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Proactive optimization of transmission power and 3D trajectory in UAV-assisted relay systems with mobile ground users

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Chinese Journal of Aeronautics 2021年第5期34卷 129-144页

作者： Jiangchun GU Guoru Ding Yitao XU Haichao WANG Qihui WU School of Communications Engineering Army Engineering University of PLANanjing 210007China School of Electronic and Information Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China

In this paper,an Unmanned Aerial Vehicle(UAV)-assisted relay communication system is studied,where a UAV is served as a flying relay to maintain a communication link between a mobile source node and a remote destination node.Specifically,an average outage probability minimization problem is formulated firstly,with the constraints on the transmission power of the source node,the maximum energy consumption budget,the transmission power,the speed and acceleration of the flying UAV relay.Next,the closed-form of outage probability is derived,under the hybrid line-of-sight and non-line-of-sight probability channel model.To deal with the formulated nonconvex optimization,a long-term proactive optimization mechanism is developed.In particular,firstly,an approximation for line-of-sight probability and a reformulation of the primal problem are given,respectively.Then,the reformulated problem is transformed into two subproblems:one is the transmission power optimization with given UAV’s trajectory and the other is the trajectory optimization with given transmission power allocation.Next,two subproblems are tackled via tailoring primal–dual subgradient method and successive convex approximation,respectively.Furthermore,a proactive optimization algorithm is proposed to jointly optimize the transmission power allocation and the three-dimensional trajectory.Finally,simulation results demonstrate the performance of the proposed algorithm under various parameter configurations.

关键词： Outage probability Primal-dual subgradient Proactive optimization Successive convex approximation Unmanned Aerial Vehicle(UAV)relay

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Consensus-based decentralized clustering for cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks

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Chinese Science Bulletin 2012年第28期57卷 3677-3683页

作者： WU QiHui ding guoru WANG JinLong LI XiaoQiang HUANG YuZhen Institute of Communications Engineering PLA University of Science and TechnologyNanjing 210007China

A large number of previous works have demonstrated that cooperative spectrum sensing(CSS) among multiple users can greatly improve detection performance.However,when the number of secondary users(SUs;i.e.,spectrum sensors) is large,the sensing overheads(e.g.,time and energy consumption) will likely be intolerable if all SUs participate in CSS.In this paper,we proposed a fully decentralized CSS scheme based on recent advances in consensus theory and unsupervised learning technology.Relying only on iteratively information exchanges among one-hop neighbors,the SUs with potentially best detection performance form a cluster in an ad hoc manner.These SUs take charge of CSS according to an average consensus protocol and other SUs outside the cluster simply overhear the sensing outcomes.For comparison,we also provide a decentralized implementation of the existing centralized optimal soft combination(OSC) scheme.Numerical results show that the proposed scheme has detection performance comparable to that of the OSC scheme and outperforms the equal gain combination scheme and location-awareness scheme.Meanwhile,compared with the OSC scheme,the proposed scheme significantly reduces the sensing overheads and does not require a priori knowledge of the local received signal-to-noise ratio at each SU.

关键词：位置感知产业集群全分散无线电网络频谱基础等增益合并检测性能

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一种面向有权重通信网络的关键节点识别方法

数据采集与处理 2023年第1期38卷 51-62页

作者：刘子彤王威丁国如吴启晖南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106 陆军工程大学通信工程学院南京210007

如何在已知网络拓扑的前提下,快速准确地找到复杂通信网络中的关键节点成为当前的研究热点。本文首先建立了一个有权重网络的关键节点识别系统模型。然后,提出了基于加权集体影响力的关键节点识别方法。该方法用集体影响力量化节点信息... 详细信息

如何在已知网络拓扑的前提下,快速准确地找到复杂通信网络中的关键节点成为当前的研究热点。本文首先建立了一个有权重网络的关键节点识别系统模型。然后,提出了基于加权集体影响力的关键节点识别方法。该方法用集体影响力量化节点信息传播能力,同时结合加权思想,表征有权重网络节点的关键程度。最后,分别对5种典型复杂网络模型进行了随机权重和非随机权重的仿真。仿真结果表明所提方法优于原有集体影响力算法的性能,且算法对球半径的选择不敏感。

关键词：通信网络网络拓扑关键节点识别集体影响力

基于无人机群飞行轨迹优化的多辐射源追踪技术

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中国科学：技术科学 2023年第11期53卷 1895-1910页

