基于空中可重构智能表面的低轨卫星高通量通信

卫星通信凭借其全球覆盖、抗干扰能力强和稳定的通信质量,在通信领域展现出广阔的应用前景。针对新一代通信技术对于高速率、低时延和覆盖增强的需求,提出了一种低轨卫星、无人机和可重构智能表面协作的空天地一体化网络框架。从高通量卫星通信的角度出发,制订了一个通信容量最大化方案。该方案基于最大化-最小化算法和深度确定性策略梯度算法联合优化反射相移和无人机轨迹。仿真结果表明,所提方案能够显著提升通信容量。

基于列车先验信息的RIS-MIMO系统鲁棒波束成形算法

针对高移动性场景中完美信道状态信息(CSI)难以获取导致的智能超表面多输入多输出(RIS-MIMO)系统主被动波束成形算法性能恶化的问题,构建了RIS辅助的高铁毫米波MIMO中继通信模型。首先,在列车位置信息不完全的情况下,估计并推导了RIS-车载移动中继(MRN)之间视线战略(LOS)路径角度估计误差的统计特性;其次,对毫米波MIMO系统的中断性能进行了研究,给出了以信道容量作为中断判决的中断概率表达式;最后,将优化问题建模为5G基站(gNB)发射功率约束的中断概率最小化问题,提出了一种基于黎曼共轭梯度下降的复圆流形优化算法并求解该问题。仿真结果表明,与现有算法和传统的无RIS系统以及RIS随机相位调节下的高铁通信系统相比,所提算法具有更快的收敛速度和更高的系统鲁棒性。

高铁场景下有源智能超表面辅助的能效优化研究

针对高铁场景中无源智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)引入的“乘性衰落”效应问题,一种有效解决办法是部署有源RIS。然而,传统的有源RIS全连接架构中大量有源元件会导致过高的硬件成本和功耗,因此提出一种有源RIS子连接架构,旨在满足车地通信中传输速率要求的同时兼顾系统的能量效率。首先,基于高铁场景的特殊性建立有源RIS辅助多用户的系统模型;其次,考虑基站最大发射功率约束、有源RIS发射功率约束和有源RIS相移矩阵约束,提出系统能量效率最大化问题,并通过使用分式规划理论中的拉格朗日对偶变换和二次变换,将上述非凸问题转化为凸优化问题;最后,提出一种联合发射波束成形和有源RIS相移矩阵的交替优化算法。仿真结果表明,相比传统无源RIS和有源RIS全连接架构方案,所提方案能有效解决“乘性衰落”问题,并且在满足用户传输速率的同时实现更高的能量效率。

基于前视角引导的欠驱动水面无人艇自适应路径跟踪控制

针对现有视线法路径跟踪控制器在工程应用中存在的航速自适应能力差、参数不易整定以及抗干扰能力差等问题,本文提出了基于前视角的水面无人艇自适应路径跟踪控制器。在传统视线法制导中的前视角,结合跟踪偏差状态以及Sigmoid函数提出了欠驱动无人艇的自适应前视角制导模型。在此基础上,基于最小参数学习的径向基神经网络和动态面控制技术设计了自适应航速航向跟踪控制器。基于Lyapunov稳定性理论,所设计的控制器可保证所有误差动态的一致最终有界。外场试验表明:在实际海洋干扰情况下,本文提出的控制算法具有良好的控制性能以及鲁棒性。

智能超表面使能无人机高能效通信信道建模与传输机理分析

智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)作为第六代(Sixth Generation,6G)移动通信中的潜在关键技术之一,具有低成本、低能耗和易于部署等特点.通过给电磁单元上的可调元件施加控制信号,可以实现对入射信号的幅度、相位、极化等调控,从而构造智能化的通信环境,为终端高能效无线通信提供了契机.本文首先基于无人机通信技术发展现状,阐明了将RIS技术引入无人机通信系统的必要性;然后,分析了RIS使能无人机高能效通信信道的传输机理,归纳了信道建模关键技术;最后针对RIS使能无人机高能效通信信道建模,总结和展望了未来的技术挑战与研究方向.

智能反射面辅助的5G高铁车站覆盖增强技术研究

为助力铁路数字化转型,基于5G的铁路专用移动通信(5G for railway, 5G-R)系统成为铁路智能联接的首选.本文利用前沿技术赋能铁路新一代移动通信,开展了智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助5G高铁车站覆盖增强的研究.采用射线跟踪技术,精准刻画了2.1 GHz频段下高铁车站场景的电波传播特性;基于准确的电波传播特性,利用反射面、发射机和接收机三者之间的角度关系,对IRS部署进行了研究,并设计了相应的IRS波束指向;在获得IRS辅助下的信道传递函数后,对部署IRS前后的路径损耗(path loss,PL)和阴影衰落进行了建模和比较.结果表明:IRS的部署为目标区域带来了最大8.1 dB、平均4.63 dB的信号增益;目标区域的PL指数由未部署时的2.68减小至2.33,阴影衰落标准差由9.45 dB减小至6.43 dB.因此,部署IRS能够显著提高室外宏站对车站内部的信号覆盖,缓解车站建筑物遮挡对5G信号传输的影响,为车站场景下5G-R系统的设计与优化提供了理论基础和数据支撑.

