国家自然科学基金项目
无人机协作监测决策系统的有损通信性能研究
基本信息
项目批准号：62001387
申请代码：F0103
项目名称：无人机协作监测决策系统的有损通信性能研究
项目负责人：林文晟
依托单位：西北工业大学
研究期限：2021-01-01 至 2023-12-31
资助经费：24.0（万元）
中文摘要：
物联网和通信技术的发展使无人机成为搭载监测传感器的新兴平台。如果无人机监测系统中存在多个节点监测相同或相关目标，利用监测数据之间的相关性进行联合解码，则可以进一步提升系统性能。由于监测系统的最终目的是做出一定的决策或操作，即使通信过程中存在部分失真，只要失真在一定范围内，系统仍然能做出正确的决策。因此，本项目聚焦于无人机协作监测决策系统的有损通信性能研究。为解决该问题，系统首先被划分为信源层面与信道层面，然后在信源层面分析得到链路速率与系统失真的关系，最后再给定信道条件作为链路速率的制约，就能计算得到特定信道条件所对应的系统失真程度。本项目将构建无人机协作监测决策系统的有损通信性能分析框架，得到无人机信道条件与最终系统性能的数学关系，该理论框架可以为无人机协作监测决策系统的设计与优化提供可靠依据。
英文摘要：
With the development of Internet of Things (IoT) and communication technologies, Unmanned Aerial Vehicle (UAV) has become a novel platform for carrying surveillance sensors. If there are many UAVs monitoring the same or correlated object(s) in the surveillance system, we can further improve the system performance by utilizing the correlation between surveillance data for joint decoding. The final goal of surveillance system is to make some decision or operation. Even if distortion occurs in communications, the system can still make correct decision as long as the distortion is within a specific range. Therefore, this project focuses on the performance analysis of lossy communications in UAV-based cooperative surveillance and decision system. To solve this problem, the system is divided into source layer and channel layer for the first step. Subsequently, the relationship between link rates and distortion is analyzed at the source layer. Finally, given the channel condition as the constraint on link rate, we can calculate the system distortion for specified channel conditions. This project will establish a framework of performance analysis for lossy communications in UAV-based cooperative surveillance and decision system. Specifically, we are going to derive the mathematical relationship between UAV channel conditions and final system performance. This theoretical framework can provide reliable basis for the design and optimization of UAV-based cooperative surveillance and decision systems.
结题摘要
有损协作通信技术颠覆了无线网络的设计思路，在挖掘失真数据中的有效信息方面具有巨大的应用潜力，本项目针对无人机监测决策系统在多变信道条件下的性能瓶颈问题，提出将有损协作通信技术应用到无人机通信系统中，从而实现系统监测范围的提升、功耗的降低、无人机续航和使用寿命的延长。本项目通过研究无人机协作监测系统中的有损通信性能，建立发送功率、信道条件和被恢复数据失真之间的数学关系，为实际系统的设计、部署和优化提供理论支撑体系，主要研究内容包括：1）无人机协作监测决策系统中有损多端信源编码问题的求解；2）无人机监测决策系统的可靠性和时效性性能分析；3）高信息密度的协作信息生成算法设计。本项目完成了无人机监测决策系统的有损多端信源编码问题建模、有损通信可靠性与时效性性能理论分析与仿真验证、时效性性能优化算法设计、高信息密度协作信息生成算法设计等研究工作。本项目在国内首次发表有损协作通信技术综述论文，并在国际上首次提出语义中继技术，中继节点通过提取和传输语义特征，减少了转发负载，接收端在语义域和信号域迭代交换外信息来增强解码增益，提高了网络对链路内错误的鲁棒性。
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