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无人机任务卸载与充电协同优化

工程科学与技术 2024年第1期56卷 99-109页

作者：何涵刘鹏赵亮王青山杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018 沈阳航空航天大学计算机学院辽宁沈阳110136 合肥工业大学数学学院安徽合肥230009

在野外恶劣环境应用中,可以使用具有灵活性和便捷性的无人机(UAV),通过无线数据传输辅助携带用户任务到边缘服务器。然而,UAV飞行平台难以提供长时间的任务卸载服务,大大限制了其应用前景。本文研究了在移动边缘计算环境中,如何有效整合... 详细信息

在野外恶劣环境应用中,可以使用具有灵活性和便捷性的无人机(UAV),通过无线数据传输辅助携带用户任务到边缘服务器。然而,UAV飞行平台难以提供长时间的任务卸载服务,大大限制了其应用前景。本文研究了在移动边缘计算环境中,如何有效整合UAV的任务卸载和充电调度。首先,构建了一个新的应用模型,该模型协同处理UAV的任务卸载调度和自身充电需求,并在UAV辅助任务卸载应用场景中加入了若干个无线充电平台。其次,考虑了用户任务的价值和UAV的充电需求,以在时延敏感和能量约束的条件下优化UAV辅助用户设备进行任务卸载的收益。最后,采用深度强化学习算法,对深度Q网络(DQN)进行调优后形成Fixed DQN算法,以有效处理模型中的大规模状态动作搜索空间问题。本文以UAV仅作为任务载体并考虑其自主充电需求为前提,通过在一个半径为3000 m、含有11个节点的区域验证Fixed DQN算法的可行性;并在不同用户节点数量、充电节点数量及服务时间条件下,通过与蚁群算法、遗传算法和DQN算法的对比实验评估其性能。实验结果表明:本文提出的Fixed DQN算法在所有测试条件下均显著优于蚁群算法、遗传算法和DQN算法,特别是在节点数量增加和服务时间延长的情景中;此外,Fixed DQN算法相对于DQN算法的性能提升突显了深度强化学习在参数调优方面的有效性。研究结果证实了Fixed DQN算法在解决UAV任务卸载和充电调度问题中的高效性和调参策略的重要性。

关键词：边缘计算无人机任务卸载强化学习充电调度

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无人机移动自主回收着陆原理及控制方法

机械工程学报 2024年第3期60卷 34-46页

作者：汪首坤许永康陈志华司金戈李斌王军政北京理工大学伺服运动系统驱动与控制工信部重点实验室北京100081 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063

针对无人机回收存在着陆点相对固定、被动回收、灵活性及环境适应性较差等问题,提出了一种无人机全自主的地面移动回收原理,主要包括目标定位、动态轨迹跟踪和的主动柔顺承接,实现野外复杂环境下自主化的无人机动态移动回收。首先,针对... 详细信息

针对无人机回收存在着陆点相对固定、被动回收、灵活性及环境适应性较差等问题,提出了一种无人机全自主的地面移动回收原理,主要包括目标定位、动态轨迹跟踪和的主动柔顺承接,实现野外复杂环境下自主化的无人机动态移动回收。首先,针对难以精确获取无人机动态位置的问题,提出了多传感器信息融合定位和伺服转台聚焦跟踪的目标定位方法;其次,为完成对无人机的快速高精度跟踪,提出了基于无人车和Stewart平台的双级跟踪控制策略;最后,为了解决无人机着陆过程冲击大、重心失稳等问题,设计了基于模型预测的平稳性控制算法和基于自适应变阻抗的柔顺控制算法,在实时调整承接面位姿的同时做到了主动柔顺承接。搭建了由目标定位系统、无人车和Stewart平台组成的原理样机,验证了本原理的可行性及控制算法的有效性,该方案和技术已成功运用于某型号固定翼无人机自主回收。

关键词：无人机移动自主回收目标定位动态轨迹跟踪柔顺承接

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无人机载光电平台隔振性能测试与分析

红外与激光工程 2024年第1期53卷 144-150页

作者：王子辰王东鹤朱纬上海市质量监督检验技术研究院上海200031 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

针对无人机载光电平台的安装特点,文中对平台及阻尼减振器特性进行了分析、建模与测试。首先,对光电平台阻尼减振器特性进行了介绍;其次,分析了安装阻尼减振器后的光电平台特性,并对阻尼减振器的运动特性进行建模,分析阻尼减振器安装布... 详细信息

