空地协同通信感知一体化系统的轨迹与资源分配联合优化

该文研究空地协同通信感知一体化系统,其中无人车(UGV)基站和无人机(UAV)中继集群组成空地协同网络,为用户提供通信服务,同时对目标区域进行探测感知。在更加准确的莱斯衰落信道模型下,研究联合优化无人机集群的通信感知关联、发射功率和飞行轨迹以及无人车基站的发射功率和行进轨迹,在目标区域感知频率和有效感知功率阈值的约束下,最大化用户最小平均通信速率。为了解决变量高度耦合且非凸的整数优化问题,首先利用块坐标下降法将原问题分解成4个子问题;接着引入松弛变量并将整数约束转化为惩罚项,然后证明莱斯信道下的有效感知功率是关于轨迹变量和松弛变量凸复合函数的联合凸函数;再利用连续凸优化法处理非凸项,并提出一种双层迭代算法高效求解次优解。仿真结果表明,与几种基准方案相比,所提优化算法在相同感知性能下,提高了用户最小平均通信速率,更好地实现了通信与感知性能之间的权衡,并具有良好的收敛性。

空地协同场景下具有隐私保护的高效异构认证方案

在空地协同场景下车辆与无人机频繁通信存在异构认证效率低、隐私容易泄露、计算开销较大等问题,为此提出高效的异构认证方案.设计基于Schnorr签名和物理不可克隆函数的高效异构认证协议以抵抗克隆攻击、物理攻击和重放攻击等安全威胁;设计基于模糊提取器和身份令牌的车辆假名生成方法,在保护用户隐私的同时准确追溯恶意车辆的身份信息,实现有条件的隐私保护;设计基于密钥共享的切换认证协议,减少认证过程中的计算量,降低认证过程中无人机的能量消耗.实验结果表明,所提方案有效提高了车辆与无人机认证效率,与现有方案相比,平均降低了54.8%的计算开销.

基于警用无人机运作的空地协同警务模式研究

警用无人机已成为公安机关开展“情报获取、指挥决策、行动处置”的重要手段,如何基于警用无人机运作实现空地可持续协同运作是“情指行”一体化作战效用提升的关键。针对当前空地协同运作中存在资源建设有限、协作保障不足、事权博弈内耗等问题,可在梳理协作目标制定合理性与协作机制运行有效性的应用逻辑基础上,建构空地协同警务模式可持续运行的优化方案。通过实现空地资源对等性、价值互认度、机制合理性,使警用无人机在场景化应用向协作性转变过程中,切实发挥空地协同的优势与效力,进一步构筑并完善立体化、信息化社会治安防控体系建设。

流域水政执法天空地协同关键技术与应用

任务来源:黄河下游河道清障遥感监测信息系统、黄河下游陶城铺至河口河道遥感监测、黄河上中游水政监察基础设施建设项目(一期)、黄河下游水政监察基础设施建设项目(一期)、黄委水政监察基础设施建设(二期)。任务书编号:黄规计〔2009〕123号、黄规计〔2013〕28号、水规计〔2014〕151号、水规计〔2014〕148号、水规计〔2017〕380号。执行期限:2009年至今。牵头单位:黄河水利委员会信息中心。项目负责人:齐予海。

密林环境空地协同GNSS/UWB快速高精度定位技术

针对密林中卫星信号遮挡难以实现快速高精度定位的问题,提出了一种密林环境空地协同全球卫星导航系统/超宽带(GNSS/UWB)高精度定位方法。该方法综合考虑无人机平台在空旷环境快速运动与超宽带的强穿透性测量等特征,通过无人机携带GNSS/UWB集成化载荷,以移动单基站模拟多基站,配合密林中UWB标签组网测距,完成密林中UWB标签定位。对基站布设方案展开研究,为密林环境下空地协同GNSS/UWB快速高精度定位技术应用提供基站布设指导和依据,并且利用密林环境下实测测距实验+仿真定位实验对提出的方法进行验证。结果表明,所述方法可有效实现密林环境下的快速高精度定位,精度达到分米级,并且通过优选基站布设网型、范围及高度可有效提高定位精度,为密林环境下快速高精度定位方法提供了理论支撑。

从规则驱动到群智涌现:多机器人空地协同研究综述

多机器人空地协同系统作为一种在搜索救援、自主探索等领域具有广泛应用前景的异构机器人协作系统,近年来受到研究者的高度关注.针对限制空地协同系统自治性能的低智能性、弱自主性挑战,如何增强个体智能、提高群体协同自主性是加快空地系统应用落地亟需解决的关键问题.近年来,随着以深度学习、群体智能为代表的人工智能(Artificial intelligence,AI)算法在感知、决策等领域的不断发展,将其应用于空地协同系统成为了当前的研究热点.基于空地协同的自主化程度,总结从规则驱动到群智涌现不同协作水平下的空地协同工作,强调通过增强个体智能涌现群体智慧.同时,构建并拓宽空地协同群智系统的概念及要素,阐述其自组织、自适应、自学习与持续演化的群智特性.最后,通过列举空地协同代表性应用场景,总结空地协同所面临的挑战,并展望未来方向.