基于图像识别的树脂输送过程智能监控系统研究

传统火力发电厂精处理系统在树脂输送过程中需人工现场确认树脂是否输送完成。针对此弊端,提出一套基于图像识别的高速混床树脂输送过程智能监控系统,对该系统的总体构架、硬件设备及功能设计进行研究。依托某2×1000 MW超超临界电厂精处理系统,以#7D高速混床为例,利用视频监控管理平台对其树脂输送终点的图像进行智能识别,并与分散式控制系统形成联锁,极大地提升树脂输送过程的可视化管理水平,实现树脂输送过程无人巡检和自动控制,提高树脂输送过程的安全性和可靠性。

基于鲁棒控制器的水面智能高速无人艇控制技术

由于船体速度和负载的改变将导致模型中的参数发生扰动,海风、海浪、海流等因素也会对模型产生干扰。参数摄动、外部扰动以及模型的误差导致了水面智能高速无人艇控制的不稳定性。船舶数学建模中存在的各种不确定因素,对船舶操纵系统的鲁棒性能产生很大影响。本文通过建立无人艇的数学模型,利用鲁棒控制系统对模型的各项参数进行重点分析与优化,进一步提高整个无人艇控制系统稳定性。

高铁场景下联合天线与IOS单元选择的分布式IOS-SM传输方案

针对高铁场景下封闭车厢带来的高信号穿透损耗导致传输速率下降问题,提出一种分布式智能全表面(intelligent omni-surface,IOS)辅助空间调制(spatial modulation,SM)的传输方案。首先,采用SM技术保证索引信息部分不受穿透损耗的影响;然后,为了减小远距离IOS车窗的高路径损耗和功率损耗,根据最大化接收信噪比原则对分布式IOS遍历选择,激活最佳IOS车窗传输SM调制信息。最后,为了减小缺失直视路径增益对系统容量性能的影响,基于功率损耗模型,采用天线移除原则和排序选择方式,对接收天线和IOS单元进行动态选择激活。仿真结果表明,相比于传统中继转发和可重构智能超表面-空间调制(reconfigurable intelligence surface-SM,RIS-SM)方案,所提方案更适合高铁通信场景。并且在功率损耗模型下,联合天线与IOS单元选择的分布式IOS-SM方案仍能够保证系统高性能传输。

多USV协同系统研究现状与发展概述

无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)具有较高的智能化程度,较好的隐身性能,较强的机动能力以及较低的造价,被认为是一种作战用途广泛的新概念武器。在无人驾驶运载工具中,USV发展相对较晚,但已逐渐成为一个研究热点课题。文中简述目前国内外USV的研究情况;重点介绍多USV协同系统的现状;阐述高性能艇型、控制体系、通信技术、避碰、任务规划与决策5项关键技术;提出未来发展趋势;展望多USV协同系统在海上补给、水上安全保护、完善无人作战系统、水文气象信息采集和水面搜救方面的应用前景。

新型高速无人艇船型和水动力特性研究

无人艇作为最典型的海上无人智能平台系统得到了广泛的关注和开发,高性能无人艇船型开发是无人艇开发的重要组成部分。近期开发了一种用于无人艇的高速高耐波性船型,采用单体穿浪半滑行式设计。介绍了新型高速无人艇船型的概念设计方案及改进方案的船型设计特点。基于拖曳水池试验、自航模试验和CFD手段研究了该高速无人艇船型的水动力相关特性。研究结果表明该高速无人艇船型具有优良的快速性、耐波性和机动性。

一种基于深度学习的高速无人艇视觉检测实时算法

针对高速无人艇自主航行时对视觉检测的实时性以及由于水面场景变化和波浪反射等干扰的鲁棒性需求,提出一种基于深度学习的高速无人艇视觉检测实时算法.采用基于MobileNet的神经网络快速提取全图特征,设计SSD结构的检测网络融合各层特征图的结果以完成快速多尺度检测,并在嵌入式GPU NVIDIA Jetson TX2硬件平台上将算法实现并验证.结果表明,该算法能够实时检测多类水上特定目标,具有鲁棒性强、多尺度的特点,单帧视频的检测时间可以控制在50 ms以内.

