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基于飞行冲突网络的低空多无人机冲突探测与解脱策略
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作者 岳仁田 牛萌 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第22期9631-9639,共9页
为保障无人机在低空空域运行安全,推动低空经济快速发展,构建了一种针对多无人机飞行冲突的探测方法与解脱策略。首先,依据广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)飞行数据,采用改进的基于模糊推理的交... 为保障无人机在低空空域运行安全,推动低空经济快速发展,构建了一种针对多无人机飞行冲突的探测方法与解脱策略。首先,依据广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)飞行数据,采用改进的基于模糊推理的交互式多模型容积卡尔曼滤波(fuzzy reasoning interactive multiple model cubature Kalman filter,FR-IMMCKF)算法对UAV航迹进行预测,其次,依据UAV间的相对运动状况,进行冲突机的初步筛选,并在速度障碍法基础上添加垂直探测部分使其支持三维范围的冲突探测,然后,引入冲突系数作为飞行冲突网络里的权重,并提出冲突状态空间模型(state space model,SSM),使解脱区间可视化,最后,设置了调高、调向与调速解脱策略,并推出可选解脱航向和速度的区间。构造低空5架UAV飞行冲突情景进行仿真验证,结果表明,本文方法能够在飞行态势复杂的情况下给出冲突解脱次序并提供可行的解脱策略。 展开更多
关键词 无人机 飞行网络 状态空间模型 速度障碍 解脱策略
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基于D2D通信和虚拟MIMO的飞行器集群网络传输方案设计
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作者 刘志峰 张雪 +4 位作者 栗苹 张继豪 李思琪 王卫东 龚鹏 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1141-1147,共7页
在无中心飞行器集群网络中,非直通条件节点间不同的中继路径可能导致较大路径损耗落差,为有限资源前提下网络传输能力的提升带来困难。参考5G移动通信中的终端直通(Device to Device,D2D)技术与中继通信中的虚拟多输入多输出(Multiple-I... 在无中心飞行器集群网络中,非直通条件节点间不同的中继路径可能导致较大路径损耗落差,为有限资源前提下网络传输能力的提升带来困难。参考5G移动通信中的终端直通(Device to Device,D2D)技术与中继通信中的虚拟多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术,提出一套D2D通信与虚拟MIMO技术结合的无中心飞行器集群网络传输方案。重点研究在正交资源模式下,将不同的协作传输协议与空时编码进行组合,在信噪比、误比特率、接入概率等方面对通信性能的影响。仿真结果表明:D2D通信与虚拟MIMO技术结合的传输方案在不增加资源的前提下,对集群网络的通信性能有明显提升,且引入分布式空时编码可进一步优化误比特率性能,但3种传输协议在不同传输质量评价方向的改善有所不同。 展开更多
关键词 飞行器集群网络 终端直通通信 虚拟多输入多输出 协作传输协议 空时编码
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基于复杂网络和MFIM-TOPSIS的飞行态势评估
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作者 彭娅婷 温祥西 +2 位作者 吴明功 朱德山 丁力 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期435-445,共11页
为了客观准确评估基于航迹运行(TBO)模式下空中飞行态势,提出了一种基于复杂网络和MFIM-TOPSIS的飞行态势评估方法。通过分析航空器间侧向碰撞风险建立不同机型的精准保护区,通过三维速度障碍法构建飞行冲突网络,贴近TBO空中运行环境,... 为了客观准确评估基于航迹运行(TBO)模式下空中飞行态势,提出了一种基于复杂网络和MFIM-TOPSIS的飞行态势评估方法。通过分析航空器间侧向碰撞风险建立不同机型的精准保护区,通过三维速度障碍法构建飞行冲突网络,贴近TBO空中运行环境,在此基础上选取总节点度、平均点强、网络密度等6个网络拓扑指标构建飞行态势评估指标体系。为弱化评估主观性影响,提出了一种能反映主观因素-客观因素的相互作用矩阵,采用最大信息系数对相互作用矩阵编码进行改进,通过优劣解距离法评估飞行态势等级状况。仿真分析和高崎机场实例分析结果均表明:该评估模型能够准确评估空中飞行态势,能为管制员决策指挥提供辅助信息。 展开更多