面向动态目标搜索与打击的空地协同自主任务分配方法

面向复杂城市环境中的运动目标搜索与打击任务,单域无人平台受视野范围和运动能力等限制,易出现目标遗漏和任务完成率低的问题。针对这些问题,提出一种面向动态目标搜索与打击的空地协同自主任务分配方法,通过结合无人机视野范围广以及无人车机动性强的特点,提升空地无人系统的任务执行效率和区域覆盖率。一方面,针对未知运动目标,提出一种基于数字信息素的目标搜索模型,以平台协同收益和区域覆盖率为优化指标,保证在尽可能短的时间周期内发现区域中的所有目标。另一方面,面向动态到达的打击任务,构建基于可行路径规划的任务分配模型,以平台能耗和任务完成时间为目标函数,在保证任务完成率的同时,提高空地协同系统的资源利用率。与现有方法相比,所提方法能够在最短的时间内发现所有目标,区域覆盖率达到55%以上,且资源利用率为84.4%。实验结果表明,所提方法具备较好的目标搜索和任务执行能力。

模糊积分决策级融合的空地协同目标识别研究

针对单独使用无人机或无人车对目标区域侦察识别效率低、虚警率高等局限性问题,分析了多种决策级信息融合的方法,提出了基于模糊积分改进的决策级空地信息融合目标识别方法,将空地协同探测的目标类型、位置、威胁度、毁伤程度等信息进行融合识别并输出。仿真结果表明,该算法有效完善了目标信息,提高了目标特征信息识别准确性,降低了虚警率。

空地协同模式在城市水环境监测中的应用研究

传统水质监测方法耗时且费力,而基于高光谱的水质监测技术可实现对水质的快速、直观、原位监测。以扬州古运河三湾段为研究区域,基于无人机高光谱成像仪与水质走航监测船相配合,采用空地协同模式和偏最小二乘回归算法对总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH_(3)-N)、高锰酸盐指数(IMn)4个水质参数进行定量反演研究。结果表明:该反演模型的决定系数(R^(2))为91%~97%;拟合效果依次为NH_(3)-N>I_(Mn)>TN>TP;各指标反演误差绝对值为0.2%~4%。该方法具有较好的反演效果,可快速、准确地获取城市河道水质分布情况,适用于城市水环境监测。

浅谈空地协同无人集群毁伤威力快速评估方法

针对异构无人集群协同打击对测试和毁伤评估的挑战,开展空地协同无人集群毁伤威力测试与评估技术研究,依据试验设计构建了空地协同无人集群打击任务场景,考虑综合定位与无线传输、多元毁伤测试方法,涉及弹丸打击目标精度,冲击波、破片有效作用距离、量值及分布规律,侵彻轻质装甲能力及对目标整体毁伤效果等,确定了考虑冲击波压力、破片分布、侵彻弹洞的毁伤威力分析评估方法。提出的无人集群毁伤威力快速评估方法可为无人智能装备协同设计检验评估和演练应用提供支撑。

空地协同无人系统研究

空地协同无人机系统是当今无人集群研究领域的热点,系统在负载、速度、机动性等要素上高度优势互补,具有环境适应性强,应用场景多样,任务执行率高等特点。回顾了空地协同无人系统近年的研究发展现状,基于对系统内无人机与无人车功能互补性的分析,总结了4种常用的功能角色分工模式,详细梳理了空地协同无人系统在协同控制、任务规划、导航定位、协同着陆等关键技术领域的研究进展,分析了其研究发展方向和关键技术问题。

基于动态序列贝叶斯网络的空地协同作战意图识别

现代军事活动中,空地协同多编队样式越发重要。已有的目标意图识别方法对单一编队效果较好,但对空中和地面协同的多编队场景尚缺乏有力的解决方法。因此,采用动态序列贝叶斯网络(Dynamic Series Bayesian Network,DSBN)对空地协同编队进行意图识别。该方法首先利用DSBN构建了一个空地协同作战意图识别整体模型,用于描述空中和地面编队之间的协同行动过程,然后通过将不同战场域的事件及其相关概率关系进行融合,结合辅助战场信息,使用推理网络实现对敌方协同作战意图的识别。该方法充分考虑了空中目标的行为规则,精细描述其行为模式和趋势,更好地适用于多协同目标编队的场景。最后通过实例仿真验证了该方法的可行性和有效性。

