基于内容感知的无人机轨迹规划和资源分配联合优化方法

针对未来网络中激增的数据流量以及用户多样化的业务需求,利用无人机来辅助蜂窝网络为用户提供更好的服务。该文提出了基于内容感知的无人机轨迹规划和资源分配联合优化方法,在无人机上缓存热点内容,在满足用户内容需求的条件下,联合优化用户接入以及无人机飞行轨迹来最大化最小用户平均服务速率。由于所建立的优化问题具有非凸性,该文提出了一种块坐标下降的方法将原问题分解为两个子问题,并利用连续凸优化方法对问题进行求解。仿真结果表明,所提方法能够有效提升最小用户平均服务速率,提升网络深度覆盖水平。     

无人机中继通信的轨迹与资源分配优化方法

为提高地面用户的传输速率以及保证公平性,在基站覆盖不到的偏远地区可利用无人机进行辅助中继通信。首先将无人机的轨迹控制与频谱资源分配建模成一个混合整数非线性规划问题;然后基于块坐标下降法,将联合优化问题解耦成信道分配、发射功率和飞行轨迹三个子问题以降低复杂度;最后提出基于继承的子信道迭代分配算法求解信道分配子问题,采用凸优化和连续凸近似法分别求解功率优化及飞行轨迹优化子问题。仿真结果表明,所提算法在保证地面用户公平性的同时,具有比基准策略更高的最小平均速率。     

无人车位姿调节轨迹规划方法

无人车在泊车、接驳、充电等过程中需要调节自身位姿达到任务要求的目标状态。对于采用阿克曼结构的轮式无人车由于存在非完整约束,不能直接到达目标,在环境中存在其它障碍物时,其轨迹搜索的效率低,而且轨迹质量差。针对这一问题,提出将轨迹规划解耦为路径规划和速度规划,路径规划考虑无人车转向系统的约束,利用改进的Reeds-Shepp曲线生成曲率连续变化且有界的距离最优路径。速度规划考虑无人车驱动系统的约束,根据路径上无人车的运动方向将路径分为离散的路径片段。在路径片段上采用指数函构造速度轮廓,保证速度及其高阶导数光滑有界。将速度轮廓叠加到相应的路径片段上得到参考轨迹。最终生成的轨迹满足车辆的转向和驱动特性,并有助于减少轨迹跟踪误差。     

一种带有避障功能的无人车轨迹跟踪控制器设计

基于模型预测控制(model predict control,MPC)设计了一种带有重规划层的无人车轨迹跟踪控制器,用于实现带避障功能的轨迹跟踪。假设在有限的地平线上有一条存在障碍物的已知轨迹,为了规避轨迹上的障碍物,设计了一种轨迹重规划层+预测控制层的双层轨迹跟踪系统。首先接收到在障碍物信息后,在重规划层中借助无人车的点质量模型预测局部参考轨迹;然后控制层控制前轮转向,完成对局部轨迹的跟踪,避开障碍物。并在CARSIM/SIMILINK模型环境中对设计的控制器进行仿真实验,验证控制器在不同速度下对障碍物规避和期望轨迹跟踪的有效性。     

基于行为模式的海上目标轨迹分段算法

海上目标监视系统实时获取并长期积累了大量轨迹数据,深入挖掘分析其中蕴含的目标行为特征,是提升传统的基于声光电磁特性的海上目标探测技术性能的重要途径。在轨迹聚类、轨迹预测和行为分析等数据挖掘的预处理环节中,主流的轨迹分段算法以最小化损失为分段依据,没有给分段轨迹赋予行为模式等语义内涵,限制了分段轨迹的应用范围。对此,本文提出一种基于行为模式的海上目标轨迹分段算法,通过定义七种目标行为模式,制定行为模式优先级,达到轨迹分段的目的。通过提取轨迹段的特征值,真实的保留轨迹特征,尽可能的还原轨迹。实验分析表明,本文的算法能准确合理的进行轨迹分段并真实的还原轨迹,不同的算法参数对应不同的应用场景。最终,本文对算法分段结果的应用前景进行展望。      

基于可行点追踪的机载MIMO雷达收发联合设计方法

针对目标先验信息不准确条件下机载多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达运动目标检测性能下降的问题,提出了一种基于可行点追踪连续凸近似(feasible point pursuit successive convex approximation,FPP-SCA)的机载MIMO雷达发射波形和接收滤波器组联合设计方法。在角度-多普勒平面上目标可能出现的区域设计一组接收滤波器,以最大化最差情形输出信杂噪比作为联合设计的优化准则;考虑波形的恒模和相似性约束建立极大化极小的联合设计问题,以提高目标参数不准确条件下对目标的稳健性检测;基于FPP-SCA算法框架,将联合设计问题的非凸约束条件进行凸近似处理,解决了极大化极小联合设计问题。仿真实验验证了所提方法能在目标参数不准确时保持较优的目标检测性能,且运算量低于对比方法。     

