【摘要】：近年來,無人機蜂群作戰(zhàn)的新概念受到了研究人員的廣泛關注。無人機蜂群由大量小型化、廉價、高機動的無人機節(jié)點組成。節(jié)點間通過無線自組織網絡技術實現互聯,構建功能分布化的智能作戰(zhàn)體系,具有重要的軍事應用價值。緊密結合無人機蜂群的特點和作戰(zhàn)需求,設計靈活、高效的無人機蜂群自組網協議棧是一項富有挑戰(zhàn)性的研究工作,已成為當前該領域的研究熱點。本文的研究工作即針對無人機蜂群自組網協議棧設計的兩個難點問題:信道接入協議和相對定位協議展開,取得的主要研究成果包括:(1)無人機蜂群節(jié)點數量多,且在執(zhí)行任務的過程中無人機易被敵人擊毀,需要不斷快速補充。節(jié)點頻繁退網/入網導致全網節(jié)點互同步開銷大,因而難以采用時分多址(TDMA)的信道接入和共享方式獲得較高的信道利用率。相比之下,基于載波檢測(CSMA)機制的信道接入方式不依賴于節(jié)點同步,靈活性高,并能夠支持節(jié)點快速入網,因而更加適用于無人機蜂群自組織網絡。目前,載波檢測信道接入協議已在短距離無線網絡中獲得廣泛的應用,該類協議普遍采用了隨機退避的方法避免信號沖突。然而,在無人機蜂群節(jié)點遠距離組網的條件下,上述信道接入策略是否依然能夠獲得最優(yōu)的網絡性能?本文針對載波檢測/隨機退避的信道接入協議機理展開深入研究,通過數學建模,定量分析了無人機蜂群自組織網絡飽和吞吐量性能與隨機退避時隙長度之間的關系,說明了最優(yōu)隨機退避時隙長度取值與網絡拓撲結構的相關性。由于無人機蜂群自組織網絡拓撲結構快速動態(tài)變化,因而在實際應用中,隨機退避時隙長度的最優(yōu)取值難以準確設定。本文進一步采用P堅持的沖突避免方法代替隨機退避方法,建模分析了載波檢測/P堅持協議的網絡飽和吞吐量性能,揭示了網絡節(jié)點數量與最優(yōu)競爭發(fā)送概率P之間的關系,證明了P堅持與隨機退避策略相比能獲得更優(yōu)的網絡飽和吞吐量性能。實際應用中,在無人機蜂群自組織網絡規(guī)模保持相對穩(wěn)定的條件下,即可依據本文的研究結論,由網絡節(jié)點總數量確定最優(yōu)競爭發(fā)送概率P的取值。(2)相對定位是無人機蜂群自組織網絡節(jié)點避撞、對敵密集覆蓋和智能作戰(zhàn)的基礎。本文在節(jié)點間測距信息已知的基礎上,提出了一種高效的無人機蜂群自組織網絡相對定位協議。該協議采用分布式競爭的方法,隨機產生當前定位周期內的四個坐標基準節(jié)點,并保證網絡中的其余節(jié)點均正確收到四個坐標基準,實現相對定位。相對定位協議的執(zhí)行周期由網絡拓撲變化的快慢程度決定。本文進一步采用馬爾可夫鏈建模的方法,分析了分布式競爭參數的取值與相對定位完成時間之間的關系,確定了一定網絡規(guī)模條件下最優(yōu)分布式競爭參數的取值。仿真結果證明了協議的有效性和建模分析的正確性。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279;TN929.5
【圖文】：

圖 1. 1 無人機蜂群作戰(zhàn)系統示意圖以看出，無人機蜂群指揮系統在執(zhí)行作戰(zhàn)任務時，通過有人機在臨近戰(zhàn)人機，這些無人機在無線自組網的支撐下形成蜂群作戰(zhàn)單元進行“迭代，再以通信衛(wèi)星實時聯通，形成有人機、無人機、通信衛(wèi)星為核心的綜利用蜂群無人機高機動、對敵密集覆蓋和智能作戰(zhàn)等特點執(zhí)行任務一種

圖 1. 2 美國無人機系統線路圖我國在無人機蜂群控制技術上也取得了突破性進展于 2016 年 11 月，首群飛行試驗，打破了美國一直以來保持的記錄。與此同時，在今年年初投放了 103 架微型無人機，并通過無人機的集群控制技術實現了對指定。但不到到半年時間，這個紀錄再次被中國改寫。中國電子科技公司在

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