无线紫外光中继协作无人机集结编队方法

为了解决无人机集结编队时机间通信易受强电磁干扰问题,采用紫外信标模型完成集群无人机的信息交互,从而实现集结定位,将一致性理论与无线紫外光虚拟势场避障法相结合,在空中集结时使无人机编队的飞行姿态、航向角以及速度保持一致,以跟随无人机作为中继节点,提升相邻无人机发现概率,提高编队队形准确性;同时提出无线紫外光通信协作无人机中继集结编队方法,实现了无人机编队快速准确形成期望编队队形。结果表明,所提方法使得无人机四边形编队、五边形编队、六边形编队的通信可靠性分别提升了7.69%、9.41%和10.0%。该研究为无人机编队集结方法和无人机编队中的机间通信提供了一定的理论参考。

改进粒子群算法的紫外光协作多无人机任务分配方法

为了解决无人机协同作战问题,需要将多任务分配给多个无人机。利用无线紫外光实现强电磁干扰环境下无人机机间隐秘信息传输,提出一种改进粒子群算法的多无人机任务分配方法,综合考虑无人机执行任务所付出的威胁代价、航程代价以及完成任务的时间差,结合压缩因子和差分进化思想解决粒子群优化算法容易陷入局部最优的问题。仿真结果表明,改进粒子群算法相较于传统粒子群算法在不同无人机和任务数量比下的任务分配平均成功率提高了约16%,算法在收敛时的迭代次数平均减少了约4.5倍,最优适应度值平均减小了近一倍,在多无人机任务分配的实际应用中有一定的意义。

紫外非均匀虚拟势场下无人机编队重构避碰算法

针对复杂电磁环境下无人机编队重构过程中的路径规划和机间避碰问题,该文在传统紫外虚拟势场基础上,利用距离因子对斥力函数进行了改进,构建了一种紫外非均匀虚拟势场来协助无人机进行机间避碰。改进的紫外非均匀虚拟势场可以使得无人机避碰路径更加平滑,相同时间内,无人机可以飞行更远的距离。此外,通过无线紫外光测距方法计算无人机机间距离,并结合紫外非均匀势场对传统的人工势场法进行改进,实现无人机编队重构。仿真结果表明,该文算法可以有效解决传统算法下路径振荡和局部最小值问题,同时避碰效率相比传统人工势场算法有明显提升,在预设环境中该文算法路程缩短6%,到达目标点的时间提前40%。最后在两种不同的队形重构场景下,对该文算法进行了验证,结果表明该文算法可以有效实现无人机队形重构中预期的机间避碰效果。

改进蝙蝠算法的紫外光引导无人机路径规划

为了解决农业无人机在障碍物干扰环境中进行路径规划任务时存在的寻优精度低、避障能力弱等问题,利用无线紫外光通信引导设备全天候非直视通信、隐秘通信及适用于各种特殊场合等特点,建立了无线紫外光飞行路径引导系统,提出基于指数递减策略的改进蝙蝠算法(EDS-IBA),引入基于指数递减策略的动态惯性权重和相邻路径点的人工势场,在保证无人机路径平滑的同时,避免陷入局部最优,通过障碍物干扰代价和紫外光通信代价保证飞行环境的多样性及真实性。结果表明,EDS-IBA相较于基于差分进化算法的改进蝙蝠算法和传统蝙蝠算法,2维环境下,规划的平均路径长度分别缩短了10.7%和16.3%;3维环境下,规划的平均路径分别缩短了13.7%和36.2%;算法达到收敛状态时,EDS-IBA的适应度值也较小,在路径规划能力和算法性能方面有较好的可行性和有效性。该研究对无人机路径规划的实际应用和开发具有一定的现实意义。