轨迹相似性度量方法研究新进展

轨迹数据广泛应用于智能交通、自然保护、疫情防控等领域。轨迹相似性度量是轨迹查询分析中最复杂和耗时的操作之一,是轨迹数据管理领域的研究基础。文章首先将轨迹相似性度量方法按对时间信息是否敏感划分为时间敏感型和非时间敏感型,同时介绍了基于语义和深度学习的新型轨迹相似性度量方法;然后对每类度量方法进行了综合对比分析,并给出了各自的优缺点;最后对本领域未来的研究趋势进行了展望。     

五轴数控机床轨迹生成方法研究

提出一种五轴数控机床实时轨迹生成和控制方法,由网格曲面描述五轴机床刀具的空间轨迹,在规定的采样周期内计算和控制刀具的位置、方向及不同的运动参数,通过计算数据建立曲线模型,由逆运动学模型在规定采样时间内执行生成的命令。通过一组加工路径仿真实例,说明了提出方法的优越性和普遍性。     

面向中频误差的变距螺旋矩阵轨迹优化方法

磁流变抛光能够高效去除光学元件表面的低频误差,但同时也引入了中频误差,而中频误差的存在对光学系统的性能造成了严重影响,必须对其进行有效控制。对常用的光栅轨迹和螺旋轨迹进行了研究,发现规则的抛光轨迹导致卷积过程与实际去除过程不一致,会引入对称的迭代误差,而迭代误差是中频误差恶化的重要因素。基于对光栅轨迹和螺旋轨迹的研究,提出了一种变距螺旋矩阵轨迹优化方法,以降低光学元件中频误差。该轨迹通过打乱螺旋矩阵轨迹的螺距保留了光栅轨迹和螺旋轨迹简单易行的优点,同时也改变了轨迹线间的随机性。通过对加工前后的面形进行功率谱分析,验证了该轨迹能够有效降低其表面的中频误差,较光栅线和螺旋线中频收敛效率综合提高了26.59%。     

海上无人集群多域超视距协同定位技术

文中针对卫星拒止环境下,海上无人多域移动平台及其编队,对导航定位功能最低保障的迫切需求,开展了一系列研究。首先,分析了直线阵测角的方法,分析了不同波长、阵元间距、噪声下的测角情况,并采用谱估计对多信号同时测角情况进行了仿真;其次,对圆阵构型测角进行了分析,分析了不同参数下的测角情况,并对多信号同时测角进行了仿真;最后,文中提出了海上无人集群自构建海域圆阵、线阵、正交阵复合协同定位的方法,阐述了海上无人跨域应用的基本思想。相关的分析、图表、数据证明了文章的新颖性和潜在的实用价值,其思想对相关技术的发展和探索具有较强的拉动作用。     

面向无线能量传输的三维无人机轨迹设计

在无人机(UAV)辅助的无线网络中,UAV轨迹设计可以有效地提升无线网络系统性能。然而,3维场景下的UAV轨迹设计问题因其高复杂性,目前仍是开放性研究问题,并缺少高性能的求解方案。该文针对具有一般性的无线能量传输(WPT)系统中UAV 3维轨迹设计问题,在凸空间下,基于间续悬飞(SHF)的最优轨迹结构,提出获得高性能3维轨迹的求解方案。     

无人机交替中继通信及其轨迹优化和功率分配研究

为了提高无人机中继通信系统的频谱利用率,该文提出一种交替中继方法,通过两个无人机中继交替工作,轮流将信息从源端转发到目的端。研究联合优化无人机中继的飞行轨迹和各发射端的发射功率,协调两条中继链路的相互干扰,实现端到端的吞吐量最大化。涉及的优化问题受限于无人机的高度约束、机动约束、防碰撞约束以及各发射端的平均与峰值发射功率约束,是难以求得最优解的非凸优化问题。该文提出一种基于交替最大化和连续凸优化技术的高效迭代算法求解次优解,并用计算机仿真验证了所提算法的有效性。     

无线传感器网络中基于刚性的移动锚节点路径规划

在移动锚节点辅助定位中,锚节点通常沿着预设轨迹扫描或采用随机方式移动,当节点分布不均匀、待定位区域形状复杂时,存在锚节点冗余移动、位置冗余广播及定位性能难以确保等问题。该文提出了利用网络拓扑信息进行移动路径规划的新思路,首先利用刚性理论将网络划分为多个唯一可定位的单元,之后寻找一条遍历各单元的最短路径作为锚节点的移动轨迹,锚节点沿着该轨迹移动、依次定位各单元。大规模仿真结果表明,该策略可以有效避免锚节点的冗余移动和位置广播,灵巧适应各种布设情形,与经典的扫描式路径相比,大大降低了路径长度和位置数目。     

