Physical Layer Security of 6G Vehicular Networks with UAV Systems:First Order Secrecy Metrics,Optimization,and Bounds

The mobility and connective capabilities of unmanned aerial vehicles(UAVs)are becoming more and more important in defense,commercial,and research domains.However,their open communication makes UAVs susceptible toundesirablepassive attacks suchas eavesdroppingor jamming.Recently,the inefficiencyof traditional cryptography-based techniques has led to the addition of Physical Layer Security(PLS).This study focuses on the advanced PLS method for passive eavesdropping in UAV-aided vehicular environments,proposing a solution to complement the conventional cryptography approach.Initially,we present a performance analysis of first-order secrecy metrics in 6G-enabled UAV systems,namely hybrid outage probability(HOP)and secrecy outage probability(SOP)over 2×2 Nakagami-m channels.Later,we propose a novel technique for mitigating passive eavesdropping,which considers first-order secrecy metrics as an optimization problem and determines their lower and upper bounds.Finally,we conduct an analysis of bounded HOP and SOP using the interactive Nakagami-m channel,considering the multiple-input-multiple-output configuration of the UAV system.The findings indicate that 2×2 Nakagami-mis a suitable fadingmodel under constant velocity for trustworthy receivers and eavesdroppers.The results indicate that UAV mobility has some influence on an eavesdropper’s intrusion during line-of-sight-enabled communication and can play an important role in improving security against passive eavesdroppers.

Energy-efficient joint UAV secure communication and 3D trajectory optimization assisted by reconfigurable intelligent surfaces in the presence of eavesdroppers

We consider a scenario where an unmanned aerial vehicle(UAV),a typical unmanned aerial system(UAS),transmits confidential data to a moving ground target in the presence of multiple eavesdroppers.Multiple friendly reconfigurable intelligent surfaces(RISs) help to secure the UAV-target communication and improve the energy efficiency of the UAV.We formulate an optimization problem to minimize the energy consumption of the UAV,subject to the mobility constraint of the UAV and that the achievable secrecy rate at the target is over a given threshold.We present an online planning method following the framework of model predictive control(MPC) to jointly optimize the motion of the UAV and the configurations of the RISs.The effectiveness of the proposed method is validated via computer simulations.

从UAV到UAS——无人机系统及光电载荷发展的思考

主要围绕无人机到无人机系统及其相应配套光电载荷的发展进行探讨,在无人机系统方面,通过多个可能的未来无人机系统的协同工作模式强调了无人机系统顶层设计的重要性,建议尽早规范国内的军用无人机市场,制订相关的无人机规范;在光电载荷方面,介绍了其中主流传感器形式随无人机系统发展的相应变化,总结了UAS所要求的高性能、多用途、多光谱/超光谱、通用及开放架构、智能化、小型化等发展趋势,并简单介绍了各自采用的技术手段。

Robust Tracking Control of Uncertain MIMO Nonlinear Systems with Application to UAVs

In this paper, we consider the robust adaptive tracking control of uncertain multi-input and multi-output (MIMO) nonlinear systems with input saturation and unknown external disturbance. The nonlinear disturbance observer (NDO) is employed to tackle the system uncertainty as well as the external disturbance. To handle the input saturation, an auxiliary system is constructed as a saturation compensator. By using the backstepping technique and the dynamic surface method, a robust adaptive tracking control scheme is developed. The closed-loop system is proved to be uniformly ultimately bounded thorough Lyapunov stability analysis. Simulation results with application to an unmanned aerial vehicle (UAV) demonstrate the effectiveness of the proposed robust control scheme. © 2014 Chinese Association of Automation.

Channel Modeling and Performance Analysis for UAV Relay Systems

In this paper, a multi-hop relay channel model based on unmanned aerial vehicles(UAVs) is established by taking into account of the propagation loss, shadowing, and multi-path fading. Based on the proposed channel model, the cascaded propagation loss of relay link and the cascaded probability density function(PDF) of channel fading are derived. Moreover, the theoretical performance of the UAV-based relay system, i.e., the outage probability, bit error rate(BER), and channel capacity, is also analysed and derived. Simulation results show agreement with theoretical results for the hill, mountain, and sea scenarios, indicating the accuracy of both the simulations and derivations.