关键词 复杂网络 飞行冲突网络 飞行态势评估 优劣解距离法 多因素相互作用矩阵
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飞行器自组网络非交互式动态群组密钥管理研究 被引量:1
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作者 周健 施文君 +1 位作者 殷红彩 孙丽艳 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2018年第7期1126-1135,共10页
移动飞行器网络具有广阔的应用前景,但高速移动、频繁拓扑变化和有限能力等特点对飞行器网络的群组密钥管理提出新的要求,交互式密钥协商协议不仅增加了飞行器网络成员交互的延时,而且消息复杂度与网络规模相关。针对这一问题,提出一种... 移动飞行器网络具有广阔的应用前景,但高速移动、频繁拓扑变化和有限能力等特点对飞行器网络的群组密钥管理提出新的要求,交互式密钥协商协议不仅增加了飞行器网络成员交互的延时,而且消息复杂度与网络规模相关。针对这一问题,提出一种无需交互的动态群组密钥管理方案。该方案中公开加密密钥对应多个具有密钥独立性的秘密解密密钥,并绑定成员身份,群组密钥操作中只需更新公开加密密钥,非退出或加入成员的私有解密密钥保持不变。在性能上,该方案中非更新成员无需交互,密钥更新消息负载与网络规模无关,解决密钥更新的1-affect-n问题,隐含的身份认证可进一步减少延时;在安全性上,保证前向和后向安全性。因此该方案适合快速移动和拓扑频繁变化的飞行器网络。 展开更多
关键词 飞行器自组网络 群组密钥管理 密钥合并/分裂操作 前向后向性安全 身份
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飞行训练网络抗毁性实证分析 被引量:1
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作者 杨泳 徐开俊 +2 位作者 姚裕盛 向宏辉 吴佳益 《复杂系统与复杂性科学》 EI CSCD 2018年第4期69-76,共8页
为提高飞行训练的安全性和可靠性,运用复杂网络理论对飞行训练网络(Flight Training Network,FTN)的抗毁性进行实证分析。通过构建最大连通子图相对大小和网络效率测度指标,对FTN分别实施去点和去边攻击,并在随机和蓄意两种攻击模式下... 为提高飞行训练的安全性和可靠性,运用复杂网络理论对飞行训练网络(Flight Training Network,FTN)的抗毁性进行实证分析。通过构建最大连通子图相对大小和网络效率测度指标,对FTN分别实施去点和去边攻击,并在随机和蓄意两种攻击模式下抗毁性进行仿真。分析表明,FTN网络具有典型的无标度和小世界特性;针对机场的节点攻击,FTN表现出对随机攻击的鲁棒性和蓄意攻击的脆弱性;针对航线的边攻击,FTN表现出一定的抗毁性。结果表明FTN网络中度值或介数大的机场是保持网络安全的关键,其失效将快速降低网络的连通可靠性和运行效率。 展开更多
关键词 复杂网络 飞行训练网络 抗毁性 仿真 无标度 介数
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基于复杂网络理论的关键飞行冲突点识别 被引量:14
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作者 吴明功 王泽坤 +2 位作者 甘旭升 杨国洲 温祥西 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期279-287,共9页
随着航空事业的发展,终端区内空中交通密度大,交通态势相对复杂,给管制人员带来巨大的挑战。为充分理解空中飞行态势,给管制人员提供决策依据,提出了一种基于复杂网络理论和层次分析-熵权法的关键冲突飞机识别方法。首先以飞机为节点,... 随着航空事业的发展,终端区内空中交通密度大,交通态势相对复杂,给管制人员带来巨大的挑战。为充分理解空中飞行态势,给管制人员提供决策依据,提出了一种基于复杂网络理论和层次分析-熵权法的关键冲突飞机识别方法。首先以飞机为节点,机载防相撞系统(airborne collision avoidance system,ACAS)建立通信关系为连边构建飞行状态网络;在此基础上,选取节点度、点强、加权聚类系数和介数4个参数作为评估节点重要度指标,利用层次分析法确定各指标权重,并引入熵权法的思想,对结果进行修正,通过多属性决策的方法计算出节点重要度,确定关键冲突飞机。在人造网络和昆明长水机场终端区内的飞行状态网络上的仿真和实验结果:提出的方法能够确识别飞行状态网络中的关键冲突点,对选出的节点进行调配能够有效降低飞行状态网络的复杂性,可以为空中交通管制服务提供参考,降低管制人员的调配难度。 展开更多