作者：谷江春王海超丁国如邓亦敏中国人民解放军陆军工程大学通信工程学院南京210000 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院仿生自主飞行系统研究组北京100083

无人机具有成本低、机动性强等优势特性,近年来成为军用和民用领域中备受青睐的对象.为了使无人机能够快速、稳定、高效地完成不同的任务,安全、可靠的轨迹控制至关重要.本文针对无人机群赋能的多辐射源追踪问题,构建了多约束条件下的... 详细信息

无人机具有成本低、机动性强等优势特性,近年来成为军用和民用领域中备受青睐的对象.为了使无人机能够快速、稳定、高效地完成不同的任务,安全、可靠的轨迹控制至关重要.本文针对无人机群赋能的多辐射源追踪问题,构建了多约束条件下的无人机群轨迹优化模型,提出了估计、匹配、定位、追踪框架,并设计了一种基于深度强化学习的无人机群飞行轨迹优化算法.首先,采用深度神经网络估计信道模型,得到接收信号强度和距离之间的映射关系;其次,采用交互式方法生成接收信号强度矩阵,计算出对应的距离矩阵并得到无人机与辐射源匹配方案;然后,采用多球交汇定位方法,结合接收信号强度和距离之间的映射关系计算出辐射源的参考位置;进一步,将原始优化问题转换为马尔科夫决策过程,并将辐射源定位信息引入强化学习中,设计高效的无人机飞行轨迹优化算法.此外,引入群体熵对所提算法的智能性进行了分析和评估.最后,仿真结果对所提算法的平均飞行时间、任务完成率、智能性以及无人机群的轨迹分别进行了分析,验证了所提方法的有效性.

关键词：无人机辐射源定位与追踪轨迹优化强化学习群体熵

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大规模多入多出技术的短波地波安全传输方法

哈尔滨工程大学学报 2023年第6期44卷 1037-1042,1080页

作者：李岩丁国如崔丽王海超徐以涛陆军工程大学通信工程学院江苏南京210007

为提升地波通信的用户速率和安全性能,本文结合多点协同和大规模多入多出技术,提出了一种基于多站协同的地波传输方法。在本文中,发送给用户的原始信息被核心网分成了若干个子信息,这些子信息被相应固定站发给用户。使用多个配备多根天... 详细信息

为提升地波通信的用户速率和安全性能,本文结合多点协同和大规模多入多出技术,提出了一种基于多站协同的地波传输方法。在本文中,发送给用户的原始信息被核心网分成了若干个子信息,这些子信息被相应固定站发给用户。使用多个配备多根天线的固定站进行协同预编码,建立了基于预编码向量、发射功率和固定站选择联合优化的用户速率最大化问题。设计了基于共轭波束赋形的预编码方法,推导了发射功率闭式解。针对固定站选择混合整数优化问题,提出了一种低复杂度固定站选择算法。仿真结果表明所提方法可以提升用户速率和安全速率,提出的功率优化方法可以在保证用户速率的前提下提升安全速率,固定站选择算法的性能几乎与穷搜算法相同,证明了所提算法的有效性。

关键词：地波通信大规模多入多出技术安全通信短波通信波束赋形功率优化合作通信海洋通信

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电磁频谱多维态势压缩测绘技术研究进展

通信学报 2023年第11期44卷 25-42页

作者：沈锋丁国如李婕周博吴启晖南京航空航天大学电磁频谱空间认知动态系统工业和信息化部重点实验室江苏南京211106 陆军工程大学通信工程学院江苏南京210007

在日益复杂的电磁频谱环境中,精准获取完备的频谱态势信息是做出准确频谱决策的重要前提。首先,介绍了频谱测绘并对比了其与频谱感知的主要区别。接着,综述了现有频谱态势生成方法的研究现状。然后,提出了异构性、大尺度缺失、动态性、... 详细信息

在日益复杂的电磁频谱环境中,精准获取完备的频谱态势信息是做出准确频谱决策的重要前提。首先,介绍了频谱测绘并对比了其与频谱感知的主要区别。接着,综述了现有频谱态势生成方法的研究现状。然后,提出了异构性、大尺度缺失、动态性、环境复杂性等挑战下的多维频谱态势压缩测绘技术研究工作,有效弥补了传统频谱态势生成方法忽略频谱态势感知过程而导致的频谱测绘框架不完整性,该研究可进一步为提升频谱利用效率、增强频谱安全维护以及强化军事电磁对抗的决策提供更精准的指导。最后,对未来频谱压缩测绘的发展趋势进行了展望。

