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计算机科学 > 网络与互联网架构

arXiv:2501.01837v1 (cs)
[提交于 2025年1月3日 ]

标题: 基于数字孪生的SIM通信与飞行控制用于高级空中交通

标题: Digital Twin-based SIM Communication and Flight Control for Advanced Air Mobility

Authors:Kai Xiong, Zhen Chen, Juefei Xie, Supeng Leng, Chau Yuen
摘要: 电动垂直起降飞行器(eVTOLs)正在推动先进空中交通(AAM)发展,通过将出行从拥挤的地面网络扩展到低空空域,从而改变城市交通。这种转变有望减少交通拥堵并显著缩短通勤时间。为确保航空安全,eVTOL必须在规定的飞行走廊内飞行。这些走廊由基于地面的空中交通管制(ATCo)站管理,负责空地通信和飞行调度。然而,一个关键挑战仍然存在:这些走廊内缺乏高速空地通信和安全飞行规划。引入面向6G的叠加智能超表面(SIM)技术提供了一种高速通信解决方案。凭借先进的相移能力,SIM能够实现精确的无线信号控制,并支持与eVTOL的波束跟踪通信。利用这项技术,我们提出了一种复合势场(CPF)方法。该方法动态整合目标、分离和通信场,以优化SIM通信效率和飞行安全。仿真结果验证了这种基于数字孪生的方法的有效性。与势场飞行控制基准相比,它提高了8.3%的传输率。此外,与预定优化方法相比,它将飞行距离偏离规定走廊的程度减少了10%。
摘要: Electric Vertical Take-off and Landing vehicles (eVTOLs) are driving Advanced Air Mobility (AAM) toward transforming urban transportation by extending travel from congested ground networks to low-altitude airspace. This transition promises to reduce traffic congestion and significantly shorten commute times. To ensure aviation safety, eVTOLs must fly within prescribed flight corridors. These corridors are managed by ground-based Air Traffic Control (ATCo) stations, which oversee air-ground communication and flight scheduling. However, one critical challenge remains: the lack of high rate air-ground communication and safe flight planning within these corridors. The introduction of 6G-oriented Stacked Intelligent Metasurface (SIM) technology presents a high rate communication solution. With advanced phase-shifting capabilities, SIM enables precise wireless signal control and supports beam-tracking communication with eVTOLs. Leveraging this technology, we propose a Composite Potential Field (CPF) approach. This method dynamically integrates target, separation, and communication fields to optimize both SIM communication efficiency and flight safety. Simulation results validate the effectiveness of this DT-based approach. Compared to the potential field flight control benchmark, it improves the transmission rate by 8.3\%. Additionally, it reduces flight distance deviation from the prescribed corridor by 10\% compared to predetermined optimization methods.
评论: 15页,11图
主题: 网络与互联网架构 (cs.NI) ; 信号处理 (eess.SP)
引用方式: arXiv:2501.01837 [cs.NI]
  (或者 arXiv:2501.01837v1 [cs.NI] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01837
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来自: Kai Xiong [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 1 月 3 日 14:39:00 UTC (4,645 KB)
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