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基于事件触发采样的无尾翼飞机自适应容错姿态控制

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系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 1058-1066页

作者：禹志龙李颖晖裴彬彬段效聪张喆空军工程大学航空工程学院陕西西安710038 中国人民解放军94657部队江西九江332024 中国飞行试验研究院陕西西安710089

针对具有通信带宽受限的无尾翼飞机姿态跟踪控制问题,考虑模型不确定、外部扰动及执行器故障的影响,提出一种基于事件触发采样与自适应的容错姿态控制方法。首先,在无尾翼飞机六自由度动力学与运动学模型基础上建立了面向控制的姿态控... 详细信息

针对具有通信带宽受限的无尾翼飞机姿态跟踪控制问题,考虑模型不确定、外部扰动及执行器故障的影响,提出一种基于事件触发采样与自适应的容错姿态控制方法。首先,在无尾翼飞机六自由度动力学与运动学模型基础上建立了面向控制的姿态控制模型。通过引入事件触发机制成功降低了控制器与执行器通道之间通信频率,缓解了总线的通信压力同时避免了Zeno现象的发生。然后,通过自适应的有界估计成功补偿了执行器故障及事件触发引起的采样误差的影响。最后,基于Lyapunov稳定性分析证明了所提出的控制方法能够保证系统所有信号一致最终有界。数值仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效降低控制器的更新频率,同时实现无尾翼飞机姿态对于控制指令的跟踪。

关键词：无尾翼飞机姿态跟踪事件触发自适应控制容错控制

风积砂-黄土混合料与钢界面的环形剪切力学特性

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材料导报 2024年第5期38卷 61-68页

作者：姚志华张建华辛建平穆锐空军工程大学机场建筑工程系西安710038 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司成都610052 中国人民解放军陆军勤务学院重庆401331

黄土高原北侧与诸多沙漠接壤,形成了广泛分布的风积砂-黄土混合区。不同比例条件下的风积砂-黄土混合料会呈现不同的物理力学特征,且风积砂-黄土混合料地基现场施工和使用过程中常与其他材料产生界面接触力学行为,相关研究目前鲜有述及... 详细信息

黄土高原北侧与诸多沙漠接壤,形成了广泛分布的风积砂-黄土混合区。不同比例条件下的风积砂-黄土混合料会呈现不同的物理力学特征,且风积砂-黄土混合料地基现场施工和使用过程中常与其他材料产生界面接触力学行为,相关研究目前鲜有述及。鉴于此,本工作获得了不同掺砂率条件下的混合料最大干密度,配制相同压实度和不同掺砂率的风积砂-黄土混合料环状试样,开展不同竖向压力和剪切速率条件下的混合料与钢制界面的环形剪切试验,借助扫描电镜观测不同混合料的颗粒分布特征以及颗粒破碎特征,揭示风积砂-黄土混合料与钢制界面环形条件下的残余强度形成机制。结果表明,随着掺砂率的增大,风积砂-黄土混合料的物理力学特征由黄土向砂土过渡。竖向压力小于100 kPa条件下,混合料产生剪胀的概率增大。混合料与钢界面之间的残余强度与竖向压力呈线性关系,变化趋势符合摩尔-库仑定律。随着掺砂率的增大,风积砂颗粒破碎效应增大,混合料与钢界面之间的残余内摩擦角及残余黏聚力均会减小。剪切速率的增大会缩短混合料与钢界面之间的接触时间,两者之间的接触、咬合效应尚不足以发挥作用进而减小了界面残余强度。研究结果预测了风积砂中掺入黄土的比例,可以为风积砂地基处理提供有益参考,也可为风积砂-黄土混合料施工力学行为研究提供科学借鉴。

关键词：风积砂-黄土混合料钢界面环剪试验界面残余强度

基于混合注意力的Transformer视觉目标跟踪算法

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控制与决策 2024年第3期39卷 739-748页

作者：侯志强郭凡杨晓麟马素刚范九伦西安邮电大学计算机学院西安710121 西安邮电大学通信与信息工程学院西安710121

基于Transformer的视觉目标跟踪算法能够很好地捕获目标的全局信息,但是,在对目标特征的表述上还有进一步提升的空间.为了更好地提升对目标特征的表达能力,提出一种基于混合注意力的Transformer视觉目标跟踪算法.首先,引入混合注意力模... 详细信息

基于Transformer的视觉目标跟踪算法能够很好地捕获目标的全局信息,但是,在对目标特征的表述上还有进一步提升的空间.为了更好地提升对目标特征的表达能力,提出一种基于混合注意力的Transformer视觉目标跟踪算法.首先,引入混合注意力模块捕捉目标在空间和通道维度中的特征,实现对目标特征上下文依赖关系的建模;然后,通过多个不同空洞率的平行空洞卷积对特征图进行采样,以获得图像的多尺度特征,增强局部特征表达能力;最后,在Transformer编码器中加入所构建的卷积位置编码层,为跟踪器提供精确且长度自适应的位置编码,提升跟踪定位的精度.在OTB 100、VOT 2018和LaSOT等数据集上进行大量实验,实验结果表明,通过基于混合注意力的Transformer网络学习特征间的关系,能够更好地表示目标特征.与其他主流目标跟踪算法相比,所提出算法具有更好的跟踪性能,且能够达到26帧/s的实时跟踪速度.

