无人机集群自组织搜索仿真模型设计与实现

城市威胁背景下无人机集群自组织搜索移动目标问题，是无人机集群作战应用的一个重要发展方向。采用基于Agent的复杂系统建模仿真工具，构建了无人机集群搜索仿真模型框架，设计实现了无人机集群自组织搜索模型。在考虑无人机集群作战可能受到威胁的背景下，展示了无人机集群自组织搜索概念，探索了使用基于概率的有限状态机模型实现集群自主决策的解决方案，并通过案例进行了分析验证。该仿真模型为无人机集群作战应用研究提供了参考案例、模型支撑和实验平台。     

大地坐标系下目标运动预测:一种基于高斯分布的求解方法

目标运动参数未知给移动目标优化搜索问题带来不确定性,制约了优化搜索计划的制定、降低了侦察监视资源的使用效益.为了降低目标运动引入的不确定性影响和辅助目标优化搜索计划的制定,针对大地坐标系下目标运动预测问题,首先在平面笛卡尔坐标系下对目标的运动进行分析,推导出一种基于高斯分布的目标转移概率密度函数;然后在三维笛卡尔坐标系内进行扩展,得到地球表面上目标运动转移概率的数学描述;接下来借助坐标转换原理和曲面积分方法,提出了大地坐标系下基于高斯分布的目标转移概率计算方法;最后针对卫星对地移动目标搜索中的目标运动预测问题,采用高可信的卫星轨道数据建立了仿真场景进行验证.仿真统计结果显示:文章提出的目标运动预测方法是有效的,在移动目标优化搜索计划的制定过程中,能够降低系统的不确定性和搜索的盲目性.     

面向多障碍物海面卫星搜索动目标方法

在多障碍物海面航行的动目标需规避海面障碍物,运动特征更为复杂。为提高卫星搜索该类目标的效能,分析了目标规避海面障碍物对其在搜索图中概率分布的影响,基于目标马尔可夫运动过程,提出一种面向多障碍物搜索海面的动目标运动预测方法。在使用搜索图建立动目标搜索环境模型的基础上,搜索过程中首先根据卫星探测信息更新搜索图,然后采用该运动预测方法计算目标转移概率,再次更新搜索图。最后采用最大化目标发现概率作为卫星搜索策略建立仿真场景,实验结果验证了所提方法的有效性。     

UUV编队协同应召搜索马尔可夫运动目标的方法

采用时齐马尔可夫链来模拟目标的规避运动，根据事发海域的水深映射图，估算出马尔可夫运动目标的位置转移概率。无人水下航行器编队在目标初始概率分布和位置转移概率已知的条件下，根据当前搜索结果不断对目标位置进行预测和更新。编队成员能共享目标位置信息，以获得较为准确的目标验后分布。然后采用一种新的分区实时贪婪搜索算法，得到无人水下航行器编队的最优搜索路径，从而以较高的搜索成功概率与较短的平均发现目标时间完成对目标的应召搜索。最后通过实例仿真，证明了该方法的有效性和优越性。此方法将对无人水下航行器编队的战法研究具有参考借鉴意义。     

一种基于数据融合的机动目标跟踪预测算法

在机动目标的运动跟踪中,为了减小搜索区域,需要对下一时刻目标位置进行预测。本文以医疗康复领域中基于视频的运动分析为背景,针对二维平面中静止背景的运动目标提出一种基于数据融合的预测跟踪方法。首先采用多项式拟合算法和基于“当前”模型的改进卡尔曼滤波算法分莉对运动目标进行位置预铡,然后采用数据融合的方法得到最终的预测结果．最后用计算机仿真和实验对所提出的预测算法进行了验证,结果表明本文算法与多项式拟合和卡尔曼滤波算法相比,预测误差更小,跟踪精度更高。     

基于数字信息素的无人机集群搜索控制方法

研究了无人机集群搜索问题的由来、概念、特点,反应行为机制的重要性以及信息素的应用价值。模拟两种基本的生物信息素,设计了一种基于数字信息素的无人机集群搜索控制方法。从全局决策和单机决策的角度,建立了基于数字信息素的无人机集群搜索分布式决策方法。抽象出所建立的数字信息素模型的主要特征,研究分析了具备此类特征的集群搜索系统的稳定性,并确定了集群边界。仿真结果表明,该方法能够形成稳定的数字信息素闭环,能够和所设计的飞行决策方法结合,使多机呈现出鲜明的集群行为特征,实现无人机集群搜索控制;仿真同时表明,该方法驱动的无人机集群搜索的效率显著优于常规编队模式,这也从侧面证明了无人机集群的搜索能力远高于无人机编队。     

