OFDM-UAV中继广播通信系统航迹优化方法

为了提高无人机中继广播通信系统的性能,针对频率选择性衰落信道,考虑基站到无人机以及无人机到用户的全通信链路,提出了基于正交频分复用(OFDM)技术的无人机中继广播通信系统航迹优化方法。首先提出了基于OFDM的无人机中继广播通信传输模型,对单用户节点中断概率和系统平均中断概率进行理论分析并给出近似计算公式;然后以平均中断概率最小化和最大用户中断概率最小化为优化准则,提出无人机的航迹优化方法并分析了各因素对系统中断性能的影响;最后通过计算机仿真,证明了所提航迹优化方法正确有效。研究表明:在多径信道下,基于OFDM的无人机中继广播通信系统能有效克服频率选择性衰落,且译码转发方式下的连通性优于放大转发方式;基于平均中断概率最小化准则得到的系统中断性能优于最大用户中断概率最小化准则。

禁飞区约束的CSTBC无人机中继通信系统航迹优化

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法;理论分析给出系统遍历容量和分集增益;为保障中继无人机飞行安全,并获取信道的分集增益,提出无人机禁飞区规避方法。结果表明:协作空时分组编码无人机中继通信系统可充分获取信道的分集增益,改善无人机中继通信系统链路传输的可靠性。

风影响下航空器多目标最优控制航迹优化方法

风影响下的四维航迹优化问题约束复杂,多目标四维航迹优化模型难以求解。基于最优控制方法研究固定水平航路下考虑风影响的航迹垂直剖面多目标优化问题的建模和求解。以飞行时间和飞行油耗最小化为双目标建立航迹最优控制模型;设计了梯形配点结合ε-约束方法的模型求解方法,并针对按高度层飞行场景下的航迹优化提出两阶段求解方法;建立了四维航迹仿真模型用于对轨迹优化效果的仿真验证;选用长航线实际飞行计划数据作为算例进行算法性能分析,并区分自由高度飞行和按高度层飞行2种场景进行航迹优化效果验证。实验结果表明:所提模型和所提方法相比其他2种常用算法能获得更优的Pareto前沿解,按高度层飞行场景下采用所提方法能获得更优的前沿解;自由高度飞行和按高度层飞行2种场景下求得的前沿解中最小燃油耗航迹分别比飞行计划仿真航迹的油耗降低了6.33%和5.94%,最短飞行时间航迹分别比飞行计划仿真航迹的飞行时间降低了10.16%和10.01%。

灾害应急通信自组网与航迹优化研究

针对灾害场景下的应急通信网络恢复问题,提出一种分布式无人机部署方法,旨在利用无人机在通信网络受损的灾区建立多跳自组织网络,为该地区提供应急通信服务。首先,定义了无人机自组网约束函数、三维空间搜索方向约束函数和障碍物约束函数,将无人机辅助的多跳自组织网络问题抽象为基于规则法的目标函数;其次,改进了惯性权重和学习因子来提高粒子群算法的全局搜索效率和准确性,并设计多跳自组织网络无人机部署算法,以保证无人机能够以最优的航迹进行自组织网络部署;最后,通过计算目标函数进行无人机部署,并绘制无人机的三维部署航迹图。设计仿真样例对基于规则法的多跳自组织网络无人机部署方法进行验证,仿真结果证明了该方法的有效性。

基于RRT-Dubins的无人机航迹优化方法

针对多障碍物环境下考虑无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)始末位姿、转弯半径和航迹长度的1阶光滑约束的UAV航迹规划问题,提出一种基于快速搜索随机树(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)算法和Dubins曲线以局部最优逼近全局最优的UAV航迹优化方法。利用RRT算法和基于贪心算法的剪枝优化方法,在二维任务空间中规划出满足避障要求的可行离散航路点。采用多条Dubins曲线平滑连接航路点,根据UAV始末位姿确定首尾曲线端点,基于UAV性能、障碍物和飞行参数的约束关系,建立多约束的航迹优化数学模型。通过粒子群优化算法确定曲线类型,同时优化曲线连接处位姿和曲线半径,获得最短航迹。仿真结果表明:所提方法得到的航迹与其他方法相比,在不同障碍物数量和始末位姿的多种场景中,平均长度缩短了11.48%,在避开障碍物的同时,满足UAV动力学约束。