关键词：计算机视觉目标跟踪孪生网络深度学习注意力机制 Transformer

位置敏感Transformer航拍图像目标检测模型

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光学精密工程 2024年第5期32卷 727-739页

作者：李大湘辛嘉妮刘颖西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121

针对无人机视角下航拍图像小目标多且检测困难的问题,提出了一个位置敏感Transformer目标检测(PS-TOD)模型。设计了一个基于位置通道嵌入三维注意力(PCE3DA)的多尺度特征融合(MSFF)模块,即PCE3DA利用空间与通道信息的相互依赖关系生成... 详细信息

针对无人机视角下航拍图像小目标多且检测困难的问题,提出了一个位置敏感Transformer目标检测(PS-TOD)模型。设计了一个基于位置通道嵌入三维注意力(PCE3DA)的多尺度特征融合(MSFF)模块,即PCE3DA利用空间与通道信息的相互依赖关系生成三维注意力,用于加强模型对兴趣区域的特征表达能力,且基于它构造了一个自底向上的跨层MSFF方案,使得融合后的特征语义信息更加丰富;然后,设计了一种新的位置敏感自注意力(PSSA)机制,且以此构造位置敏感Transformer编-解码器,使模型在捕获图像全局上下文信息的长期依赖关系时,也可提高模型对目标的位置敏感能力。基于无人机航拍数据集VisDrone的对比实验结果表明,提出模型的AP达到28.8%,与基线模型(DETR)相比提高了4.1%。该模型在复杂背景下能对无人机航拍图像进行精确的目标检测,且改善小目标的检测效果。

关键词：目标检测无人机图像位置敏感Transformer 多尺度特征融合注意力机制

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融入交叉注意力编码的皮肤病变分割网络

光学精密工程 2024年第4期32卷 609-621页

作者：李大湘杨福杰刘颖唐垚西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121

由于卷积操作的局限性,现有的皮肤病变图像分割网络无法对图像中的全局上下文信息建模,导致其无法有效捕获图像的目标结构信息,本文设计了一个融入交叉自注意力编码的U型混合网络,用于皮肤病变图像分割。首先,将设计的多头门控位置交叉... 详细信息

由于卷积操作的局限性,现有的皮肤病变图像分割网络无法对图像中的全局上下文信息建模,导致其无法有效捕获图像的目标结构信息,本文设计了一个融入交叉自注意力编码的U型混合网络,用于皮肤病变图像分割。首先,将设计的多头门控位置交叉自注意力编码器引入到U型网络的最后两个层级中,使其能够在图像中学习语义信息的长期依赖关系,弥补卷积操作全局建模能力的不足;其次,在跳跃连接部分引入一个新的位置通道注意力机制,用于编码融合特征的通道信息并保留位置信息,提高网络捕获目标结构的能力;最后,设计一个正则化Dice损失函数,使网络能够在假阳性和假阴性之间权衡,提高网络的分割结果。基于ISBI2017和ISIC2018数据集的对比实验结果表明,本文网络的Dice分别为91.48%和91.30%,IoU分别为84.42%和84.12%,分割精度在整体上优于其他网络,且具有较低的参数量和计算复杂度,即本文网络能够高效地分割皮肤病变图像的目标区域,可为皮肤疾病辅助诊断提供帮助。

关键词：医学图像分割皮肤病变交叉自注意力编码位置通道注意力

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基于残差密集网络的智能超表面信道估计算法

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 102-111页

作者：郑娟毅董嘉豪张庆珏杨溥江郭梦月杨朴真西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121

信道估计是通信系统中一项关键的技术,涉及评估信号在传输过程中经历的信道特性,以便接收端能够有效地对接收到的信号进行处理和恢复。为提高视距信道遮挡通信下的通信系统质量,使用智能超表面来辅助现有通信系统。智能超表面辅助的无... 详细信息

信道估计是通信系统中一项关键的技术,涉及评估信号在传输过程中经历的信道特性,以便接收端能够有效地对接收到的信号进行处理和恢复。为提高视距信道遮挡通信下的通信系统质量,使用智能超表面来辅助现有通信系统。智能超表面辅助的无线通信系统中,除了基站和用户之间的视距信道外,同时包含基站到智能超表面和智能超表面到用户之间的级联信道。当前信道估计方法基本上利用传统算法进行估计,为了解决智能超表面辅助多用户系统中复杂统计分布的级联信道估计精度低和计算复杂度高的问题,文中提出了一种基于传统算法和深度学习算法相结合的信道估计算法。利用传统算法的可解释性和深度学习算法的高性能特性,在卷积网络基础上,提出了一种基于残差密集网络(RDN)的去噪方法。首先按照系统参数模拟生成真实环境的数据集,使用传统最小二乘法(LS)进行信道粗估计,并将信道看作二维含噪图像;其次采用密集块(RDB)充分提取噪声数据局部特征,并使用多路卷积和残差网络对数据进行特征融合;最后通过已训练模型对数据进行在线估计,并得到去噪信道。文中从信道的估计精度对所提算法进行验证,在Rician信道模型上进行理论公式推导和系统仿真分析。仿真结果表明,与传统算法相比,文中所提出的算法提高了信道估计精度。