关键词 复杂网络 飞行状态网络 关键节点 多属性决策
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管制-飞行状态相依网络模型及特性分析 被引量:7
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作者 李昂 聂党民 +1 位作者 温祥西 王泽坤 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1204-1213,共10页
管制员和航空器是管制系统的关键所在,两者紧密关联、相互依存,分析其间的相互关系,能够加深对管制系统的理解,更好地维护其运行效率。为此,首先构建了一种由飞行状态网络和管制网络相耦合所组成的相依网络模型。其中,飞行状态网络由空... 管制员和航空器是管制系统的关键所在,两者紧密关联、相互依存,分析其间的相互关系,能够加深对管制系统的理解,更好地维护其运行效率。为此,首先构建了一种由飞行状态网络和管制网络相耦合所组成的相依网络模型。其中,飞行状态网络由空中的航空器和彼此之间位置关系决定;管制网络由管制扇区及其之间的移交关系确定。然后根据管制员对航空器的调配难度确定依存边的权重。最后依据构建原则模拟生成人造网络,对该网络的节点度、点强和加权聚类系数以及网络效率和鲁棒性进行了分析。分析结果表明:所构建的相依网络模型能够反映管制员和航空器之间的相互关系,管制节点重要程度高于航空器节点。 展开更多
关键词 空中交通管制 飞行状态网络 管制网络 相依网络 复杂网络
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基于飞行冲突网络和遗传算法的冲突解脱策略 被引量:4
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作者 毕可心 吴明功 +2 位作者 温祥西 张文斌 杨文达 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1429-1440,共12页
针对空域中多机飞行冲突问题,提出了一种基于飞行冲突网络和遗传算法的飞行冲突解脱方法。首先,根据航空器位置、航向和速度状态判断航空器节点之间的冲突,构建飞行冲突网络模型,通过速度障碍法确定网络中的连边和权重。然后,依据不同... 针对空域中多机飞行冲突问题,提出了一种基于飞行冲突网络和遗传算法的飞行冲突解脱方法。首先,根据航空器位置、航向和速度状态判断航空器节点之间的冲突,构建飞行冲突网络模型,通过速度障碍法确定网络中的连边和权重。然后,依据不同的场景,将飞行冲突的解脱方式分为速度解脱、航向解脱和复合解脱,并分别推导了解脱范围。在此基础上,根据飞行冲突网络的复杂性构造适应度函数,并使用遗传算法对飞行冲突问题进行编码和求解。仿真实验表明,所提方法能够根据管制需要和管制员的能力,为不同管制态势下的飞行冲突解脱提供合理、可行的方案,可在18 s内完成对8架航空器的调整,并消解超过12对以上的飞行冲突,与其他多机解脱方法相比,时效性高且冲突消解能力更强。 展开更多
关键词 飞行冲突网络 飞行冲突解脱 速度障碍法 遗传算法 空中交通管理
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簇飞行航天器网络动态连接和路径时空演进特性
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作者 莫金容 胡圣波 +2 位作者 施燕峰 宋小伟 鄢婷婷 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期562-571,共10页
簇飞行航天器模块的高速飞行增加了网络拓扑的不确定性.为优化簇飞行航天器的轨道设计,提升簇飞行航天器网络性能,在簇飞行航天器节点动态连接的基础上,开展基于概率连接矩阵的簇飞行航天器网络动态连接和路径时空演进特性研究.基于航... 簇飞行航天器模块的高速飞行增加了网络拓扑的不确定性.为优化簇飞行航天器的轨道设计,提升簇飞行航天器网络性能,在簇飞行航天器节点动态连接的基础上,开展基于概率连接矩阵的簇飞行航天器网络动态连接和路径时空演进特性研究.基于航天器双星伴飞模式,建立了簇飞行航天器节点移动模型,运用经验统计和曲线拟合的分析方法,得到簇飞行航天器网络节点间的距离密度函数;利用簇飞行航天器网络节点间相对距离有界的约束,给出节点连接距离的阈值范围;利用STK生成的轨道数据,通过给出序贯路径定义和一种新的矩阵乘法运算,得到节点多跳序贯路径的概率连接矩阵,分析轨道超周期内节点动态连接和路径时空演进特性,为簇飞行航天器网络的设计和优化提供理论参考. 展开更多