紫外光通信协作无人机防撞编队的控制方法

为了研究强电磁干扰环境下无人机防撞编队的避障控制效果,采用无人机编队间紫外光通信模型,对传统人工势场法进行改进,给出了具体无人机编队机间和无人机与障碍物的势场函数,实现无人机编队在飞行的同时可以进行局部避障。结果表明,在相同条件下,改进后的人工势场法比传统人工势场法的避障时间减少了7.38%,避障总路径减少了5.8%,将改进后的避障算法应用到编队中可实现无人机编队的机间避障与外部障碍物的规避,且编队间能够保持固定队形飞行至目标点。这一结果对强电磁干扰环境下无人机编队避障的研究有一定的应用价值。

一种无线紫外光协助的无人机隐秘通信覆盖方法

建立机载无线紫外光非直视通信模型与无人机覆盖模型,引入三种相对虚拟力,提出一种基于相对距离的改进虚拟力覆盖算法控制无人机移动,仿真分析了不同场景下算法的性能以及紫外光通信角度对算法覆盖率影响。仿真结果表明,所提算法减小了无效覆盖以及重叠覆盖,相比随机部署算法、贪婪虚拟力算法和移动部署算法的覆盖率分别提高了18.33%,3.15%和1.83%,并减小了无人机的能量消耗。

基于遍历微小单元法非直视非共面紫外光通信信道容量分析

信道容量反映了系统无差错传输信息的能力。基于遍历微小单元法求出系统的路径损耗和脉冲响应,然后对脉冲响应采样序列进行离散傅里叶变换,得到系统的频率响应,计算出系统的3dB带宽。考虑信号光引起的散粒噪声,根据量子极限法求出系统的信噪比,进而用香农公式仿真分析非直视非共面紫外光通信系统信道容量和收发端几何参数之间的关系。结果表明,信道容量随着接收端偏轴角和通信距离的增大而减小,当收发仰角小于40°时,随着收发仰角增大,信道容量快速减小,并且发射端仰角对信道容量的影响更显著;当发散角增大时,系统信道容量几乎不变;而当视场角增大时,系统信道容量增大。

基于无线紫外光隐秘通信的侦察无人机蜂群分簇算法

针对复杂战场环境下无人机(UAV)蜂群的渗透侦察任务,考虑无人机间信息传输时能量消耗的不均匀性,影响侦察任务的高效实施,该文提出一种基于无线紫外光隐秘通信的侦察UAV蜂群分簇算法。该算法结合无线紫外光散射通信的优点,通过分簇拓扑管理机制对UAV蜂群进行能耗平衡。仿真结果表明,与现有算法相比,所提算法能够有效均衡网络能量消耗,提高网络的传输效率,并且选取合适的数据包长度及节点密度可延长UAV蜂群的生存周期。

抗去同步化的高效RFID双向认证协议

安全认证协议是解决RFID系统前向信道安全及身份识别问题的重要手段,针对常见协议中存在的标签检索效率不高和隐私泄漏问题,提出了一种抗去同步化的高效RFID双向认证协议。利用基于Sponge结构的Hash函数单向性及随机性实现双向认证并保证协议新鲜性。采用非对称加密的公钥对ID值进行预加密,并对该密值进行处理可有效抵抗重放攻击,更新机制可使协议抵抗去同步化攻击。利用解密后的ID为索引值以提高后台数据库检索效率,设置标志位可有效过滤无去同步化攻击条件下的重复计算。与现有协议进行仿真对比,结果表明该协议具有较高的认证效率。

弱湍流中紫外光非直视分集接收技术的研究

根据弱湍流信道中对数正态分布模型,建立了紫外光非直视分集接收系统。采用开关键控(OOK)调制,在不同闪烁指数和接收天线数下,分别对比分析了最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)和选择性合并(SC)的误码性能。仿真结果表明,相比于无分集情况,采用三种合并方式的误码率性能有明显提升。在接收天线数相同的情况下,三种合并方式中,MRC的性能最优,其次是EGC,SC的性能最差。对比分析了不同接收天线数时的误码率性能,随着接收天线数的增加,三种合并方式的误码性能得到了较大改善。在弱湍流信道中,采用分集接收技术能够减轻衰落的影响,提高分集增益。