通信距离受限条件下的无人机集群协同区域搜索

针对通信距离受限条件下的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群协同搜索任务, 考虑防相撞约束, 定制了一种能够在搜索过程中根据机间距离切换交互方法的UAV交互决策机制, 实现了动态环境中的搜索航迹规划。首先, 运用栅格化方法建立包含3种属性的环境认知地图对任务区域进行表征。其次, 考虑多种搜索任务需求, 以最大化搜索效率为目标建立UAV集群协同搜索模型。然后, 根据机间有效通信距离定义了UAV协同搜索过程中的通信状态, 设计了一种能够在通信完全有效、局部有效以及完全失效3种典型场景下切换信息交互方法的信息交互与决策机制。最后, 采用滚动时域优化方法, 实现集群各成员的自主决策与交互行为。仿真结果表明, 所提算法能够在通信距离受限条件下有效完成协同搜索任务, 在完成覆盖搜索任务时能够有效兼顾对动目标的搜索。     

视频监视中的运动目标跟踪算法

提出了一种新的运动目标跟踪算法。通过预测运动目标下一时刻的位置以及缩小目标搜索范围来提高跟踪速度。该算法使用运动目标加速度运动位移方程预测下一时刻目标可能出现的位置,使用预测位置误差方程估计运动目标搜索范围,并使用IIR滤波器对目标运动速度、加速度等参数自适应地修正。实验证明,该算法即使当运动目标做加速运动时,也可准确地预测运动目标的位置,缩小目标搜索范围,进而提高目标跟踪速度。     

通信距离约束下的无人船集群覆盖搜索方法

针对通信距离受限时水面无人船(unmanned surface vessel, USV)集群对未知水域的覆盖搜索问题, 提出一种竞拍协同边界探索算法。首先根据边界探索的思想提取地图探测边界, 然后以基于层次聚类思想进行改进的K-means++聚类算法划分任务区间, 消除不安全或低收益的目标搜索点, 再以分布式竞拍算法为USV集群动态分配搜索任务, 使集群搜索效率最大化, 各艇经过多轮分配、执行搜索任务直至覆盖全水域。仿真实验表明，在相同集群规模下, 相较于无协作的几种边界探索算法, 该算法任务用时和集群航行总路程更少; 在相同任务地图下, 覆盖搜索效率随USV集群规模增大而提高。     

基于资金约束的项目支付进度问题研究

研究资金约束下的项目支付进度安排问题,其中活动具有多种执行模式,目标是最大化项目净现值.首先界定研究假设条件并定义文中用到的符号;随后构建问题的非线性整数规划优化模型;针对其强NP-hard属性,设计三层迭代循环嵌套的禁忌搜索启发式算法;以多重迭代改进算法为对比基准,在随机生成的3240个标准算例上对算法进行测试,结果表明:禁忌搜索获得的满意解质量远高于多重迭代改进,但其计算时间要长于后者.该研究可为承包商安排项目进度及平衡现金流提供决策支持.     

基于相关机会规划思想的模糊随机时间费用均衡模型

对于实际工程的管理者和决策者来说, 工程整体费用和工期之间如何达到均衡以及工程所处环境的不确定性是两个必须要面对和考虑的问题. 基于相关机会规划的思想, 针对随机性和模糊性并存的复杂不确定环境, 提出了一类时间费用均衡模型. 在建立的模型中, 以模糊随机变量来刻画工程所处的复杂不确定环境. 随后, 结合模糊随机模拟方法和遗传算法设计了一种混合智能算法, 用于求解该模型. 最后, 通过数值实验来验证所设计算法的有效性和稳定性.     

基于空间活跃度网络的搜索策略研究

基于具有时变特性与空间特性的空间活跃度网络模型,研究了时变网络中的搜索问题。结合空间活跃度网络的特性,引入了搜索时间、搜索路径长度和等待时间3种搜索策略的评价指标,提出了最大活跃度搜索策略、改进的贪婪搜索策略和最大活跃度最小距离搜索策略。利用这些策略在空间活跃度网络中进行搜索,研究发现和其他的搜索策略相比,改进的贪婪搜索策略与最大活跃度最小距离搜索策略具有较好的搜索性能,能够很好地适用于这种类型的时变网络,从而优化了目标搜索的过程。     

基于TLS-CS的外辐射源雷达超分辨DOA估计方法

针对外辐射源雷达中，传统基于压缩感知（compressed sensing，CS）的超分辨波达方向（direction of arriving，DOA）估计方法在阵列天线存在幅相误差时测角精度差和目标分辨性能低的问题，提出一种基于总体最小二乘（total least squares，TLS）-CS的超分辨DOA估计方法。首先，通过奇异值分解方法求解TLS信号模型来修正阵列天线的幅相误差；然后利用贪婪迭代追踪算法进行CS稀疏重构得到目标的方位信息。仿真分析表明，当阵列天线存在幅相误差时，本文所提方法具有良好的超分辨DOA估计性能。     

