【摘 要】
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飞行器集群由立体空间多动态节点构成,以体系化功能承载为主要特征,广泛应用于多种军事与民用场景。面向动态多样的任务场景,集群功能拓扑是实现集群节点间信息交互,功能协同的关键要素。飞行器集群研究广泛深入进行的同时,基于真实实验环境对大规模节点容量的集群动态拓扑进行模拟与评估,存在成本高、效率低、耗时长、迭代慢等问题。针对此问题,本论文研究飞行器集群动态拓扑模拟与评估系统及其关键技术,主要研究工作和创新
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飞行器集群由立体空间多动态节点构成,以体系化功能承载为主要特征,广泛应用于多种军事与民用场景。面向动态多样的任务场景,集群功能拓扑是实现集群节点间信息交互,功能协同的关键要素。飞行器集群研究广泛深入进行的同时,基于真实实验环境对大规模节点容量的集群动态拓扑进行模拟与评估,存在成本高、效率低、耗时长、迭代慢等问题。针对此问题,本论文研究飞行器集群动态拓扑模拟与评估系统及其关键技术,主要研究工作和创新点包括:(1)设计了飞行器集群动态拓扑模拟与评估系统一体化架构。首先进行飞行器集群动态拓扑模拟与评估系统的功能需求分析;接着围绕功能需求,将模块化解耦合作为设计原则,按资源存储、仿真调度、模拟配置、拓扑评估分层构建了飞行器集群模拟与评估环境,设计了飞行器集群动态拓扑模拟与评估系统一体化架构;最后对总体架构中的模拟配置层与拓扑评估层展开详细设计,论述了其中的关键功能单元与实现思路。(2)设计并实现了飞行器集群动态拓扑模拟与评估一体化平台。首先,在Opnet网络模拟器中实现了能量进程与定位进程的建模,对多类型的飞行器集群模拟提供了支持;其次,在Opnet中对不同类型的飞行器节点进行分别建模,提高了集群任务的建模精度;最后,在Opnet中实现了飞行器集群动态拓扑的可视化呈现。(3)提出了飞行器集群动态拓扑评估指标体系,并给出了一种动态拓扑综合效能评估方法。首先,结合评估指标体系的构建原则,从动态拓扑的四个特性出发,完成了动态拓扑评估指标体系的设计;接着,基于所提出的评估指标体系,根据信息熵法与层次分析法分别获得各指标参数的客观权值与主观权值,基于对数最小二乘原理完成评估指标的组合赋权;最后,运用优劣解距离法实现不同集群方案下动态动态拓扑的综合效能排序,解决了集群拓扑构建方案优选问题;(4)针对中继通信与态势感知两种典型集群应用场景,完成了飞行器集群动态拓扑模拟验证。模拟结果表明,本系统的模拟效果与理论分析保持一致,能支持对多种集群拓扑构建方案进行模拟;评估结果表明,采用本文所提出的综合效能评估方法获得的评估结果相较于传统单一指标评估方法更贴近集群任务完成情况。本论文设计的飞行器集群网络拓扑模拟与评估一体化架构以及飞行器集群动态拓扑综合效能评估方法,对各类强动态无人平台集群系统具有普适性,具有重要的现实意义。
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