无人机编队中无线紫外光隐秘通信的能耗均衡算法

针对强电磁干扰环境下无人机之间的隐秘通信,该文提出了无人机编队中无线紫外光隐秘通信的能耗均衡算法。该算法能够结合紫外光非直视、低窃听等优点,克服传统无线电易被监听的缺点,在均衡能耗的同时为长机收集僚机信息提供可靠保证。通过引入考虑距离和剩余能量的优先级函数,提出基于分簇机制的改进算法BEAD-LEACH,并采用改进算法对无人机随机部署和呈圆形编队部署时进行仿真。仿真结果表明,在两种部署方式下,网络中50%节点出现死亡经历的时间分别延长了12%,16%,改进算法能够有效地均衡网络的通信能耗,延长无人机网络的生存时间。

军车隐秘编队的无线紫外光通信最优多跳中继研究

无线紫外光通信成为强电磁干扰下的有效通信手段,满足复杂战场环境下车队执行战略物资运输和弹车队隐蔽行驶时车辆间保持可靠隐秘通信的需求。在行驶中每辆车自身作为其它车辆的中继,通过多跳方式为非视线内车辆之间建立稳定可靠的通信链路。因此,基于紫外光单次散射模型,该文研究了最优多跳中继问题,理论分析了收发仰角与频谱效率的关系,依据使频谱效率最大化原则,得出最优跳数近似表达式。仿真结果表明,不同距离移位范围和不同收发仰角都对应特定的最优跳数值,与最优能量计算方法相比,最大频谱效率计算方法在小功率传输时有更好的传输能力,并且达到节约功率的需求。紫外光长距离通信时,系统性能并不随着协作中继数的增加而提高,选取合适的中继数及小发射仰角和大接收仰角的结构配置,系统可获得较高的传输能力。

无线紫外光散射通信中的改进CMA-FSE盲均衡算法

无线紫外光散射通信系统具有严重的码间干扰和信号衰减问题,针对该问题,提出了一种基于信噪比估计的改进常模分数间隔均衡器(CMA-FSE)算法。该算法将分数间隔均衡器(FSE)和常模算法(CMA)结合起来对无线紫外光信道进行盲均衡,使用接收信号的均方值衡量输入信噪比来确定最佳迭代步长,保证均衡算法快速收敛。仿真结果表明,改进CMA-FSE算法能在各种信噪比下快速收敛,并有效抑制码间干扰,改善系统误码率性能。与现有算法相比,改进算法信道跟踪和噪声抑制能力更强。

适用于紫外光通信的延迟判决均衡算法

为了消除紫外光通信过程中强烈散射所引起的码间干扰,采用一种带信道估计的最小均方误差-最大似然估计(LMS-MLE)延迟判决均衡算法进行了理论分析和仿真验证。通过选取合适的判决延迟深度来调整LMS自适应滤波器抽头系数进行信道跟踪,获取新的信道估计向量,最后利用MLE均衡算法得到最优序列输出。结果表明,该算法可以明显提升紫外光通信系统的性能,在没有提高复杂度的情况下,性能接近最优MLE均衡算法,并且可以实现信道跟踪,紫外光通信中算法的最佳延迟量取值为20。这一结果对紫外光通信性能提升以及MLE均衡器的工程实现是有帮助的。

无人机蜂群中紫外光隐秘通信能耗均衡路由算法

针对复杂战场环境下无人机蜂群的任务协同要求,保证编队内可靠的路由通信尤为重要。考虑无人机携带能源有限,为了尽可能延长空中作业时间,提出一种无人机蜂群中紫外光隐秘通信能耗均衡路由算法。在无人机编队保持的基础上,结合无线紫外光散射通信特点,在路由选择过程中引入通信链路路径损耗和无人机节点剩余能量来构建链路权值函数,从而有效地平衡无人机蜂群节点的能量消耗。仿真结果表明,与其他算法相比,所提算法能够动态地选择数据传输路径,使节点的能量消耗均衡,进而延长无人机蜂群的生命周期。