双属性概率图优化的无人机集群协同目标搜索

为了提高不确定环境下无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）对目标捕获能力，进而提高多UAV协同搜索效率，提出了基于双属性概率图结合改进的协同进化遗传算法（improved co-evolutionary genetic algorithm，ICEGA）的多UAV协同目标搜索方法。首先，根据环境的先验信息，在原概率图基础上引入标志位，建立基于双属性矩阵的待搜索环境概率模型，提高环境和目标的信息感知准确度；其次，定义UAV的飞行规则并结合目标先验概率图信息，建立UAV运动模型及确定最大收益的目标函数；最后，建立分布式UAV之间的信息交互模型，运用ICEGA算法优化产生最优协同决策输入航向角集合，在线实时滚动优化产生最优协同路径。实验结果表明，基于双属性概率图结合ICEGA算法更能够保证最优路径的产生，使得UAV能够准确地搜索到目标；同时，对比仿真验证了ICEGA算法能够提高UAV之间的协同性，保证了路径可行性及提高了目标搜索效率。     

基于迭代自适应方法的非正侧视阵角多普勒补偿方法及改进方法

针对非正侧视阵训练样本非均匀导致自适应处理性能下降这一问题,提出了基于迭代自适应方法的角度多普勒补偿法及改进方法。通过迭代自适应方法找到各距离门的主杂波所处的空域和多普勒域的中心位置,之后对待检测单元的训练样本数据进行角度多普勒补偿。由于全空时域的功率谱估计搜索速度慢,搜索精度低,为此提出了局部搜索的快速迭代自适应功率估计算法和网格重构的迭代自适应功率估计算法。通过仿真实验及分析证明了所提方法的有效性,同时随着谱估计方法的改进,该方法的性能也会得到提升。     

不完全指标权重信息下的语言多指标决策方法

研究了不完全指标权重信息下且指标值为语言评价信息的多指标决策问题,给出了一种基于二元语义信息处理和TOPSIS的决策分析方法.首先将规范化的语言评价信息转化为二元语义形式,然后应用TOPSIS方法和二元语义集成算子建立并求解线性规划模型,得到未知的指标权重值,再通过二元语义加权平均算子计算得到各方案的综合评价值.最后通过算例说明了该方法的有效性和实用性.     

群组决策中求最优决策向量的迭代算法

AHP是群组决策中非常有效的工具,而判断矩阵是AHP方法的基础.在群组决策中一般要由多名专家给出多个判断矩阵.能否合理综合专家意见是影响决策质量     

含区间参数的战场资源动态调度模型及算法

战场资源调度是作战指挥领域研究的热点.首先描述了战场资源调度问题,分析了战场资源动态调度需求,在此基础上建立了包含区间参数的战场资源动态调度模型.然后设计了三种不同的贪心策略,分别为基本贪心策略、双重贪心策略和一致贪心策略,提出了模型求解的混合贪心算法.最后结合联合作战算例进行了仿真验证,结果表明本文方法可行优越,能应用于不确定性的战场环境中.     

Learning Bayesian networks using genetic algorithm

A new method to evaluate the fitness of the Bayesian networks according to the observed data is provided. The main advantage of this criterion is that it is suitable for both the complete and incomplete cases while the others not. Moreover it facilitates the computation greatly. In order to reduce the search space, the notation of equivalent class proposed by David Chickering is adopted. Instead of using the method directly, the novel criterion, variable ordering, and equivalent class are combined,moreover the proposed mthod avoids some problems caused by the previous one. Later, the genetic algorithm which allows global convergence, lack in the most of the methods searching for Bayesian network is applied to search for a good model in this space. To speed up the convergence, the genetic algorithm is combined with the greedy algorithm. Finally, the simulation shows the validity of the proposed approach.     

有人/无人机任务联盟分阶段形成方法

针对有人/无人机任务联盟形成问题,采取任务聚类-平台匹配的分阶段形成策略。首先,给出问题要素定义,并进行相关数学描述。其次,基于对问题的分析,以最小化任务距离和为优化目标建立任务聚类的数学模型;以最小化指挥决策能力代价和资源能力代价为优化目标建立平台匹配的数学模型。然后,对任务聚类问题和平台匹配问题,分别采用优选初始簇中心的贪心聚类算法和多目标模糊人工蜂群算法进行求解;最后,通过仿真案例下的3组实验,验证了提出方法的有效性和优越性。