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基于复杂网络和MFIM-TOPSIS的飞行态势评估

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 435-445页

作者：彭娅婷温祥西吴明功朱德山丁力空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051 中国人民解放军93220部队黑龙江哈尔滨150036 中国人民解放军95605部队重庆402360

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,... 详细信息

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。

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

对抗条件下基于SAC-Lagrangian的UAV智能规划

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电光与控制 2024年第8期31卷 1-7页

作者：岳龙飞杨任农闫孟达赵小茹左家亮刘会亮张明元海军工程大学电磁能技术全国重点实验室武汉430000 空军工程大学空管领航学院西安710000 西安卫星测控中心西安710000

无人机因其低成本、可消耗、分布部署、敏捷灵活的优势,在多个民用领域大放异彩。但受其智能化程度限制,如何在复杂对抗条件下自主安全完成任务仍存在巨大挑战。针对目前无人机任务规划存在的智能性和安全性问题,提出一种基于安全强化... 详细信息

无人机因其低成本、可消耗、分布部署、敏捷灵活的优势,在多个民用领域大放异彩。但受其智能化程度限制,如何在复杂对抗条件下自主安全完成任务仍存在巨大挑战。针对目前无人机任务规划存在的智能性和安全性问题,提出一种基于安全强化学习算法的无人机智能规划方法(SAC-Lagrangian)。考虑了雷达威胁、禁飞区安全约束和地导对抗条件,将任务规划问题建模为约束马尔可夫决策过程(CMDP),通过拉格朗日乘子法变为对偶问题,采用最大熵柔性行动者-评论家(SAC)算法近似求解最优策略,保证了智能体在遵守安全约束条件下最大化期望回报。仿真结果表明,与其他基线算法相比,所提方法能在保证任务性能的同时确保安全性,适应动态变化的场景,任务完成率达到96%,因此,具有高效、鲁棒和安全的优势。

关键词：无人机安全强化学习 SAC-Lagrangian 智能任务规划鲁棒性

基于自动编码器和支持向量机的飞机机动智能识别方法

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兵器装备工程学报 2024年第2期45卷 210-217页

作者：岳龙飞杨任农杨文达左家亮刘会亮许凌凯海军工程大学电磁能技术全国重点实验室武汉430033 空军工程大学空管领航学院西安710051 西安卫星测控中心西安710043 中国人民解放军95882部队

飞机机动动作识别是空战意图识别和智能决策的基础。针对传统机动动作识别方法存在的高维数据分析和特征提取能力不足、识别准确率不高的问题,考虑到机动数据的高维性、时序性的特点,提出基于正则化自动编码器-支持向量机(RAE-SVM)的飞... 详细信息

飞机机动动作识别是空战意图识别和智能决策的基础。针对传统机动动作识别方法存在的高维数据分析和特征提取能力不足、识别准确率不高的问题,考虑到机动数据的高维性、时序性的特点,提出基于正则化自动编码器-支持向量机(RAE-SVM)的飞机机动动作识别方法。依据机动动作数据变化规律和专家经验知识,构建了基于时间段数据特征的机动动作样本库;将无监督的自动编码器神经网络强大的特征提取能力和有监督的支持向量机优异的分类性能相结合,构建基于RAE-SVM的机动识别模型,采用机动动作样本库训练模型;通过引入正则化提高了RAE网络的泛化性能和预测准确率;最后与多种现有方法进行准确性与实时性对比,并选取空战机动动作数据进行实例验证。结果表明:所提方法识别准确率为92.75%,对一组机动数据识别仅需2 ms,满足实时性要求。因此,该方法可以快速准确地进行飞机机动动作识别,具有一定实用价值。

关键词：机动动作识别正则化自动编码器支持向量机特征提取无监督学习

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基于协同攻击区的航空集群最优空间构型研究

兵工学报 2019年第4期40卷 788-798页

作者：史振庆梁晓龙张佳强刘流范翔宇空军工程大学国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051

针对有人/无人机协同攻击中的航空集群最优空间构型问题,提出了基于自适应Tent混沌搜索灰狼优化算法的航空集群空间构型寻优方法。建立空空导弹协同攻击区数学模型,结合协同攻击区边界搜索方法,得到航空集群在任意空间构型下的协同攻击... 详细信息