基于自适应郊狼算法的四旋翼无人机编队航迹优化方法

四旋翼无人机编队需要在飞行过程中执行多项任务,而这些任务对编队航迹有不同的要求,导致编队需要花费更长的时间进行飞行,从而影响四旋翼无人机的运行寿命。本文提出了基于自适应郊狼算法的四旋翼无人机编队航迹优化方法。建立双坐标轴,分析四旋翼无人机编队受力情况,计算其姿态角度,构建四旋翼无人机编队运动学模型。根据四旋翼无人机编队的状态变量,设置约束条件。使用危险区对四旋翼无人机的排斥力函数,规划四旋翼无人机编队路径。采用自适应郊狼算法,减少四旋翼无人机编队的期望距离与实际距离之间的误差,实现四旋翼无人机编队航迹优化。实验结果表明,本文方法在优化后,无人机飞行时间平均为8 s,能够有效提高飞行效率,优化效果更好。

灾害应急通信自组网与航迹优化研究

灾害应急通信自组网与航迹优化是提高灾害响应的效率和有效性的关键技术。在水利灾害等极端情况下,传统的通信基础设施遭到破坏,因此,自组网技术成为确保通信不中断的可靠选择。通过实施航迹优化策略,特别是利用无人机等移动节点,可以在必要的区域内快速恢复或建立通信能力。此外,采用先进的算法如遗传算法和粒子群算法能进一步增强网络设计的效率和覆盖能力。本文旨在通过综合分析和模拟仿真,展示这些技术在实际应用中的效果与潜力。

共信道干扰环境下中继无人机的航迹优化方法

为克服共信道干扰恶化无人机中继通信系统链路传输可靠性的问题,提出了中继无人机的航迹优化方法。首先,建立了点对点无人机中继通信系统模型,以基站节点解调器输入信干噪比(SINR,signal-to-interference-plus-noise ratio)最大化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法,并通过粒子群优化算法获得中继无人机的最佳飞行航迹;随后,理论分析给出了无人机中继通信系统的链路中断概率和遍历容量;最后,仿真验证了所提出航迹优化方法的正确性。研究表明:所提方法可克服共信道干扰的影响,提高系统链路传输可靠性。

多机协同的组网雷达欺骗干扰航迹优化

针对组网雷达抗欺骗干扰能力强的特点,分析了三维空间利用多机协同对组网雷达进行航迹欺骗的可行性。首先从几何关系上分析了飞行器完成欺骗干扰的运动条件,并提出了优化干扰航迹的数学模型。利用该模型可以提高假航迹的干扰成功概率并且使干扰机飞行过程推力最小化,最后通过仿真实验证明了优化模型的可行性。

地形跟踪/地形回避飞行器航迹优化

提出了一种新的地形跟踪 /地形回避 ( TF/TA)飞行器航迹优化方法 ,该方法将地形、威胁和障碍综合在一起用特定的地形模型来描述 ,并通过将地形模型与飞行器运动方程有机结合 ,使有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题。最后利用极大值原理给出了航迹优化算法 。

动态滑翔运动建模、机理分析与航迹优化

信天翁凭借动态滑翔的飞行技巧从梯度风中获取能量,从而在几乎不拍翅膀的情况下进行长时间、长距离飞行,这种技巧应用于小型无人机上可拓展其完成任务的能力。基于飞行器动力学对梯度风场中的无人机运动方程进行推导和简化处理;利用简化的运动方程,分别从非惯性参考系中的动能定理和机械能变化的角度,对动态滑翔获取能量的机理进行分析;利用微分平坦法,以最小平均控制输入变化率为目标函数,对徘徊模式和平移模式的动态滑翔航迹进行优化计算。分析结果表明:逆风爬升、顺风下滑是动态滑翔基本获能方式。优化结果表明:控制输入变得更加平滑,甚至出现阶段性的常值,使得控制更加简化;徘徊模式下,当风梯度作为决策变量时,优化过程可在[0,0.5 s-1]的区间上找到使得目标函数值最小的风梯度;平移模式下,目标函数值在该区间上单调递减。

一种基于遗传算法的航迹优化方法

目的设计优化一类巡航导弹航迹,且航迹满足避开地空导弹、高炮、歼击机群、电磁脉冲等火力单元和地形地物障碍,并且满足航迹路径长度短、耗油量少等约束条件。方法利用遗传算法进行优化,对遗传算法的交叉操作进行改进。结果提出了一种巡航导弹航迹优化算法和一个航迹规划代价评判模型。结论经仿真实验证明该方法典型性强,处理的信息量小,实时性也较好, 具有一定的理论和使用价值。