人工噪声辅助的物理层安全信号峰均功率比减低算法

人工噪声辅助的物理层安全通信系统采用人工噪声破坏窃听信道的方式提升系统安全信道容量是近年来物理层安全通信领域研究的经典系统模型之一。该文针对这一模型中发射信号存在高峰均功率比问题,利用噪声子空间提供的冗余度提出一种基于噪声子空间功率分配的峰均功率比降低算法。该算法通过分式规划、DC规划以及二次非凸等式约束松弛将非凸的峰均功率比优化问题转化为一系列的凸问题迭代求解。仿真结果表明在系统放大器存在一定线性范围的约束下,该文提出的算法能够有效降低人工噪声辅助的物理层安全通信系统发射信号的峰均功率比问题,达到提高系统中合法用户的通信性能的目的。     

灾后应急通信网络下的中继选择与轨迹优化研究

近年来,无人机(UAVs)凭借其机动灵活的特点,广泛应用于灾后救援工作。针对灾后应急通信网络下勘察无人机执行任务的场景,为了延长应急通信网络的整体续航时间,该文考虑了中继无人机的可用通信能量以及勘察无人机的最大飞行速度和实时通信质量,通过联合优化中继选择和飞行轨迹来实现系统的能量效率最大化。对于所涉及的非确定性多项式难度(NP-hard)优化问题,该文提出一种基于连续凸近似和禁忌搜索的交替迭代算法,将原问题拆成两个子问题交替求解,得到优化问题的近似最优解。仿真结果表明,该文所提算法具有较好的收敛性,可以有效提高系统的能量效率,相比于只优化中继和只优化轨迹的基准方案,能够提升31.1%和28.2%的性能。     

加权能耗最小化的无人机辅助移动边缘计算资源分配策略

针对无人机(UAV)辅助的移动边缘计算(MEC)系统,考虑到无人机能耗与地面设备能耗不在一个数量级,该文提出通过给地面设备能耗增加一个权重因子以平衡无人机能耗与地面设备能耗。同时在满足地面设备的任务需求下,通过联合优化无人机轨迹、系统资源分配以最小化无人机和地面设备的加权能耗。该问题高度非凸,为此提出一个基于交替优化算法的两阶段资源分配策略解决该非凸问题。第1阶段在给定地面设备的卸载功率下,利用连续凸逼近(SCA)方法求解无人机轨迹规划、CPU频率资源分配及卸载时间分配;第2阶段求解地面设备的卸载功率分配。通过两阶段的交替和迭代优化找到原问题的次优解。仿真结果验证了所提算法在降低系统能耗方面的有效性。     

基于凸优化的稀疏阵列方向调制信号综合算法研究

方向调制技术利用多天线发射阵列的空间调制能力在天线端综合出具有方向特性的数字调制信号是近年来物理层安全通信领域研究的热点之一。该文提出一种基于凸优化的稀疏阵列方向调制信号综合算法。首先算法建立以阵列稀疏为目标函数以及方向调制信号不同性能要求为约束的非凸优化问题;然后针对这个非凸问题,给出了两种不同的求解方案：一种基于迭代加权l1算法,但稀疏算法得到的结果可能存在阵元间距小于半个波长的情况;另一种基于混合整数规划,确保稀疏算法得到的阵元间距至少为半个波长;最后在混合整数规划算法的基础上建立以方向调制信号功率利用率为目标的优化问题,优化稀疏阵列方向调制信号发射机的功率利用率。仿真结果表明,相比于与现有的基于均匀等间距直线阵列的方向调制信号综合算法,所提算法在方向调制信号的安全性能、方向调制信号发射机的功率利用率以及阵列的稀疏程度之间具有良好的设计灵活度。     

基于MIMO的多无人机辅助移动边缘计算系统时延优化设计

物联网数据的快速增长和物联网设备的计算限制催生了移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)解决方案。其中,无人机群的高机动性、易部署以及成本低的特点和多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术能够增强边缘计算网络的传输容量,缩短边缘计算网络的传输时延。该文在基于多无人机的多用户MIMO-MEC系统中通过联合优化无人机轨迹、地面用户卸载比、辅助无人机卸载比和辅助无人机数据分发比最小化整个周期的系统最大总时延。采用了连续凸优化技术和块坐标下降方法来解决其中的非凸问题。仿真结果讨论了影响系统时延的因素,并验证了算法的有效性及收敛性。     

基于DSP的射程修正引信弹道解算器设计及性能分析

远程榴弹射程修正引信系统实现的关键是弹道解算器设计.弹道解算器要求能够实时辨识弹道、对信号实时处理、实时解算弹道并实时输出控制信号.设计了以TMS320VC33浮点DSP为核心的弹道解算器,并且进行了解算精度分析,结果表明,它具有数据实时处理能力强、功耗低等特点,其解算精度能满足工程要求.