Fuzzy PID Control of Space Manipulator for Both Ground Alignment and Space Applications

Considering gravity change from ground alignment to space applications, a fuzzy proportional-integral-differential(PID)control strategy is proposed to make the space manipulator track the desired trajectories in different gravity environments. The fuzzy PID controller is developed by combining the fuzzy approach with the PID control method, and the parameters of the PID controller can be adjusted on line based on the ability of the fuzzy controller. Simulations using the dynamic model of the space manipulator have shown the effectiveness of the algorithm in the trajectory tracking problem. Compared with the results of conventional PID control,the control performance of the fuzzy PID is more effective for manipulator trajectory control.

An overview of multi-antenna technologies for space-ground integrated networks

Multi-antenna technologies have already achieved a series of great successes in the development of information networks. For future space-ground integrated networks(SGINs), the traditional various kinds of separated information networks will converge to a whole fully connected information network to provide more flexible and reliable services on a world scale. Regarding their great successes in existing systems, multiantenna technologies will be of critical importance for the realization of SGINs and multi-antenna technologies are definitely one of the most important enabling technologies for future converged SGINs. In this article, a comprehensive overview on multi-antenna technologies is given. We first investigate multi-antenna technologies from a theoretical viewpoint. It is shown that we can understand multi-antenna technologies in a general and unified point of view. This fact has two-fold meanings. First, the research on multi-antennas can help us understand the relationships between different technologies e.g., OFDMA, CDMA, etc. On the other hand,multi-antenna technologies are easy to integrate into various information systems. Following that, we discuss in depth the potentials and challenges of the multi-antenna technologies on different platforms and in different applications case by case. More specifically, we investigate spaceborne multi-antenna technologies, airborne multi-antenna technologies, shipborne multi-antenna technologies, etc. Moreover, the combinations of multiantenna technologies with other advanced wireless technologies e.g., physical layer network coding, cooperative communication, etc., are also elaborated.

天空地一体化多目标跟踪算法研究综述

为实现全时全域“泛在连接”,构建天空地一体化网络已成为国家重大需求,而基于天空地一体化网络下跨域协同系统进行多目标跟踪是其中一个重要的发展方向,其在军民用领域都极具应用价值。本文详细阐述了天空地一体化网络背景下多目标跟踪方法研究进展。首先,介绍了天空地一体化跨域协同多目标跟踪的研究背景与意义。其次,从基于视觉的多目标跟踪、基于模型的多目标跟踪和基于多模态融合的多目标跟踪三个方面概述了当前的代表性研究方法:在基于视觉的多目标跟踪算法方面,介绍了单摄像头和多摄像头融合的多目标跟踪方法;对于基于模型的多目标跟踪,先介绍了单传感器多目标跟踪方法,以及在多种复杂场景下的改进,然后介绍了多传感器融合方法;在基于多模态信息融合的目标跟踪方面,在对多传感器时空配准方法和有代表性的多模态信息融合方法介绍的基础上,概括了基于多模态融合的多目标跟踪算法。最后探讨了当前存在的问题和未来发展方向:无论基于视觉的还是基于模型的多目标跟踪方法都有不少问题有待解决,特别是两种方法的结合值得深入研究;在面临复杂干扰时,基于多传感器信息融合的多目标跟踪由于能实现信息的互补,成为未来的主流发展方向;此外,跨域协同系统,由于能利用更多的资源和信息,其多目标跟踪问题研究极具价值,不过其中通信安全问题和多目标跟踪模型轻量化问题值得探讨。本文对从事目标跟踪及空天地一体化协同控制相关理论与技术研究的科研工作者具有重要参考价值。

