战场电磁频谱分配模型构建及分配算法研究

摘要

电磁频谱作为现代化战争的信息载体，是唯一能够在任何时间、任何地点实现互联互通的信息传输媒介，战场无人机上的各种电子装备以及其指挥控制都离不开电磁频谱。也正由于各种武器装备对电磁频谱资源的依赖性越来越强，使得战场上各用频设备间的用频冲突日益激烈，导致各种作战设备在战场上难以发挥其作战效用，因此对战场上高效频谱资源分配算法的研究迫在眉睫。为了适应现代化信息战场瞬息万变的情况，电磁频谱资源分配算法既要确保战场上所有用频设备的公平性，同时又必须要具有分配迅速的特点。本文针对现有频谱分配算法中存在的缺点，从各用频设备的用频特性出发，在图论模型和拍卖竞价模型的基础上研究了基于极大独立集的拍卖竞价算法，具体工作包括以下内容： 1.考虑到现代化信息战场上信息掌握以及信息应用对作战双方的重要性，主要对战场电磁环境建模的相关内容进行了研究。以直观展示目前的战场电磁频谱态势为目标，首先对战场电磁频谱态势生成技术、战场电磁频谱态势显示技术进行了研究，然后根据生成的电磁频谱态势分析战场上的用频设备状态以及用频设备间的干扰关系，并得到了用频设备状态矩阵和干扰矩阵，为下文对频谱分配算法的研究提供数据支撑。 2.考虑到战场用频装备密集造成各战机间的干扰拓扑结构复杂的特点，本文针对如何简化战场干扰关系进行了分析讨论。从设备用频特性出发，重点研究了各可用频谱上的电磁频谱态势，得到了相应频谱上的拓扑结构，从而把一个多频谱集合形成的复杂网络拓扑结构简化为单个频谱上的简单拓扑图，既明确了战场上各用频设备间的干扰拓扑关系，又大幅降低了算法的复杂度。 3.针对现有频谱分配算法每次只为一个用频设备分配频谱造成的算法效率较低的问题，引入了极大独立集的思想。另外，战场无人机间信息交流与拍卖竞价算法模型的信息交流模式不谋而合，都是集中式与分布式共存的模式，提出了基于极大独立集的拍卖竞价频谱分配算法。该算法可以一次为极大独立集中所有用频设备分配频谱，且不会在获得频谱使用权的用频设备间形成干扰，从而提高了频谱分配算法的分配效率。

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ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1.1电磁频谱管控的必要性

1.1.2电磁频谱分配面临的挑战

1.2国内外研究现状

1.3文章主要内容与章节安排

1.3.1文章主要内容

1.3.2章节安排

第二章 战场电磁环境建模

2.1引言

2.2战场电磁环境建模

2.2.1战场电磁频谱态势生成

2.2.2战场电磁频谱态势显示

2.3战场电磁频谱态势分析

2.3.1用频设备状态分析

2.3.2干扰分析

2.4仿真分析

2.4.1战场电磁环境的建模仿真

2.4.2用频设备状态的仿真分析

2.4.3设备间干扰的仿真分析

2.5本章小结

第三章 现有频谱分配算法模型研究

3.2基于遗传算法的频谱分配模型

3.3基于模糊逻辑算法的频谱分配模型

3.4基于拍卖竞价的频谱分配模型

3.5基于图论的频谱分配模型

3.5.1基于图论分配模型的相关数学描述

3.5.2基于图论频谱分配算法

3.6仿真分析

3.6.1频谱分配效益仿真

3.6.2算法公平性仿真

3.7本章小结

第四章 基于极大独立集的电磁频谱分配算法

4.2.1算法关键要素

4.2.2极大独立集的求解算法

4.3基于极大独立集的拍卖竞价分配算法模型

4.4基于极大独立集的拍卖竞价算法步骤

4.4.1无人机群拓扑结构的形成

4.4.2各可用频谱上极大独立集的求解

4.4.3计算频谱拍卖的底价向量

4.4.4计算频谱拍卖的估价向量

4.4.5计算竞拍价

4.4.6基于频谱分配效益进行频谱拍卖

4.4.7基于极大独立集连接度数进行频谱拍卖

4.5仿真验证及分析

4.5.1算法时间开销仿真分析

4.5.2频谱分配效益仿真分析

4.5.3算法公平性仿真分析

4.5.4算法有效性验证

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.2研究展望

参考文献

致谢

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