ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ НАЗЕМНО-ВОЗДУШНЫХ РАДИОЛИНИЙ МЕТОДОМ АДАПТИВНОГО ИЗМЕНЕНИЯ МАРШРУТА БПЛА-РЕТРАНСЛЯТОРА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКИ
Аннотация
Актуальность работы обусловлена возрастающей интенсивностью радиоэлектронного противодействия в тактическом звене управления, при котором традиционные методы организации связи через ретрансляторы с фиксированными маршрутами не обеспечивают требуемую помехоустойчивость и разведзащищённость. Цель работы – разработка метода адаптивного управления маршрутом БпЛА-ретранслятора на основе непрерывного анализа электромагнитной обстановки для повышения помехоустойчивости наземно-воздушных радиолиний. В качестве основного метода использована многокритериальная оптимизация траектории полёта с адаптивными весовыми коэффициентами, одновременно учитывающая три критерия: минимизацию уровня помех на рабочих частотах ретранслятора, обеспечение радиодоступности с корреспондентами сети и снижение вероятности обнаружения средствами радиоэлектронной борьбы противника. Для восстановления пространственной картины помеховой обстановки по ограниченному набору бортовых измерений исследованы методы интерполяции и экстраполяции: метод обратных взвешенных расстояний, метод радиальных базисных функций и статистическая экстраполяция на основе пространственной корреляционной функции. Разработана циклическая процедура функционирования системы адаптивной маршрутизации, включающая сбор данных, построение трёхмерной карты помеховой обстановки, прогнозирование её развития, расчёт оптимальной траектории и контроль результата манёвра. Результаты имитационного моделирования показывают, что применение предложенного метода позволяет повысить отношение сигнал/помеха на 1,5–2 дБ в среднем и до 8 дБ при наихудшем сценарии по сравнению с полётом по фиксированному маршруту. Практическая значимость работы состоит в возможности реализации предложенного способа на базе существующих БпЛА и радиоэлектронного оборудования без принципиально новых технических решений
Список литературы
1. Aljehani M., Inoue M. Communication and autonomous control of multi-UAV system in disaster re-sponse tasks, Agent and Multi-Agent Systems: Technology and Applications: 11th KES International Conference, KES-AMSTA 2017, Vilamoura, Portugal, June 2017. Cham: Springer International Publish-ing, 2018, pp. 123-132.
2. Mozaffari M., Saad W., Bennis M., Nam Y.-H., Debbah M. A tutorial on UAVs for wireless networks: Applications, challenges, and open problems, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2019,
Vol. 21, No. 3, pp. 2334-2360.
3. Zeng Y., Zhang R., Lim T.J. Wireless communications with unmanned aerial vehicles: Opportunities and challenges, IEEE Communications Magazine, 2016, Vol. 54, No. 5, pp. 36-42.
4. Gupta L., Jain R., Vaszkun G. Survey of important issues in UAV communication networks, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2016, Vol. 18, No. 2, pp. 1123-1152.
5. Hayat S., Yanmaz E., Muzaffar R. Survey on unmanned aerial vehicle networks for civil applications: A communications viewpoint, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2016, Vol. 18, No. 3, pp. 2624-2661.
6. Wu Q., Zeng Y., Zhang R. Joint trajectory and communication design for multi-UAV enabled wireless networks, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2018, Vol. 17, No. 4, pp. 2109-2121.
7. Zeng Y., Xu J., Zhang R. Energy minimization for wireless communication with rotary-wing UAV, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2019, Vol. 18, No. 4, pp. 2329-2345.
8. Li B., Fei Z., Zhang Y. UAV communications for 5G and beyond: Recent advances and future trends, IEEE Internet of Things Journal, 2019, Vol. 6, No. 2, pp. 2241-2263.
9. Fotouhi A., Qiang H., Ding M., Hassan M., Giordano L.G., Garcia-Rodriguez A., Yuan J. Survey on UAV cellular communications: Practical aspects, standardization advancements, regulation, and security challenges, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2019, Vol. 21, No. 4, pp. 3417-3442.
10. Cui M., Zhang G., Wu Q., Ng D.W.K. Robust trajectory and transmit power design for secure UAV communications, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2018, Vol. 67, No. 9, pp. 9042-9046.
11. Zhang G., Wu Q., Cui M., Zhang R. Securing UAV communications via joint trajectory and power con-trol, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2019, Vol. 18, No. 2, pp. 1376-1389.
12. Abohashish S.M.M., Rizk R.Y., Elsedimy E.I. Trajectory optimization for UAV-assisted relay over 5G networks based on reinforcement learning framework, Journal of Wireless Communications and Net-working, 2023, Vol. 2023, No. 55.
13. Meshalkin V.A., Sosunov B.V. Osnovy energeticheskogo rascheta radiokanalov [Fundamentals of energy calculation of radio channels]. Leningrad: VAS, 1991, 110 p.
14. Matolak D.W., Sun R. Air-ground channel characterization for unmanned aircraft systems. – Part I: Methods, measurements, and models for over-water settings, IEEE Transactions on Vehicular Technol-ogy, 2017, Vol. 66, No. 1, pp. 26-44.
15. Sun R., Matolak D.W. Air-ground channel characterization for unmanned aircraft systems – Part II: Hilly and mountainous settings, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2017, Vol. 66, No. 3, pp. 1913-1925.
16. Challita U., Ferdowsi A., Chen M., Saad W. Machine learning for wireless connectivity and security of cellular-connected UAVs, IEEE Wireless Communications, 2019, Vol. 26, No. 1, pp. 28-35.
17. Dudarov S.P., Vasil'ev M.V., Kalaychev G.V. Klassifikatsiya dannykh neyronnymi setyami na osnove radial'no-bazisnykh funktsiy [Data classification by neural networks based on radial basis functions], In-formatsionnye tekhnologii v modelirovanii i upravlenii: podkhody, metody, resheniya: Sb. nauchnykh statey I Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii, 12–14 dekabrya 2017 g. [nformation technologies in mod-eling and control: approaches, methods, solutions: Collection of scientific articles of the I All-Russian scientific conference, December 12–14, 2017]. Tol'yatti: Tol'yattinskiy gosudarstvennyy universitet, 2017, pp. 86-92.
18. Komarov V.S., Lavrinenko A.V., Lomakina N.Ya., Popov Yu.B., Popova A.I., Il'in S.N. Prostranstvenna-ya ekstrapolyatsiya meteorologicheskikh poley v oblasti mezomasshtaba na osnove chetyrekhmernoy smeshannoy dinamiko-stokhasticheskoy modeli i apparata kalmanovskoy fil'tratsii [Spatial extrapolation of meteorological fields in the mesoscale region based on a four-dimensional mixed dynamic-stochastic model and the Kalman filtering apparatus], Optika atmosfery i okeana [Optics of the atmosphere and ocean], 2004, Vol. 17, No. 8, pp. 651-656.
19. Kostin P.S., Vereshchagin Yu.O., Voloshin V.A. Programmno-modeliruyushchiy kompleks dlya polu-naturnogo modelirovaniya dinamiki manevrennogo samoleta [Software and modeling complex for semi-naturalistic modeling of the dynamics of a maneuverable aircraft], Tr. MAI [Proceedings of MAI], 2015, No. 81.
20. Bithas P.S., Michailidis E.T., Nomikos N., Vouyioukas D., Kanatas A.G. A survey on machine-learning techniques for UAV-based communications, Sensors, 2019, Vol. 19, No. 23, Article 5170.