BIM技术在新建鲁南高铁跨越营业线施工中的应用

针对本工程存在的铁路营业线空间位置难以确定、施工安全风险大、要点施工效率要求高、零号块施工难度大等重难点,通过制定详细的实施方案、执行计划作为项目实施的指导性文件,应用无人机、三维扫描仪等设备采集营业线施工重点区域点云数据,校核工程空间位置关系;建立颗粒度高的营业线、零号块钢筋、新建特大桥、施工深化等BIM模型,基于BIM模型开展碰撞检查、施工方案可行性研究及深化;针对转体施工、中跨钢盒吊装等施工重难点进行BIM虚拟仿真,优化高风险工序,辅助天窗施工方案审查;转体施工过程中将BIM与物联网技术相结合,实时监测并控制梁体间的安全距离。本项目的BIM深度应用,有效降低了营业线施工的安全风险,保证施工质量和效率,应用成果形成铁路营业线施工工艺工法库并完成数字化交付,为后续类似铁路营业线项目提供参考。

高原高速艇半浸桨双速比齿轮箱应用分析

针对高原环境下高速艇半浸桨的双速比齿轮箱选型问题,通过最大航速工况下的小减速比的选取,确定满足最大航速需求的半浸桨方案,根据半浸桨全浸状态下的水动力特性开展不同大减速比下低速起滑性能的比较,优选出低速起滑性能更优的大减速比方案。实船试航结果表明,双速比齿轮箱的应用成功解决了高原高速艇低速起滑的难点,双速比齿轮箱的选型方法可取。

智能超表面技术在智能高铁通信场景的应用探讨

作为最具发展潜力的5G-Adv和6G关键技术之一,智能超表面(RIS)技术具有低成本、低复杂度和易于部署等特点,为智能高铁通信的发展提供了新契机。介绍了RIS辅助的智能高铁通信的典型应用,包括抑制多普勒频移效应、解决频繁切换问题、克服高穿透损耗问题和支持高精度列车定位。深入讨论了RIS辅助的智能高铁通信中的关键技术,包括信道测量与建模、信道估计与反馈、波束赋形、网络架构与部署。认为智能高铁新基建与RIS构建的电磁新基建的结合,将会给智能高铁带来广阔的前景。

浸深比对半浸桨水动力特性影响的数值分析

为了分析自然通气状态下浸深比对半浸桨水动力特性的影响,通过求解RANS方程模拟标准模型841B的流场同时结合VOF方法和滑移网格技术建立了可靠的数值方法,并应用该方法研究了不同浸深下SPP-1桨的水动力特性。分析了不同浸深下半浸桨的敞水性能、力的脉动特性以及尾流场特性。研究结果表明:半浸桨的通气状态与浸深比、进速系数密切相关。在非全浸工况下,推力和扭矩均是随进速增加先增加后减小;全浸工况下与常规桨类似。浸深与通气状态对半浸桨受力的脉动特性影响很大。浸深增加,尾流场更加均匀。尾流场中速度分布在自由液面处发生突变。

智能反射面在高铁通信下的应用研究

提出了一种智能反射面(IRS)辅助的高铁通信方案。针对视距(LOS)主导的无线通信场景,在车载接入点(AP)和基站(BS)已知信道状态情况下,本方案首先通过调整IRS反射信号相位,补偿级联信道中LOS分量的多普勒频移,后通过最大化LOS径波束赋形增益,并在接收端处将IRS反射信号与基站发射信号相干叠加,提升接收信号质量。仿真结果表明,相比于未部署IRS场景,IRS辅助的高铁无线通信系统有效减轻了高铁高速移动对无线信道带来的快衰落影响,并且系统误比特率性能也得到了明显改善。

水面舰艇的发展和展望

文章介绍了水面舰艇的发展情况,并对其21世纪的发展进行了展望。

基于改进视线法的欠驱动无人艇路径跟踪

针对水面无人艇执行高机动性任务时速度随时可能改变,从而影响控制精度,如目标包围、目标检测。本文提出基于自适应双曲正切视线法控制系统,通过自适应参数减小水面无人艇纵向速度改变对视线法的影响,采用tanh函数修正期望艏向曲线平缓度。仿真结果表明:虽然基于自适应双曲正切视线法和视线法均能在恒定速度和曲率变化范围内很好的收敛,但是在速度和曲率的范围会发生变化的情况下,基于自适应双曲正切视线法依旧能够保持良好的控制精度,视线法精度受损较大,其中速度震荡时间,横侧偏差超调明显变大。通过外场试验证明了基于自适应双曲正切视线法在随机环境干扰下,基于自适应双曲正切视线法具有较好的鲁棒性,且其能够在高速航行的情况下仍然具备较好跟踪精度。

高速无人艇的运动建模及其视景仿真

为探讨基于喷水推进方式的无人艇运动建模及其视景仿真方法,根据船舶操纵性和快艇动力学的基本理论,建立无人艇的动力学模型,并根据喷水推进器的倒车原理,提出分流系数法来分析喷嘴和倒车斗的受力,推导出相应的表达式,建立无人艇的六自由度操纵性数学模型.设计基于该模型的无人艇视景仿真的体系结构,并进行各种操纵性运动的仿真试验.结果表明,该运动模型能够较好地反映无人艇在海洋环境中的操纵性.