基于高分遥感技术的城市黑臭水体空地协同监测

黑臭水体监测是水环境监管治理的重要内容。本文基于高分遥感技术构建黑臭水体综合识别模型,建立空地协同监测机制,开展全国范围城市建成区疑似黑臭水体排查,结合同期实地调查水体信息调整综合模型阈值,提升遥感识别准确度。多年实践证明,基于遥感技术的城市黑臭水体空地协同监测,可有效实现对城市疑似黑臭水体广域、高效的监测排查。

消防直升机在森林火灾中的空地协同作用

森林火灾是一种具有极大破坏性的自然灾害,它不仅对生态环境造成严重影响,还会威胁到人们的生命财产安全。直升机在森林火灾的扑救中发挥着重要作用,通过多次森林火灾扑救实战,不难发现空地指挥是实现直升机与地面队伍协同作战的关键。

空地协同作业场景下无人机快速路径规划与自主降落技术

空地协同作业场景中要求无人机同时具备快速路径规划与精准自主降落功能,这对无人机搭载有限计算资源下算法的实时性和准确性提出了更高要求。主要解决了无人机快速路径规划与自主降落功能一体化实现关键技术难题。首先,针对传统A~*算法实时性差、消耗资源多等问题,将传统8邻域搜索方式改进为16方向搜索方式,并设计高匹配度启发函数和自适应权重系数全面提升路径规划算法性能;其次,设计了基于视觉反馈的面向空地协同作业场景下无人机自主降落策略,提高了自主降落的精度;最后,进行了仿真和实验,验证了所提改进A~*算法、自主降落和一体化实现策略的性能。结果表明,改进的A~*算法在规划路径长度与平滑度性能方面均得到提升,算法实时性大幅提升,满足复杂环境下的实时避障与规划需求;同时,无人机可以快速稳定地降落在地面平台目标点上。

面向中继通信的空地协同无人机编队控制算法设计与仿真

随着无人机(UAV)应用场景的不断丰富,近年来利用无人机编队实现空地协同的任务日益增多。根据现阶段的编队体系和控制方法,该文设计一种基于行为策略的空地协同无人机编队控制算法:通过引入空地协同思想,为地面移动用户提供中继通信服务,扩大了无人机编队的通信覆盖范围。为7架无人机组成的编队设计了4种无人机队形,推导相应的单位中心站位标准,并使用Unity软件对空地协同无人机编队控制算法进行仿真,测试使用该算法的无人机编队在理想环境下的转弯性能和模拟实际环境下的避障、中继通信以及队形变化能力。基于所提出的空地协同算法,设计了两种任务方案:区域搜索覆盖主任务方案和用户失联搜救应急方案。实验仿真证明了改进的空地协同无人机编队控制算法及两种方案具有可行性。

面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术

针对航空通信电子系统测试中广泛存在的过程完备测试效率低、测试流程人为依赖、空地测试设计割裂等问题,提出了一种面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术。首先设计基于知识的协同自主测试架构,然后创新面向任务成功的测试逻辑生成与空地协同测试推理机技术,最后通过试验验证所提方法测试效率与自动化程度的提升。

空地协同测绘技术在历史建筑数字测绘建档中的应用

近年来,随着我国对历史建筑测绘需求和保护意识不断提升,作业效率低、信息完整度差且存在损坏风险的传统测绘方法已经无法满足当今社会的需要。基于此,该文提出运用无人机倾斜摄影和地面三维激光扫描相结合的空地协同测绘技术进行历史建筑数字测绘建档的新方法。该方法实现2种技术的优势互补,高效、非接触式地获取历史建筑高精度密集点云数据,并通过多源数据配准融合,构建实景三维模型,完整高精度地还原历史建筑的原貌,在历史建筑的保护、修复和活化利用等领域发挥积极的作用。

基于DODAF作战视图的空地协同作战模型设计

空地协同作战是一种跨平台协同联合防空的典型作战模式,以美国防部架构框架(departmentof defense architecture framework,DODAF)作战视图为研究工具,构建高层作战概念、组织关系、作战活动、作战资源等空地协同作战视图模型,相较于传统的作战过程设计,较为直观地描述了空地协同作战过程和指挥控制流程等,通过构建作战模型以及信息交互、作战逻辑关系自洽验证,对于后续优化空地协同作战体系、顶层设计和装备研制具有一定的参考意义。

基于超网络的空地协同指挥系统特性分析

空地协同指挥系统涉及要素众多且信息交互关系复杂,传统的基于单层网络的系统建模与分析方法面临模型复杂性刻画不足和特性分析针对性不强等问题。基于分层多维超网络,对空地协同指挥系统进行了模型构建,进而从超网络的超度、介数、聚类系数、特性路径长度、网络弹性和集体影响力等复杂网络特性为切入点,采用数值仿真方式获取系统特性值,并进行综合分析,从而为空地协同指挥体系构建提供参考。