电讯技术杂志

电讯技术杂志2020年第9期

• 一种基于量子加密的软件定义网络南向安全防护策略

  谢珲,聂敏,杨光

  提出一种以量子加密技术为核心的软件定义网络（Software-defined Network，SDN）的南向安全防护策略，建立了基于量子密钥分发的SDN网络模型并分析了该模型下的身份认证、量子密钥分发和自适应免疫窃听流程。推导出了本策略下窃听攻击强度、用于检测窃听的量子态数目的比例?α?、系统发现窃听者的概率、密钥分发效率之间的定量关系。通过动态仿真分析确立了不同攻击强度下系统参数?α?的最优选值区间。SDN控制器可根据该仿真结果，动态地决策系统中?α?的取值进行自适应免疫密钥分发，实施更为精准的窃听免疫方案。

• 基于改进AlexNet卷积神经网络的人脸表情识别

  石翠萍,谭聪,左江,赵可新

  为了解决传统卷积神经网络用于人脸表情识别准确率不高的问题，提出了一种基于改进深度AlexNet卷积神经网络的表情识别方法。该方法基于AlexNet网络的基本结构，采用单图形处理单元（Graphics Processing Unit，GPU）进行训练，减少了两层卷积层和一层全连接层，在每层卷积层后加上批标准化（Batch Normalization，BN）代替原来的局部归一化，并在全连接层后加上Dropout正则化进一步防止过拟合。与AlexNet模型相比，改进的网络结构更简单、复杂度低、参数量少，可以节省大量模型训练时间进行快速预测，且更不易过拟合，同时加快了模型收敛速度，提高了网络泛化能力。在Fer2013数据集以及CK+数据集上进行实验，结果表明，所提方法分别得到了68.85%和?97.46%?的识别率，较其他人脸表情识别方法的识别率有一定提高。

• 沙漠多节点宽带通信网络架构与关键技术

  李婷,刘田,李望,孙杰,马松

  针对沙漠区域特殊环境下的资源能源受限的问题，提出了沙漠多节点宽带通信网络架构的构想，并梳理了其关键技术及解决途径。该网络采用两套体制和三层网络的架构，既可以满足低延迟的可靠性传输，又能达到宽带传输的目的。通过不同的通信体制和网络层级响应不同业务的传输，实现了沙漠特殊的无线传播环境和基础设施缺乏的条件下多节点宽带通信组网的目标，以解决沙漠区域信号盲区的通信问题。相应的通信组网技术可扩展应用到未来深空探测行星表面组网。

• MIMO系统中基于信号可靠性判定的OSIC检测

  冯姣,胡冬顺,李鹏

  排序串行干扰消除（Ordered Successive Interference Cancellation，OSIC）是多输入多输出无线通信系统中一种重要的信号检测技术。为了降低该算法的计算复杂度，首先提出了基于信号可靠性判决的排序串行干扰消除算法，根据所设计的信号可靠性判决（Signal Reliability Decision，SRD）结构的判决结果选择不同的方法消除信号间的干扰。为了进一步提升SRD-OSIC算法的检测性能，提出了局部最优（Local Optimized,LO）的LO-SRD-OSIC算法。仿真结果表明，SRD-OSIC算法仅需要传统OSIC算法一半的复杂度就能获得相近的误码率性能。不仅如此，当LO-SRD-OSIC算法与SRD-OSIC算法的计算复杂度相同时,LO-SRD-OSIC算法可以获得额外3 dB的误码率性能增益。

• 莱斯衰落中多用户大规模MIMO系统的安全通信

  张先玉,何华,安康,赵修星,王华宇,高翔

  研究了莱斯衰落信道中多用户集中式大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的安全通信问题。基站利用上行训练获取信道状态信息，之后利用最大比传输波束成形算法进行下行数据传输。基于随机矩阵理论，分别分析了合法用户和窃听者的信息速率表达式，从而得到了遍历安全速率的闭合表达式。基于获得的结果，进一步分析了极端莱斯?K?因子和无限发送数据功率下系统的极限安全性能。最后，通过不同条件下的实验仿真设计，验证了系统的安全性能，同时证实了所得结果的正确性。

• 知识图谱在战术云服务平台中的应用

  罗玲,孙学,唐德波

  战术云服务平台是实现分布式作战、多域作战以及云协同等先进作战概念的重要基础设施，但目前的云服务平台多采用接口级服务描述，缺乏语义信息，无法达到服务提供者和服务消费者之间供给的最优匹配。针对战术云服务平台中服务选择面临的问题，引入知识图谱的语义描述，实现了基于服务类型、服务约束关系、需求和能力关系以及机载平台关联关系的服务最优匹配。实例分析以及与相关方法的对比表明，该方法可更好地满足战术云服务平台在服务选择方面的领域需求，期望为推动知识图谱在战术云服务平台中的融合应用提供设计参考。