面向密集场景的空天地网络资源分配算法

空天地网络具有覆盖范围大、吞吐量高、弹性强等优点。该文针对大量用户并发接入、网络负载不均衡所引发的网络拥塞、服务质量恶化等问题,提出一种面向密集场景的资源分配算法。首先以用户需求为中心,根据不同类型用户任务的偏好来构建用户效用函数,然后基于匹配博弈的网络选择算法和结合对偶上升法的功率控制算法来实现负载均衡,优化资源分配方案。实验表明,相较于传统策略,所提策略整体用户接入率至少提高35%,时延和吞吐量方面性能提升超过50%;在密集场景下,能更有效地均衡负载,提升网络性能。

基于AKA的轻量级天地一体化网络终端接入认证方案

针对认证与密钥协商(AKA)协议接入认证方案中存在随机数明文传输、接入点存储成本过高和认证所需的比特通信量大等问题,提出一种轻量级的AKA协议加密接入认证方案。该方案用轻量级的密码算法ZUC加密需要传输的信息,调整信息传输的次序,引入哈希链技术,提高接入认证安全性的同时,减少了通信次数和存储负担,能够更好地适用于计算能力、存储空间、电功率等属性受限、信道带宽受限的天地一体化网络环境。

基于深度强化学习的空天地一体化网络资源分配算法

空天地一体化网络(SAGIN)通过提高地面网络的资源利用率可以有效满足多种业务类型的通信需求,然而忽略了系统的自适应能力和鲁棒性及不同用户的服务质量(QoS)。针对这一问题,该文提出在空天地一体化网络架构下,面向城区和郊区通信的深度强化学习(DRL)资源分配算法。基于第3代合作伙伴计划(3GPP)标准中定义的用户参考信号接收功率(RSRP),考虑地面同频干扰情况,以不同域中基站的时频资源作为约束条件,构建了最大化系统用户的下行吞吐量优化问题。利用深度Q网络(DQN)算法求解该优化问题时,定义了能够综合考虑用户服务质量需求、系统自适应能力及系统鲁棒性的奖励函数。仿真结果表明,综合考虑无人驾驶汽车,沉浸式服务及普通移动终端通信业务需求时,表征系统性能的奖励函数值在2 000次迭代下,相较于贪婪算法提升了39.1%;对于无人驾驶汽车业务,利用DQN算法进行资源分配后,相比于贪婪算法,丢包数平均下降38.07%,时延下降了6.05%。

水库库区地形测绘与库容曲线复核技术研究

为提高水库库区地形测绘与库容曲线复核的精准度和效率,采用文献分析、实地调查以及经验总结的研究方法,首先分析了水库库区地形测绘与库容曲线复核的主流技术,总结了测算过程中影响精准度的主要因素及问题解决方法;然后根据水利行业当前相关重点任务和科技发展现状,分析了水库库区地形测绘与库容曲线复核需要进一步研究的问题和发展方向;最后在总结全文的基础上,给出了相关建议。研究表明,水库库区地形测绘和库容曲线复核在测算方法和装备上已经取得比较大的进展,但在如何进一步提高测绘和复核精准度、效率、通用性和智能化水平,以及更高质量地融入水旱灾害防御、数字孪生水利建设和现代化水库运行管理矩阵建设等水利重点工作方面,还有许多问题需要研究。

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。

面向空天地一体化网络的抗干扰技术研究

空天地一体化网络是实现全域通信和提供网络互联互通服务需求的重要基础设施之一。在未来的强对抗干扰环境中,确保其数据传输的有效性与可靠性对于维护国家安全具有重要意义。针对空天地一体化网络的对抗性的环境特点,探讨了在时频域和空域实现抗干扰的潜在应用与关键技术,并提出了对空天地一体化网络的综合思考。最后展望未来,以期为后续研究和实际应用提供方向性指导。

遥感技术在洪涝灾害防御中的前沿应用与面临挑战

及时全面掌握洪涝发生的关键信息是洪涝灾害防御的基础,将遥感技术与传统监测技术相结合,形成“天空地”一体化的立体监测体系,可以实现宏观观测与重点监测的互补与协同,有利于洪涝灾害的监测、预报和预警,显著提高洪涝灾害防御能力。遥感技术可应用于水体提取、水位测算、降水测量、流量估算、洪涝模拟、灾害损失估计等,但在监测数据可用性、监测方法有效性等方面还有很多问题需要解决。