关键词 飞行航天器网络 节点连接 概率连接矩阵 时空演进
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高动态飞行器自组织网络组网研究 被引量:7
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作者 洪洁 张德海 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2019年第11期1930-1938,共9页
节点高速移动和网络拓扑变化迅速严重影响着高动态飞行器自组织网络性能。提出了一种适于高动态场景的移动自组织网络协议栈设计。该设计着重QoS需求,围绕网络拓扑高动态变化特征,合理配置不同层次的网络协议,适合高动态应用场景。以平... 节点高速移动和网络拓扑变化迅速严重影响着高动态飞行器自组织网络性能。提出了一种适于高动态场景的移动自组织网络协议栈设计。该设计着重QoS需求,围绕网络拓扑高动态变化特征,合理配置不同层次的网络协议,适合高动态应用场景。以平面网络为例,分析评估了FANET网络在高动态环境下的性能。实验结果表明,该组网方式可行并能满足高动态飞行器自组织网络的功能和性能需求。还提出了节点在个体移动方式下保持网络高性能的最佳节点数目和网络各层次协议适应高动态拓扑变化的应对策略。 展开更多
关键词 飞行器自组织网络 移动自组织网络 组网 协议栈
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面向信息年龄的应急无人机网络低能耗信息采集和传输调度机制 被引量:6
11
作者 张宇明 徐连明 +3 位作者 印思源 江林润 王莉 费爱国 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期1-13,共13页
为解决公网设施缺失、卫星信号不稳等应急场景下,信息无法及时回传与上报的问题,针对信息采集与传输能力受能耗制约的应急无人机网络,提出了一种面向信息时效性的信息采集和传输调度机制。引入了信息年龄作为信息时效性的衡量指标和约束... 为解决公网设施缺失、卫星信号不稳等应急场景下,信息无法及时回传与上报的问题,针对信息采集与传输能力受能耗制约的应急无人机网络,提出了一种面向信息时效性的信息采集和传输调度机制。引入了信息年龄作为信息时效性的衡量指标和约束,构建了以最小化无人机信息采集和传输能耗为目标的随机优化问题。基于Lyapunov优化理论,设计了信息时效性约束的虚拟队列,将原问题转化为保证系统稳定前提下的无人机数据采集与传输控制2个子问题,并分别提出了对应的启发式算法。仿真结果表明,相较于传统的队列调度方案,所提算法在保证信息时效性在一定范围的前提下,具备更快的收敛速率和更低的系统平均能耗开销。 展开更多
关键词 应急通信 飞行自组织网络 无人机网络 信息年龄 Lyapunov优化
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基于强化学习的FANET自适应MAC协议
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作者 闫涛 赵一帆 +2 位作者 高明虎 陈虎 唐嘉宁 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第9期2613-2619,共7页
针对预设的单一媒体接入控制(MAC)协议难以满足飞行自组织网络(FANET)多样化业务需求的问题,提出一种基于Q Learning的FANET自适应MAC协议(FQL-AMAC)。使用两种基准协议联合控制,根据当前网络条件自动选择并切换至服务质量(QoS)显著的MA... 针对预设的单一媒体接入控制(MAC)协议难以满足飞行自组织网络(FANET)多样化业务需求的问题,提出一种基于Q Learning的FANET自适应MAC协议(FQL-AMAC)。使用两种基准协议联合控制,根据当前网络条件自动选择并切换至服务质量(QoS)显著的MAC协议。优化单个网络性能指标实现QoS局部最优,采用熵值法融合吞吐量、延迟并提出综合性能指标构建奖励函数,以趋近QoS全局最优。实验结果表明,FQL-AMAC能有效选择最佳协议运行,吞吐量、延迟和综合性能表现优于现有协议。 展开更多
关键词 飞行自组织网络 媒体接入控制 多样化业务 自适应选择 Q Learning 熵值法 综合性能
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