针对有人/无人机协同攻击中的航空集群最优空间构型问题,提出了基于自适应Tent混沌搜索灰狼优化算法的航空集群空间构型寻优方法。建立空空导弹协同攻击区数学模型,结合协同攻击区边界搜索方法,得到航空集群在任意空间构型下的协同攻击区解算方法;将自适应Tent混沌搜索方法应用到灰狼优化算法中,有效避免原算法易陷入局部最优和搜索速度慢的问题;以协同攻击区域大小作为目标函数,利用改进后的算法对航空集群空间构型进行寻优。仿真结果表明,改进后的算法能够有效地求得使航空集群协同攻击区域最大且我方伤亡最小的最优空间构型,且最优构型下航空集群协同攻击区明显大于单机攻击区的简单叠加。

关键词：航空集群协同攻击区 Tent映射混沌理论灰狼算法空间构型

复杂低空环境下考虑区域风险评估的无人机航路规划

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仪器仪表学报 2021年第1期42卷 257-266页

作者：张宏宏甘旭升李双峰冯政靳阳空军工程大学空管领航学院西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室西安710051

为解决无人机在复杂低空环境内运行安全性较低的现状,提出了考虑区域风险评估的无人机航路规划方法,可快速生成运行风险较低的航路。首先,对复杂低空环境进行模型简化和风险评估,得到低空三维风险图;再将路径风险值作为综合代价,利用改... 详细信息

为解决无人机在复杂低空环境内运行安全性较低的现状,提出了考虑区域风险评估的无人机航路规划方法,可快速生成运行风险较低的航路。首先,对复杂低空环境进行模型简化和风险评估,得到低空三维风险图;再将路径风险值作为综合代价,利用改进蚁群算法对空间三维航路进行规划,有效降低了生成路径的冗余度;最后,用3次B样条对规划出的离散路径进行平滑处理,生成曲率与俯仰角连续的可飞路径。仿真与实验结果表明:本文提出的算法生成的路径能够以较小的路径代价,换取一条风险值较低的路径,同时路径冗余度较低,曲率与俯仰角连续变化,是满足无人机性能约束的可飞路径。

关键词：无人机低空空域航路规划风险评估 3次B样条

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基于免疫粒子群的最小连通支配集求解算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第11期47卷 90-95页

作者：吴明功李佳威温祥西刘飞空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 空军工程大学国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051

为解决复杂网络最小连通支配集(MCDS)求解算法复杂度高、速度慢及解的精确度差等问题,采用一种免疫粒子群优化(IPSO)算法进行求解.该算法将连通支配集的支配规则转化为基于邻接矩阵的并集约束,并结合图连通分支约束设计优化目标,采用二... 详细信息

为解决复杂网络最小连通支配集(MCDS)求解算法复杂度高、速度慢及解的精确度差等问题,采用一种免疫粒子群优化(IPSO)算法进行求解.该算法将连通支配集的支配规则转化为基于邻接矩阵的并集约束,并结合图连通分支约束设计优化目标,采用二进制粒子群算法对MCDS进行求解.在求解过程中引入免疫机制,依据网络关键节点与支配节点之间的重叠关系,设置抗原因子,指导粒子群搜索方向、加快算法收敛速度.在随机网络上的仿真实验表明:相较于传统算法,所提算法能够找出网络的MCDS,并且在保证解精度的前提下提高了求解速度.