一种无人机集群安全高效的分区集结控制策略

针对无人机集群在特定场景下需要在指定区域安全、快速集结成指定队形的需求,该文提出了一种分区集结的控制策略。考虑无人机(UAV)的初始分布位置、集结区域以及编队图案等约束,为每架UAV分配目标集结点并使总航程尽量小。将近集结点区域等分为多个分区,不同分区内的UAV均按一定规则依次沿直线向所分配目标集结点航行,无多余航路能耗且互不影响。UAV间通过紫外光进行稳定的机间通信并共享已知信息实现集群内部信息共享。实验结果表明:随着分区数的增多,集群的集结时间呈阶梯型下降,阶梯高度与各分区所含UAV数目的最大值呈近似线性关系,预测碰撞概率逐渐降低接近于0,验证了所提方法的可行性和有效性。另外,根据实验结果得出的规律提出了一种依据不同需求选择最佳分区数的方法。

装甲编队无线紫外光隐秘通信的中继选择研究

针对装甲编队在复杂战场环境下的紫外光端到端通信中断问题,多采用中继辅助方式建立协作通信链路,而中继选择是关键问题之一。为了提高编队之间的通信协同能力,在解码转发协议的前提下,结合门限决策思想,提出了一种基于无线紫外光隐秘通信的装甲编队最佳中继选择算法。该算法结合紫外光非直视通信的优点,根据信噪比门限和信道特性的选择策略,对编队进行最佳中继的选择,并在高斯噪声模型下,分析了其误码率性能。仿真结果表明,在根据不同的信噪比环境和中继数来选取适当的协作门限,可获得最佳中继链路,以及在协作通信链路动态变化时,调整中继的接收和发射状态,能有效提高协作中继链路的通信质量。

无人机巡线的紫外放电检测研究

针对无人机巡线中输电设施放电问题,推导了紫外放电检测链路模型并使用光电倍增管设计了紫外放电检测系统。使用紫外放电检测系统进行放电检测实验,实验结果表明,系统探测信号与放电信号高度重合,系统探测信号强度与放电信号的强度呈现良好的线性相关;同一探测距离不同探测位置探测得到的信号峰值与探测平均值的相对误差小于3%,即探测信号强弱与探测距离有关,与探测位置无关;不同探测距离下模型计算的理论值与实际探测值具有一致性,之间的相对误差最大为15.7%,验证了模型的正确性。该成果对无人机巡线时的紫外放电检测有一定的指导意义。

无线紫外光MIMO直升机助降ALOS链路性能分析

无线紫外光通信具有高速率高可靠性的特点,可以满足复杂环境下的通信。通过直升机助降的过程提出近似直视通信方式,并研究了无线紫外光MIMO系统的ALOS通信链路模型,同时计算了弱湍流条件下ALOS链路中MIMO系统的误码性能,并仿真分析其信噪比、发射功率、发射(接收仰角)以及通信距离对误码率的影响。计算分析当发射(接收)仰角小于35°时,误码率随着发射(接收)仰角的增大,其增长趋势比较明显,当大于35°时,误码率随着发射(接收)仰角的增大,其增长趋势变缓。结果表明,在无线紫外光ALOS链路中,采用天线阵列和多探测器的MIMO技术能够较好地降低误码率和抑制大气湍流,并提高抗衰弱能力。

紫外光通信协作蜂群无人机网络动态能效均衡算法

针对蜂群无人机在复杂战场环境下的能效均衡需求,提出一种紫外光通信协作蜂群无人机网络动态能效均衡算法。该算法结合紫外光抗干扰、高保密的优点,为蜂群无人机提供一种可靠的通信方式,并通过引入自适应节点度、无人机能效和距离稳定度参数加权分簇来选举簇首,使算法更加适用于动态场景。最后结合无线紫外光通信及能量消耗模型,在高斯马尔可夫移动模型下对蜂群无人机进行了仿真分析,结果表明,本算法相比LEACH算法可以将网络生存周期提升16%,同时可将平均簇首数量降低57%,数据传输量提升近两倍。