关键词：电磁频谱认知无线电频谱感知频谱测绘

面向非合作无人机通信网络的通联拓扑推理技术

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电子与信息学报 2022年第3期44卷 924-939页

作者：宋叶辉丁国如徐承龙孙佳琛汤鹏陆军工程大学通信工程学院南京210007

在对抗环境下,捕获无人机通信网络的通联拓扑有助于我们高效发现并破坏其集群功能。然而,在非合作条件下,传统的拓扑先验信息难以获取,通联拓扑推理面临着巨大的挑战。现有相关研究总体上仍处于起步阶段,系统模型和推理机理不清晰,各类... 详细信息

在对抗环境下,捕获无人机通信网络的通联拓扑有助于我们高效发现并破坏其集群功能。然而,在非合作条件下,传统的拓扑先验信息难以获取,通联拓扑推理面临着巨大的挑战。现有相关研究总体上仍处于起步阶段,系统模型和推理机理不清晰,各类方法在同一数据维度下的对比较少。因此,针对非合作的物理场景,该文首先构建了系统模型,揭示了推理机理。然后,分别对相关性、格兰杰因果、转移熵和多维霍克斯过程4种方法进行了仿真对比分析。最后,对该研究方向的发展前景进行了展望。

关键词：无人机通信网络通联拓扑推理格兰杰因果转移熵霍克斯过程

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群体智能协同通信:愿景、模型和关键技术

中国科学：信息科学 2020年第3期50卷 307-317页

作者：孙佳琛王金龙陈瑾丁国如中国人民解放军陆军工程大学通信工程学院南京210007

受生物群体活动的启发,无人集群开始应用于遥感探测、信息中继、智能对抗等各个领域,相较于单个无人平台表现出更强大的环境适应性、更稳健的系统鲁棒性和更丰富的任务能力.作为集群行为的前提和保障,无人集群需要依赖稳健可靠的集群内... 详细信息

受生物群体活动的启发,无人集群开始应用于遥感探测、信息中继、智能对抗等各个领域,相较于单个无人平台表现出更强大的环境适应性、更稳健的系统鲁棒性和更丰富的任务能力.作为集群行为的前提和保障,无人集群需要依赖稳健可靠的集群内部通信.通信资源的稀缺、环境的复杂对抗也对集群内部通信提出了更高要求.然而,关于无人集群通信的现有研究在通信的有效性、可靠性、安全性等方面仍然较为薄弱,集群系统的自主性、协同性、智能化水平还有待优化提升.本文重点聚焦以自组织网状网为代表的无人机集群通信网络,结合群体智能理论和认知无线电技术,建立面向无人机集群的群体智能协同通信模型,并阐述基于群体智能的多域立体协同感知技术,最后对下一步发展方向进行展望.

关键词：无人集群群体智能协同通信群智感知认知无线电

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复杂电磁环境下频谱智能管控技术探讨

航空学报 2021年第4期42卷 194-206页

作者：丁国如孙佳琛王海超焦雨涛陆军工程大学通信工程学院南京210007

作为国土空间的重要组成,电磁频谱空间呈现出环境错综复杂、目标类型多样、用频行为多变等新挑战,导致频谱安全问题日益严峻。面向复杂电磁环境下频谱秩序安全、频谱对抗安全和频谱共享安全等需求,基于人工智能的频谱管控成为电磁频谱... 详细信息

作为国土空间的重要组成,电磁频谱空间呈现出环境错综复杂、目标类型多样、用频行为多变等新挑战,导致频谱安全问题日益严峻。面向复杂电磁环境下频谱秩序安全、频谱对抗安全和频谱共享安全等需求,基于人工智能的频谱管控成为电磁频谱领域的重要研究方向,存在着具有挑战性的基础理论问题和关键技术难题。首先,调研了复杂电磁环境下频谱智能管控的国家战略需求,然后,提炼了智能频谱管控的科学意义与技术挑战,进一步从频谱管控模型机理、频谱态势感知、频谱行为推理、频谱安全决策和频谱管控应用系统等5个方面梳理国内外研究现状,并分析了相关发展动态及研究趋势。

关键词：复杂电磁环境频谱管控人工智能信息流无人机群物联网