面向6G的超可靠低延迟通信关键技术:研究进展与展望

URLLC作为5G和6G蜂窝网络的主要通信服务之一,对于支持各种新兴的关键任务应用至关重要。首先,介绍了6G的背景和URLLC的重要性,随后回顾了URLLC的基础知识、6G URLLC的应用需求及其面临的主要挑战。接着,重点讨论了6G URLLC的几项关键技术及其研究机遇,包括实现全覆盖的空天地一体化网络、高频段通信、智能计算、可重构智能表面,以及人工智能驱动的网络优化。最后,展望了未来通信感知计算一体化、元宇宙与数字孪生支持的无线网络演化及分布式框架的演进。这些技术的发展将显著提升6GURLLC的性能和可靠性,为未来新兴应用提供坚实的基础。

基于多维感知与空天一体的输电线路智慧运维体系建设与实践

基于多维感知与空天一体技术,提出了一种输电线路的智慧运维体系。该体系通过卫星遥感、无人机巡检、智能安防以及多传感器集群等技术的协同应用,实现了输电线路的全方位实时监测与隐患排查。卫星遥感技术用于输电通道环境的宏观监控,精准评估自然灾害和外力破坏风险;无人机巡检技术则提供了高效的多场景应用,包括红外测温、风筝线隐患排查等,极大提升了巡检效率;智能安防系统通过多传感器联控感知,实现了对输电线路环境与设备的三维空间监控与智能预警。实践结果表明,该智慧运维体系大幅提升了输电线路的安全性、可靠性及巡检效率,推动了输电运维技术的革新。

天地一体化网络安全挑战及创新方案

主要探讨了天地一体化网络在6G时代面临的安全挑战,提出了一种基于量子安全的创新方案。首先,介绍了天地一体化网络的发展背景和组网架构演进趋势,包括透明转发架构和星上再生架构的特点和应用场景。接着,分析了天地一体化网络面临的安全挑战,特别是数据传输安全风险和接入认证风险。针对这些挑战,提出了一种基于量子技术保障天地一体化网络安全的创新方案,利用量子通信的无条件安全性和后量子密码算法的优势,为天地一体化网络提供端到端的安全通信保障。最后,验证了采用量子技术保障天地一体化网络安全创新方案的可行性。

基于移动边缘计算的空天地一体化网络架构

下一代无线通信技术将通过支持智能交通、智能医疗、虚拟现实/增强等服务来提高用户的体验质量。这些新兴的服务通常都是计算密集型和时延敏感型的,必须满足严格的时延、能耗和可靠性要求,而基于云计算的服务难以满足这些要求。为了解决以上问题,提出移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)技术,解决将卸载请求回传到云计算中心所具有的高时延和高带宽消耗的问题。空天地一体化网络(Space-Air-Ground Integrated Network,SAGIN)作为6G的重要研究方向,可以弥补全球范围内的巨大覆盖缺口,受到广泛关注。通过将MEC技术、联邦学习技术和人工智能技术引入SAGIN,高效管理网络中海量、异构的资源,构建低时延、低能耗、高可靠性的SAGIN,以支持新兴的各种服务。

农牧交错区草地生物多样性研究进展:方法、挑战、不足与展望

土地利用变化是生物多样性丧失的主要驱动因素,农牧交错区耕地-草地界面变化对草地生物多样性有显著影响,系统梳理相关研究进展,对于区域可持续发展至关重要。本文首先从空间尺度、研究层次、研究方法和应用决策4个角度对农牧交错区草地生物多样性研究进展进行了系统阐述,然后分析了当前农牧交错区草地生物多样性保护面临的挑战和机遇,最后就目前已有研究的局限性和未来的发展方向进行了探讨。研究表明,当前农牧交错区“耕地-草地界面变化对生物多样性影响”的研究十分薄弱,研究层次有待扩展、跨尺度集成研究亟须加强。未来应当融入空天地一体化的遥感监测技术,系统推进农牧交错区草地生物多样性研究,在全面理解影响机制的基础上,探索耕地粮食生产和草地生物多样性保护的双赢方案,促进区域可持续发展。

