系统稳定性,并利用代数黎卡提方程理论给出了控制协议中参数矩阵的设计方法。数值仿真结果验证了所设计的控制协议有效性。

摘要：为提高无人机飞行的安全性,提出了一种自主飞行的无人机地理围栏算法。首先,通过对原始地理围栏缩放并进行顶角平滑与自相交检测处理,提出一种对凹凸地理围栏普遍适用的地理围栏预控制层生成算法;然后,在传统射线法的基础上加入缓冲距离以解决交点数误判问题,利用改进的射线法进行地理围栏越界探测,且针对存在越界危险的无人机设计了一种越界航点重规划方法及相应的边界保持自主控制控制律;最后,利用四旋翼无人机搭建的实验系统进行了验证。仿真及实验结果表明:无人机能够在避免地理围栏越界的基础上尽可能小地修正原飞行路径,证明提出的地理围栏算法有效,能够保证自主飞行的无人机在地理围栏内的飞行安全。

摘要：针对无人机集群需要在指定时间内完成构型变换的情况,研究了具有一阶积分特性的无人机集群构型变换固定时间一致性控制问题。基于一致性方法设计了编队控制协议,引入编队参考向量,并通过构造Lyapunov函数,证明了在通信拓扑连通条件下无人机集群系统能够实现固定时间一致性并完成期望构型变换。以四旋翼无人机为基础搭建实验验证系统,并进行二维飞行验证,实验结果证明了本文所提方法的有效性。