中华按蚊中基于卵巢导向肽和Gal4-UAS结合特性的外源DNA投递系统构建

【目的】利用P2C可以定向进入卵巢以及Gal4蛋白可与UAS序列稳定结合的特点,在中华按蚊Anopheles sinensis中建立高效的非胚胎期外源DNA投递技术系统。【方法】注射P2C-Gal4-DsRed重组蛋白至吸血后20 h时的中华按蚊雌成蚊腹部,通过冰冻切片荧光观察和Western blot检测分析重组蛋白P2C-Gal4-DsRed在卵巢中的投递效率;制备P2C-Gal4 DNA BINDING重组蛋白,构建包含12×UAS重复基序的转基因质粒和辅助质粒,通过电泳迁移实验分析重组蛋白P2C-Gal4 DNA BINDING和12×UAS重复基序间的体外结合;分别将体外孵育的P2C-Gal4 DNA BINDING+辅助质粒ITF36-12×UAS和P2C-Gal4 DNA BINDING+转基因质粒ITF2-12×UAS afm复合物注射入吸血后20 h时的中华按蚊雌成蚊腹部,于血餐后40 h时提取其卵巢组织DNA,并通过特异性引物PCR扩增和测序分析外源DNA在活体中的投递情况。【结果】100%注射P2C-Gal4-DsRed的中华按蚊雌成蚊卵巢在绿色滤光片下呈现明显的红色荧光,表明P2C-Gal4-DsRed重组蛋白能够被高效地导入雌成蚊卵巢中;P2C-Gal4 DNA BINDING重组蛋白能够与12×UAS重复基序以及含有该重复基序片段的质粒稳定结合;分别有91%和93%的注射了P2C-Gal4 DNA BINDING+ITF36-12×UAS和P2C-Gal4 DNA BINDING+ITF2-12×UAS afm的雌成蚊卵巢组织中能够检测到外源DNA片段。【结论】在中华按蚊中成功建立了基于P2C卵巢导向肽和Gal4-12×UAS重复基序结合特性的外源DNA投递技术体系;通过此技术平台能够便捷、快速和高效地实现质粒等DNA分子在中华按蚊卵巢中的投递,这为进一步简化转基因、过表达及基因敲入等遗传操作奠定了基础。

Autonomous UAV 3D trajectory optimization and transmission scheduling for sensor data collection on uneven terrains

This paper considers a time-constrained data collection problem from a network of ground sensors located on uneven terrain by an Unmanned Aerial Vehicle(UAV),a typical Unmanned Aerial System(UAS).The ground sensors harvest renewable energy and are equipped with batteries and data buffers.The ground sensor model takes into account sensor data buffer and battery limitations.An asymptotically globally optimal method of joint UAV 3D trajectory optimization and data transmission schedule is developed.The developed method maximizes the amount of data transmitted to the UAV without losses and too long delays and minimizes the propulsion energy of the UAV.The developed algorithm of optimal trajectory optimization and transmission scheduling is based on dynamic programming.Computer simulations demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.

事件触发的时滞二阶多UAV系统一致性控制

研究具有固定输入时滞的二阶多无人机系统在事件触发下进行不完全随机采样,并达到一致性控制的问题。提出一种阈值依赖于多无人机系统事件触发时刻和初始状态的事件触发机制,并给出在此事件触发机制下具有固定输入时滞二阶多无人机系统的分布式控制策略。当无人机自身状态变化量满足触发条件时,无人机间进行信息交互,控制器根据此次事件触发的采样状态值进行控制输入更新。通过理论推理证明一致性控制的结论。最后,通过仿真验证了算法的有效性。

基于行企校协同育人的无人机应用技术专业人才培养模式研究

针对无人机技术高速迭代、专业融合度强及创新要求高的行业特征,为解决高职无人机应用技术专业培养目标与规格更新不及时,难以支持产业链的纵深发展的问题,构建行企校多元主体办学的格局,积极探索现代学徒制试点,发挥协同育人功效,从专业布局、培养体系、课程设置、课堂教学、教学资源和师资队伍等方面进行全面系统改革,分级分类培养会装、会飞、能应用和能创新的“两会两能”的全产业链高质量复合型技术技能人才,助力我国无人机行业发展。

6G通感算智融合架构和场景赋能探索

面向未来移动通信领域的无人机识别、脑机协同、XR、工业协作机器人等新兴移动业务场景,移动网络将成为集感知、计算和智能多要素能力于一体的创新平台,满足创新在移动网络基础设备内部实施。阐述了移动通信网络由5G向6G演进过程中,因为新兴的业务需求驱动,形成了通感融合、通智融合和通算融合领域技术分支,提出了一种6G通感算智一体化的架构,具备快速动态加载通感算智各种原子能力,实现多要素能力智能调度。并在此基础上,探讨了该架构在无人机识别和XR沉浸式通信两个典型应用场景的应用,以达到服务边界拓展和整体系统效率优化。