关键词：最小连通支配集(MCDS) 二进制粒子群算法复杂网络免疫抗体连通分支

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基于信息素决策的无人机集群协同搜索算法

北京航空航天大学学报 2021年第4期47卷 814-827页

作者：吴傲杨任农梁晓龙侯岳奇空军工程大学航空集群技术与作战运用实验室西安710051 空军工程大学国家空管防相撞技术重点实验室西安710051 空军工程大学空管领航学院西安710051

针对无人机(UAV)集群在未知环境中无先验信息条件下的搜索问题,提出了一种以信息素为决策机制的无人机集群协同搜索算法。首先,考虑无人机通信约束,建立了有外部节点的星型网络通信和无外部节点的自组织网络通信2种形式的搜索模型。其次... 详细信息

针对无人机(UAV)集群在未知环境中无先验信息条件下的搜索问题,提出了一种以信息素为决策机制的无人机集群协同搜索算法。首先,考虑无人机通信约束,建立了有外部节点的星型网络通信和无外部节点的自组织网络通信2种形式的搜索模型。其次,通过环境地图向信息素地图映射的方法建立任务环境模型。将任务过程分为3个阶段,在搜索阶段,无人机通过不断地移动实现本机信息素地图的更新;在通信阶段,通过通信网络实现多机信息素地图的融合;在决策阶段,根据局部信息和全局信息做出决策,并将栅格信息素浓度作为决策函数来引导无人机的位置更新。基于信息素地图覆盖率来定量描述搜索效果。最后,仿真结果表明,所提算法能够对区域进行覆盖搜索,表现为搜索效率高、抗毁性强、受集群的初始位置影响小。

关键词：信息素未知环境无人机(UAV)集群协同搜索搜索覆盖率

基于最小连通支配集的复杂网络关键节点与连边识别方法

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系统工程与电子技术 2019年第11期41卷 2541-2549页

作者：李佳威吴明功温祥西刘飞空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051

复杂网络关键节点与关键连边在网络中均起着十分重要的作用,目前的识别方法往往无法做到同时识别,并且识别指标角度较为单一。为解决上述问题,提出一种基于最小连通支配集(minimum connected dominating set,MCDS)的复杂网络关键节点与... 详细信息

复杂网络关键节点与关键连边在网络中均起着十分重要的作用,目前的识别方法往往无法做到同时识别,并且识别指标角度较为单一。为解决上述问题,提出一种基于最小连通支配集(minimum connected dominating set,MCDS)的复杂网络关键节点与连边识别方法,通过使用免疫粒子群(immune particle swarm optimization,IPSO)算法寻找网络最小连通支配集,构建核心骨干网,实现对复杂网络关键节点与连边的同时识别。该算法在求解过程中引入免疫机制指导粒子节点搜索方向、加快算法收敛速度,同时优化搜索节点质量。经实验验证表明,所提识别方法能够有效识别网络中的关键节点与关键连边。

关键词：最小连通支配集复杂网络关键节点关键边

基于Voronoi图和改进K-means的扇区优化研究

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西北工业大学学报 2023年第1期41卷 170-179页

作者：林福根温祥西吴明功衡宇铭空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051

扇区划分是空中交通管制的一项重要工作,合理的扇区划分能够提高空域的使用率,保障航空器的飞行安全。鉴于平峰时段的扇区划设不能很好适用于复杂空情的现状,提出一种基于Voronoi图和改进K-means的扇区优化方法。依据空情态势构建冲突网... 详细信息

扇区划分是空中交通管制的一项重要工作,合理的扇区划分能够提高空域的使用率,保障航空器的飞行安全。鉴于平峰时段的扇区划设不能很好适用于复杂空情的现状,提出一种基于Voronoi图和改进K-means的扇区优化方法。依据空情态势构建冲突网络,结合航空器速度障碍关系和复杂网络理论提出了扇区综合管制负荷计量方式。依据负荷值采用改进K-means聚类方法确定了合理的聚类中心作为Voronoi图的生成元,从而使用Voronoi图的划分方法生成合理边界来优化扇区。采集厦门空域管制扇区数据作为仿真场景进行了计算分析,结果表明,在繁忙时段,优化后的扇区管制负荷平均方差相比原扇区降低了66.04%,平峰时段降低了13.88%,达到了均衡扇区负荷的目的,验证了扇区优化方法的有效性,为现有的扇区划设工作提供了参考依据。

关键词：空中交通管制扇区优化 K-means 速度障碍法 Voronoi图