天地一体化网络关键技术研究综述

作为地面网络的补充和延伸,卫星网络有助于加速弥合区域间的数字鸿沟,扩展地面网络的覆盖和服务范围.然而卫星网络拓扑动态性高、传播时延大、星上计算能力和存储能力均受限,因此实现卫星网络与地面网络的有机融合,构建覆盖全球的天地一体化网络面临路由扩展性、传输稳定性等技术挑战.针对天地一体化网络的研究挑战,从网络架构、路由、传输和基于组播的内容分发等方面介绍了国内外的研究现状,并展望了天地一体化网络的发展趋势.

卫星互联网赋能新型电力系统创新应用

卫星互联网是通过卫星规模化组网,以航天、通信、网络、数据等技术为支撑的全球全域全时新型网络信息基础设施。与传统卫星网络相比,具有广覆盖、低时延、高带宽、低成本等优势。通过剖析新型电力系统在广域覆盖、抗毁顽存、垂直应用等信息化能力建设方面的挑战,凝练高中低轨协同的卫星互联网内涵定义与能力特征,提出卫星互联网在电力规划、态势感知、巡视检修、防灾应急等业务领域赋能新型电力系统的实践路径。提出基于零信任的星地融合网络信息安全体系,为建设、运行及发展空天地全面一体、通导遥深度融合的新型电力系统提供基础参考,进一步提升新质生产力水平。

无人机辅助智能边缘网络技术综述

简要介绍了无人机作为空基信息平台的主要应用场景,结合6G多接入网络和用户为中心网络架构,讨论了无人机在构建智能边缘网络中的重要作用。结合无人机平台在不同场景下的通、感、算能力特点,介绍无人机自组网、无人机通感一体化、无人机边缘计算等无人机辅助智能边缘网络关键技术。最后,围绕无人机在构建智能边缘网络过程中与无线接入网新技术结合时产生的新问题,探讨无人机通信信道建模、三维立体部署与路径规划、携能有限与续航问题、无人机网络安全、无人机集群异构网络融合等关键技术挑战和未来研究方向。

基于自由空间光的无人机通信网络关键技术与发展趋势

在当前电磁频谱拥堵和无线电干扰严重的情况下,基于自由空间光(FSO)的无人机(UAV)通信网络作为推进空天地一体化进程的重要一环,得到了学术界和工业界的广泛关注。与传统射频通信相比,FSO通信具有高数据传输速率、低时延和高安全性等优势。然而,FSO链路易受大气信道条件影响,同时UAV高移动性、网络高动态性以及机载资源的有限性给FSO的稳定连接与可靠通信带来了巨大挑战。因此,该文在介绍了FSO传输特性的基础上,着重分析了提升基于FSO的UAV通信网络稳定性与通信质量的关键技术,在此基础上,归纳出高可靠、强智能、长续航的发展趋势,以期为基于FSO的UAV通信网络发展提供参考与借鉴。

基于深度强化学习的空天地一体化网络信息物理系统垂直切换策略

针对空天地一体化网络信息物理系统模型复杂、很难获得网络拓扑先验知识和模型化假设的特点,研究其基于深度强化学习的垂直切换策略。首先,综合考虑系统稳定性、切换开销和网络使用成本约束,将垂直切换策略问题建模为约束马尔可夫决策过程(CMDP),并给出保证可行解存在的充分条件;其次,提出约束-近端策略优化(CPPO)算法解决该问题,并在基站侧引入分布式强化学习机制加速训练收敛。相较于基准策略,仿真验证了所提垂直切换策略的优越性和有效性。