基于OPC UA的分布式数据采集处理系统架构研究

随着物联网与互联网融合的不断深化,感知层与应用层之间的互联互通要求不断提高。针对现有数据采集系统存在的规范性、扩展性和适应性不足的问题,文章提出一套基于对象连接与嵌入过程控制统一架构(object linking and embedding for process control unified architecture,OPC UA)协议的分布式数据采集处理系统架构。对数据采集处理系统各个模块进行功能解耦和架构重组,分别介绍该系统硬件和软件架构;针对发布订阅模式下负载的特异性,提出一种改进的适用于OPC UA分布式订阅的负载均衡算法;最后在某车企实例验证该系统架构。结果表明,基于OPC UA的分布式数据采集处理系统数据采集处理效果良好,证明了该系统架构的可行性及有效性。

水厂铁矿多旋翼无人机航磁测量数据处理方法研究

水厂铁矿位于唐山迁安隆起西缘铁矿成矿带,目前该矿区浅部矿体已经开采殆尽,迫切需要拓展深部开采空间。该矿区尾矿堆积严重,地表情况复杂,地面磁测工作困难。针对上述问题,本文开展了多旋翼无人机航磁测量、数据处理和对比分析研究。本次研究首次利用DN20G4型号四旋翼无人机搭载Magdrone R3磁通门传感器在该区开展了1∶1万大比例尺航磁测量。由于航磁原始数据中存在飞行平台引入的干扰磁场,基于Tolles-Lawson模型建立了飞行平台机动干扰误差磁补偿模型,使得飞行作业中存在的固定场干扰、感应干扰和涡流干扰都得到了有效解决。在磁补偿处理之后,通过切割线粗调平和细调平处理方法消除了测线间的水平差。最后,再将经过磁补偿、调平等处理后的结果与地面磁测资料进行比对,发现二者的异常形态高度一致,体现了这种处理方法的实用性和有效性。本文的研究结果可为今后在类似场景下,快速有效地开展老矿山深部及外围找矿工作提供参考。

无人机自主作战效能评估技术研究综述

无人机自主作战效能评估是衡量无人机在特定作战条件下能否运用自主能力完成预定目标任务的有效途径,是无人机自主作战技术论证和装备体系建设发展的核心问题。从无人机作战效能基本问题出发,首先,剖析无人机自主性与自主能力以及自主作战能力与自主作战效能的基本概念,给出无人机自主作战效能评估的基本流程;其次,分别从任务视角和原理角度对无人装备作战效能评估指标体系、评估方法的研究现状进行综述,归纳总结3类指标体系构建的现状和4类效能评估方法进展;最后,梳理当前评估中存在的问题,展望无人机效能评估技术的发展趋势。相关研究可为后续无人机自主作战效能评估提供技术参考和方向指导,具有重要的军事意义。

基于相依网络的无人机集群通信系统鲁棒性分析

作为地震灾害救援和侦察战场等的主力设备,无人机集群通信系统的鲁棒性是抗毁性的重要指标,本文借助复杂相依网络理论建模无人机集群通信系统,引入相对网络效能比作为通信系统网络整体鲁棒性的指标,准确地反映节点之间的相互依赖关系,为评估通信系统在目标攻击下的鲁棒性提供了一种全新的视角。基于经典M-L模型和动态信息的负载重分配策略,建立相依同构ER-ER和异构ER-BA网络模型,考虑两层网络中相依节点度数的特性进行目标攻击,分析其在攻击下的级联失效动态过程,以及任意两节点的连边概率、平均度数和容量系数等特征参数,对通信网络整体鲁棒性的影响。研究表明,网络鲁棒性和网络相依强度负相关,在级联失效过程中可考虑降低52.09%~72.9%相依强度,以抵抗更严重的通信网络崩塌;对同构网络来说,相依模式的不同,RL、AL较DL整体鲁棒性分别降低了9.25%和15.95%。