飞行器低空突防威胁建模与航迹优化算法

提出了一种飞行器在给定地形和威胁分布的威胁场进行低空突防的航迹优化算法。该方法首先对地形的高程栅格数据进行了图形简化预处理,将各种威胁叠加到地形图上,构成一个包含各种威胁的特定威胁场,再对其建立合理的有向图数学建模,用Dijkstra最短路算法进行航迹优化。航迹优化的过程中考虑了飞行器的过载限制,使优化航迹能够较好地满足飞行器各项性能指标及任务规划的要求,仿真结果显示,该算法简单快速,能很好地进行地形、威胁、障碍物的回避。

无人机中继广播通信系统航迹优化方法

为了提高固定翼无人机中继广播通信系统链路传输的连通性,提出中继无人机航迹优化方法.首先分析了无人机中继广播通信系统单用户节点的中断概率近似计算公式,并以此为基础推导出了服务区域内所有用户节点平均中断概率的近似计算公式;然后基于服务区域内用户节点平均中断概率最小化准则提出了中继无人机的航迹优化方法,并进一步给出了最优航迹下单个用户节点的精确中断概率计算公式;最后通过计算机仿真验证了所提出方法的有效性.

无人机辅助通信中基于用户轨迹的无线资源和航迹优化

近年来,将无人机应用在无线通信网络中来提高系统性能的研究越来越普遍。针对无人机辅助移动用户通信的下行无线传输系统,提出了一种基于用户轨迹的无人机辅助通信系统无线资源分配和航迹优化方法。根据已知的用户运动轨迹提前获取估计的大尺度信道状态信息,以最大化用户的最小平均速率为目标,建立了一个联合优化无人机通信带宽分配和飞行航迹优化的问题。该问题是一个非凸优化问题,要优化的变量之间存在非线性耦合,通过引入辅助变量和分离变量交替优化的方法,将原问题分解为2个可以求解的近似凸优化子问题,并利用连续凸逼近方法对2个子问题交替迭代优化,得到原非凸问题一个近似次优解。仿真结果表明,所提方法能够有效提高用户的平均数据吞吐量,在保证所有用户的通信质量的前提下提高无人机辅助通信的效率。

飞翼无人机机动飞行航迹优化和自生成方法

虚拟机动指令是飞翼无人机机动飞行的基础,是制导回路和控制回路必要的输入。为了生成合理虚拟机动指令,提出了优化基本航路—建立机动数据库—战场信息匹配输出的机动飞行航路生成方法。由于复杂的机动动作可由基本机动动作组合而成,本文以飞翼无人机基本机动飞行动作为优化研究对象,提出了以飞翼无人机控制量变化率为优化参数、航迹片段建立约束条件的无人机机动航路优化方法。其中,机动飞行控制量变化率体现了无人机控制能力的限制;航迹片段约束体现了航迹准确和操作柔和的要求,并对无人机的筋斗、滚桶、盘旋机动进行了优化计算,介绍了机动数据库建立的方法。最后,以机动目标跟踪和有人机追击为设定进行了仿真,结果显示所提方法有效。

一种基于遗传算法的航迹优化技术

飞行器在低空突防任务执行过程时,需要以任务规划所得的参考航线为基准,采用一种基于遗传算法的航迹优化方法;优化过程中,采用特定的编码方法和适应度函数,并针对优化过程中的一些具体问题提出了解决方案;仿真结果表明,采用基于遗传算法的航迹优化技术所生成的参考航线,能严格经过飞行器的出发点和目标点,使威胁飞行器的因素最小,有效提高了任务生存能力。

无人飞行器航迹优化自校正控制技术

本文研究解决现行无人机系统在航迹控制中存在的缺陷问题。在对无人机航迹控制技术存在问题进行分析的基础上 ,利用自校正控制的理论和方法作为航迹优化措施 ,建立无人机航迹优化模型并进行仿真分析。这对于提高无人机的战场机动性和快速反应能力有着重要的军事应用价值。

无人机爬升航迹优化设计研究

为改进无人机的飞行性能,应用可变误差多面体法求解了在垂直平面内的最经济和最快爬升轨迹。计算结果表明,经优化后的爬升航迹可以节省燃油,延长无人机的续航时间和有效任务时间,具有较好的性能收益。

有动力空间再入打击飞行器航迹优化

提出了有动力再入打击飞行器的航迹优化方法。基于标准的大气模型、数值的气动模型,考虑地球自转效应,建立了有动力再入打击飞行器的航迹优化模型。将再入航迹分为助推加速段和无动力滑翔段分别优化,从而得到优化航迹。算例表明,该方法得到的航程比最大升阻比航迹增加7.3%。因此,该方法用于有动力再入航迹的优化是有效的、可行的。