关键词：智能超表面信道估计深度学习残差密集网络

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能量收集下的D2D-MEC计算卸载

浙江大学学报（工学版） 2024年第5期58卷 967-978页

作者：曾耀平刘月强关赛莘江伟伟夏玉婷西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121

针对移动边缘计算(MEC)在能源消耗和安全性方面的问题,研究具有社会关系和能量收集(EH)的D2D-MEC物联网网络中的任务卸载和资源分配问题,提出基于李雅普诺夫优化的D2D在线决策匹配和资源分配(ODMRA)算法.将用户之间的社会关系量化为社... 详细信息

针对移动边缘计算(MEC)在能源消耗和安全性方面的问题,研究具有社会关系和能量收集(EH)的D2D-MEC物联网网络中的任务卸载和资源分配问题,提出基于李雅普诺夫优化的D2D在线决策匹配和资源分配(ODMRA)算法.将用户之间的社会关系量化为社会信任矩阵,将能源消耗、包丢失、社会信任度表述为长期随机优化问题,采用李雅普诺夫优化方法将其分解为一系列子问题后分别求解.对于D2D间的决策选择子问题,结合子模块优化和贪婪算法设计低复杂度的策略选择算法.理论分析和仿真结果表明,所提出的ODMRA算法有效地优化了卸载方案,平衡了系统服务成本和队列长度,在能量消耗、系统服务成本方面优于其他对比算法.

关键词：移动边缘计算设备对设备能量收集李雅普诺夫优化子模块优化

悬停时间约束下的多无人机中继连通性优化方法

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航空学报 2024年第16期45卷 247-259页

作者：潘武王翔吕娜任智源刘文亚空军工程大学研究生院西安710038 空军工程大学信息与导航学院西安710077 西安电子科技大学ISN国家重点实验室西安710071 中国人民解放军31576部队北京100144

无人机(UAV)凭借其灵活且易于部署的独特优势,已广泛应用于诸多领域。为解决异构用户之间的通信连通问题,将中继和网关思想结合并提出异构多网中继概念,部署多个无人机为异构用户提供中继服务,构建可靠的中继连通链路。在源和目的用户... 详细信息

无人机(UAV)凭借其灵活且易于部署的独特优势,已广泛应用于诸多领域。为解决异构用户之间的通信连通问题,将中继和网关思想结合并提出异构多网中继概念,部署多个无人机为异构用户提供中继服务,构建可靠的中继连通链路。在源和目的用户节点之间建立中继连通链路的过程中,将其分解为中继覆盖划分和中继选择连接2个子问题进行求解。首先,考虑无人机的最大悬停时间约束,通过寻找与无人机关联的最优单元分区,基于公平资源分配方案,提出优化划分方法(OPM)使服务用户的数据量最大化。其次,在构建无人机之间的连通链路时,以中继链路吞吐量为优化目标设计中继选择策略(RSS),在相距较远的无人机之间选择中继无人机,使无人机之间均存在可达的通信链路。最后,通过实验对比分析得出,所提方法能为异构用户提供更加公平的中继服务,并且提升中继链路的吞吐量。

关键词：异构用户无人机中继通信悬停时间公平分配吞吐量

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无人机集群对地攻击时空协同控制策略

工程科学学报 2024年第9期46卷 1565-1573页

作者：黄振尹航童颖裔张博洋空军工程大学航空工程学院西安710051 北京蓝天科技创新研究中心北京100080 中国人民解放军95894部队北京102200

针对三维战场环境下无人机集群协同对地打击问题,提出了一种基于预设时间收敛的无人机集群时空协同控制方法.首先,对无人机集群对地攻击任务场景及其相关要素进行了分析,并建立了无人机集群、地面运动目标和攻击问题模型.在问题建模的... 详细信息

针对三维战场环境下无人机集群协同对地打击问题,提出了一种基于预设时间收敛的无人机集群时空协同控制方法.首先,对无人机集群对地攻击任务场景及其相关要素进行了分析,并建立了无人机集群、地面运动目标和攻击问题模型.在问题建模的基础上,考虑无人机集群的时空协同策略,设计三维空间无人机集群对地攻击的时空协同控制律.所提出的时空协同控制律能够控制无人机集群在指定的时间内到达期望的攻击位置,实现对地面运动目标的时空协同攻击.通过基于李雅普诺夫函数的理论分析,证明了所提出的控制律能够在预设时间条件下使攻击位置误差变量渐进稳定.仿真结果表明,在地面运动目标转弯运动的情况下,所提出的协同控制律能够实现无人机集群的时空协同,在指定的时间内完成对地面运动目标的多角度协同攻击.

关键词：无人机集群对地攻击时空协同地面运动目标预设时间