针对无人机载光电平台的安装特点,文中对平台及阻尼减振器特性进行了分析、建模与测试。首先,对光电平台阻尼减振器特性进行了介绍;其次,分析了安装阻尼减振器后的光电平台特性,并对阻尼减振器的运动特性进行建模,分析阻尼减振器安装布局与平台性能之间的关系;最后,结合具体某型光电平台及其配套阻尼减振器,给出了仿真结果及相同外部扰动条件下减振器安装位置对平台性能的测试结果。结果表明:相关研究对优化无人机载光电平台阻尼减振器布局及提升载荷整体性能具有积极的意义。

关键词：无人机光电平台阻尼减振器运动建模性能测试

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无人机集群任务分配的多目标算法研究

西安电子科技大学学报 2024年第2期51卷 1-12页

作者：高卫峰王琼李宏谢晋公茂果西安电子科技大学数学与统计学院陕西西安710071 西安电子科技大学协同智能系统教育部重点实验室陕西西安710071

针对目标识别场景下的无人机集群协同任务分配问题,建立了以识别代价和识别收益为目标的优化模型,设计了基于分解的多目标差分进化算法求解该模型。首先,提出了精英初始化方法,在保证所得非支配解分布均匀的基础上,筛选初始解以提高解... 详细信息

针对目标识别场景下的无人机集群协同任务分配问题,建立了以识别代价和识别收益为目标的优化模型,设计了基于分解的多目标差分进化算法求解该模型。首先,提出了精英初始化方法,在保证所得非支配解分布均匀的基础上,筛选初始解以提高解集的质量;其次,结合模型特性构造整数编码下的多目标差分进化算子,提高算法的收敛速度;最后,设计了带限制的禁忌搜索策略,使得算法具有跳出局部最优的能力。该算法为问题的求解提供一组非支配解集,使得可以根据实际需求选择更加合理的最优解。通过上述方法获得分配方案后,基于拍卖算法设计任务重分配策略,进一步调整分配方案,以应对无人机损毁的突发情况。仿真实验验证了所提算法在求解小、中、大规模任务分配问题上的有效性。相比于其他算法,文中算法所得非支配集具有更高的质量,可以消耗更少的识别代价来获取更高的识别收益,说明算法具有一定的优越性。

关键词：任务分配无人机多目标算法进化算法禁忌搜索

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无人机非确定性等价自适应容错飞行控制

控制理论与应用 2024年第4期41卷 587-596页

作者：季海宁陈谋雍可南南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞... 详细信息

针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞行控制设计中,通过引入辅助系统并动态调节因子,构造非确定性等价原理中偏微分方程的近似解,以简化自适应律设计复杂度.此外,借助Lyapunov稳定性分析方法,证明了在所设计的自适应容错控制器作用下闭环系统的稳定性.最后,仿真验证表明所设计的控制方法能够保证故障无人机的闭环系统性能.

关键词：无人机非确定性等价容错控制

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无人机技术在精准林业中的应用与挑战

农业工程学报 2024年第5期40卷 14-24页

作者：刘金成王海明何亚琼王明慧栗广才于东海赵鹏祥冯仲科西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079 甘肃省测绘工程院兰州730000 西北农林科技大学林学院杨凌712100 北京林业大学精准林业北京市重点实验室北京100083

森林是陆地生态系统的主体和国家生态安全的保障。随着信息化技术的发展,无人机作为智能化装备的代表,在森林精准调查、设计和管理等方面发挥了关键作用。近年来,随着精准林业的发展以及无人机技术的应用,如何有效协同无人机技术和林业... 详细信息

森林是陆地生态系统的主体和国家生态安全的保障。随着信息化技术的发展,无人机作为智能化装备的代表,在森林精准调查、设计和管理等方面发挥了关键作用。近年来,随着精准林业的发展以及无人机技术的应用,如何有效协同无人机技术和林业发展需求,实现森林质量精准提升和可持续发展,成为林业研究的重点和热点问题。该文从林业无人机系统及关键技术、研究现状、应用进展以及挑战等方面对近年无人机技术在精准林业中的应用进行阐述,重点探讨了无人机技术在森林资源调查监测、病虫害预警、火灾防控、林业植保、林业管理与执法等方面的应用,并分析了无人机技术在精准林业中面临的机遇和挑战,以期为无人机技术助力精准林业发展提供有益参考。