考虑信息年龄的无人机辅助智能交通系统计算卸载优化

该文考虑无人机(UAV)交通监测与移动边缘计算(MEC)技术结合的智能交通系统。为了保障系统中数据时效性并且降低系统能耗,提出计及信息年龄(AoI)的UAV计算卸载优化方法。首先,建立UAV辅助的MEC系统模型,允许MEC服务器缓存常用的应用程序并为UAV提供计算卸载,以支持UAV执行交通监测任务。通过联合优化UAV任务卸载决策、UAV上下行通信带宽分配以及被卸载任务的计算资源分配,最小化所有UAV与MEC服务器的总能耗,同时满足AoI与资源容量等约束条件。其次,系统能耗最小化问题是混合整数非凸优化问题,因此采用离散化和线性化手段,快速获得问题的近似最优解,并设计离散点生成算法来调节近似误差。最后,仿真结果表明,即使对于大型的非凸问题,所提方法也能够快速得到近似最优解,并且可以在不同的任务场景中满足AoI等约束条件,最大限度降低系统能耗。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于自适应迭代学习的多智能体系统编队控制

针对带未知时变参数的非线性多智能体系统的编队问题,提出一种分布式自适应迭代学习控制策略。首先,通过傅里叶级数对系统的不确定参数进行展开,采用一个收敛级数序列处理傅里叶级数展开产生的截断误差,结合多智能体运行过程中的编队误差推导自适应迭代学习控制律和参数更新律;其次,针对领导者动态对大部分智能体都是未知的情况,设计新的辅助控制来补偿未知动态和避免未知有界干扰;然后,基于李亚普诺夫能量函数证明了在所设计控制律作用下多智能体系统编队误差随着迭代次数的增加在有限时间内趋于0;最后,将该控制策略运用到多无人机编队系统中,并通过搭建半物理实验平台,验证了控制方法的有效性。实验结果表明该控制方法可以确保多智能体快速形成所需编队,并且每个智能体在有限时间内可以精确跟踪期望轨迹。所提方法充分考虑了多智能体系统的参数不确定性以及抗干扰的能力,为实际应用中复杂多智能体系统的精确控制提供了有效的方法。

基于改进经验模态分解的无人机机电系统战伤状态评估方法研究

针对无人机机电系统结构内部战伤状态评估问题,提出了基于改进经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的战伤状态评估参数设计方案。首先分析了无人机机电系统典型战伤模式及损伤机理,提出了基于状态参数深层分析的状态评估方案;其次考虑到EMD端点效应对机电系统战伤状态评估带来不利影响,提出了基于多项式拟合延拓的EMD改进方案,基于改进EMD综合奇异值熵理论,构建了机电系统战伤状态评估参数设计方法。最后开展了仿真数值算例研究,结果表明本文所提能够有效的无人机机电系统战伤状态评估结论。

基于KNN神经网络的无人机作业操控系统研究

为进一步提升我国农业植保无人机的精准作业效率,针对其操控系统展开优化研究。选定KNN神经网络算法为执行理念,以无人机作业控制原理为基础,搭建正确的过程参数动态计算模型,进行操控系统的算法实现与调控配置,并展开基于KNN神经网络的无人机喷施作业试验。试验结果表明:KNN神经网络算法下的无人机操控系统运行稳定,过程参数的分类准确率相对提高了8.00%,目标喷施流量与试验喷施流量的偏差率相对降低了5.71%,农药喷施均匀度可提升至94.75%,整机作业综合效率明显提升。此设计理念以计算机智能数据处理为出发点,对无人机的高效率全面发挥有一定的推动作用,可用于类似智能农机装备的控制系统改进与开发,具有一定的参考价值。

基于无人机集群的综合一体化告警自卫系统设计

现代战争中,无人机已经成为各大军事强国的重要武器装备之一,可被应用于侦察、目标探测、情报搜集、攻击等多种作战任务中,无人机集群作为无人机发展的新方向,具有作用范围大、灵活性强、战术使用多样化等优点,能够更好地完成在复杂战场环境下的各种任务,大大提高了作战效能。传统的机载告警自卫系统功能较为单一,且智能化程度不够高,极大地限制了载机的作战能力和任务执行能力,并不能满足无人机集群的应用设想。文中基于当前无人机集群的应用方式和环境,提出一种多功能综合一体化的告警自卫系统设计架构,在满足传统告警功能的基础上额外增加了智能化和侦察对抗一体化的功能,并在硬件模块上做了一定的优化调整,基本上可以满足无人机集群的应用规划和设想。

无人机稳像系统研究综述

针对无人机在飞行过程中会受到机身或环境的影响而造成航拍设备的抖动,对面向无人机平台的稳像系统进行分析。在简要介绍研究背景的基础上,主要从机械稳像和电子稳像2方面进行展开,系统介绍国内外研究现状和多种典型的稳像算法,分析无人机稳像系统未来可能发展的研究方向。结果表明,该研究对无人机航拍图像的增稳及不同场景下稳像方法的选取具有一定的指导作用。