关键词：无人机遥感精准林业关键技术应用前景

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无人机火箭助推机构分离安全性研究

兵工学报 2024年第1期45卷 219-230页

作者：周悦李壮壮郑然舜李军南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 中国航空工业空气动力研究院黑龙江哈尔滨150001

为提高火箭助推式无人机起飞时助推机构的分离安全性,提出一种可自动安全分离的无人机火箭助推机构。以某型号无人机为例,运用理论力学与刚体运动学知识建立以分离安全性最优为目标的助推机构理论模型,得出助推机构中关键参数的设计依... 详细信息

为提高火箭助推式无人机起飞时助推机构的分离安全性,提出一种可自动安全分离的无人机火箭助推机构。以某型号无人机为例,运用理论力学与刚体运动学知识建立以分离安全性最优为目标的助推机构理论模型,得出助推机构中关键参数的设计依据并建立助推机构的三维模型。运用刚体动力学分析方法得到助推机构的分离运动轨迹,搭建包含助推机构和模拟无人机部分的实验系统,验证助推机构分离轨迹和分离姿态与仿真结构有一致的变化趋势。研究结果表明,该助推机构在分离过程中可有效规避安全隐患,提高分离安全性。

关键词：无人机火箭助推机构分离安全性数学建模刚体动力学

无人机辅助MEC系统中基于最优SIC顺序的能耗优化方案

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通信学报 2024年第2期45卷 18-30页

作者：季薇杨许鑫李飞李汀梁彦宋云超南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 南京邮电大学电子与光学工程学院江苏南京210023

在基于上行非正交多址接入(NOMA)的无人机(UAV)辅助移动边缘计算(MEC)系统中,NOMA的连续干扰消除(SIC)顺序已成为限制上行任务卸载链路传输性能的瓶颈,为降低系统能耗,对SIC顺序进行了讨论,提出了联合信道增益与任务时延约束的最优SIC... 详细信息

在基于上行非正交多址接入(NOMA)的无人机(UAV)辅助移动边缘计算(MEC)系统中,NOMA的连续干扰消除(SIC)顺序已成为限制上行任务卸载链路传输性能的瓶颈,为降低系统能耗,对SIC顺序进行了讨论,提出了联合信道增益与任务时延约束的最优SIC顺序。在满足设备给定任务时延、设备最大发射功率约束以及UAV轨迹的约束下,基于最优SIC顺序提出了最小化系统能耗的问题。由于该问题是个复杂的非凸问题,采取交替优化的方法求解该优化问题,以实现功率分配和UAV轨迹的优化;利用匹配理论,提出了低复杂度算法来得到不同时隙的最优设备分组。仿真结果表明,与其他SIC顺序相比,最优SIC顺序能够在相同的任务时延约束下实现更小的系统能耗;所提的低复杂度设备分组算法能够得到最优设备分组。

关键词：移动边缘计算无人机非正交多址接入功率分配设备分组

无人机辅助D2D通信网络安全通信资源分配算法

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通信学报 2024年第2期45卷 115-126页

作者：曾晓婉王海军黄蕾马东堂中国人民解放军92689部队广东湛江524000 国防科技大学电子科学学院湖南长沙410073

针对被动窃听下的无人机辅助D2D通信网络中能量受限、频谱短缺、同频干扰严重等问题,考虑每个用户的保密速率和发射功率约束,引入网络保密能效的概念。基于物理层安全传输理论,以最大化网络保密能效为目标,研究频谱复用和功率控制策略... 详细信息

针对被动窃听下的无人机辅助D2D通信网络中能量受限、频谱短缺、同频干扰严重等问题,考虑每个用户的保密速率和发射功率约束,引入网络保密能效的概念。基于物理层安全传输理论,以最大化网络保密能效为目标,研究频谱复用和功率控制策略的联合优化问题。该问题是非线性非凸优化问题,提出了一种结合Dinkelbach算法和凸近似算法的资源分配算法,通过凸近似算法将非凸优化问题转化为几何规划问题,并结合Dinkelbach算法保证原问题收敛到全局最优解。仿真结果表明,所提算法可有效缓和同频干扰,提高网络保密能效,平衡网络安全通信性能和功耗之间的关系。

关键词：无人机 D2D通信能效资源分配物理层安全