• 航空电子装备技术状态管理系统设计与实现

  马智骢,杨斌,张晓

  随着航空电子信息系统综合化、系统化深入发展，航空电子装备研制项目管理呈现复杂性、集成性、交联性特点。针对综合化航空电子装备技术状态管理要求，提出了综合化航空电子装备软硬件技术状态管理信息系统研制方案，并利用信息化平台构建了管理系统，实现了航空电子装备全生命周期内技术状态管理的信息化、规范化管理。

• 一种基于“四域特征”的复杂电磁环境多层次评估方法

  付松

  针对复杂电磁环境难以评定，尤其是电磁环境与电子信息系统相互影响、紧密耦合情况下复杂电磁环境难以度量的问题，提出了一种从复杂电磁环境复杂度、威胁度两个层面对复杂电磁环境进行度量评估的方法。在构建复杂电磁环境“四域”（时、空、频、能域）评价指标基础上，建立了基于“四域”特征占有度指标的电磁环境复杂度评估以及基于“四域”特征相关性指标的电磁环境威胁度评估方法，并给出了相应的仿真评估算例。仿真结果表明了评估方法的可行性，可为复杂电磁环境评估和模拟等相关问题提供方法和依据。

• 基于信息辅助块稀疏贝叶斯学习的直扩通信窄带干扰抑制

  张永顺,朱卫纲,钱昭勇,贾鑫

  现有基于Nyquist-Shannon采样定理的窄带干扰(Narrowband Interference,NBI)抑制方法存在应用受限于采样率较高的问题。应用压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论解决上述问题，利用NBI在频域表现出的块稀疏特性以及直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)信号的类噪声特性，提出了基于块稀疏贝叶斯学习(Block Sparse Bayesian Learning,BSBL)框架的DSSS通信NBI抑制模型。实现干扰抑制后，利用传统的CS重构算法实现DSSS信号的压缩域解调。为进一步提高算法性能，将NBI稀疏分块的块内自相关矩阵建模为单位矩阵，提出了信息辅助BSBL(Aid BSBL,ABSBL)算法，设计了基于ABSBL的DSSS通信NBI抑制算法。该算法在保持较好NBI抑制性能的条件下，提高了运算效率并且不依赖NBI的稀疏结构。仿真验证和对比分析结果表明，所提方法能够有效抑制DSSS通信中的NBI，在干扰强度相同的条件下，NBI带宽越小、压缩率越大，算法对NBI的抑制性能越好。

• 一种低截获概率的波位编排方法

  王阳

  雷达工作时，传统的波位编排因为规则单一，容易被电子战系统截获和识别。针对此问题，提出了一种低截获概率的波位编排方法。首先介绍了传统的区域扫描和定点跟踪的波位编排模式，然后讨论了交错及低损耗点的低截获概率波位编排方法，给出了波位编排的实现流程并分析了任务性能和低截获性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。

• 基于改进TSVM的通信辐射源个体识别

  姚步泉,赖鹏辉,丁立达,王世练,张炜

  为了解决通信辐射源个体中标签获取难问题，引入半监督机器学习理论，提出了一种基于预测置信度进行迭代的半监督学习算法(Improved Transductive Support Vector Machine Iterative Algorithm Based on the Confidence of Prediction，CP-TSVM)。该方法在TSVM算法的基础上，充分利用无标签样本，根据预测结果置信度进行迭代，能够大幅度减少分类器的运算量。计算机仿真表明，在有标签样本数目占总样本2%的情况下，CP-TSVM较TSVM算法在保证识别准确率的同时，模型训练时间缩短近?60 s。

• 基于循环平稳特征的分阶段直扩超宽带信号检测

  王晓蓉,宋晓鸥

  超宽带（Ultra Wideband,UWB）信号检测对实现超宽带定位具有重要意义。针对低信噪比下直扩超宽带信号（Direct Sequence Spread Spectrum UWB,DS-UWB）功率谱密度极低，难以通过传统手段检测的问题,提出了一种基于循环平稳特征的分阶段直扩超宽带信号检测算法。在介绍直扩超宽带的信号模型的基础上，提出了改进循环平稳特征检测方法，分析了二元假设两种情形下灰度图的差异，利用这种差异将两类图像放入卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）自行训练提取特征，进而利用训练好的网络进行检测。为更高效检测出信号，采用分阶段检测，即第一阶段先进行能量检测，若未检测到，则进入第二阶段改进循环平稳特征检测。仿真结果表明，在信噪比小于-8 dB时，所提方法的检测性能明显优于传统的循环平稳特征检测。

• 基于改进精估计与FrFT的Chirp信号参数估计

  刘国峰,李康,廖烨,周文峰

  为了解决Chirp信号参数估计在低信噪比下保持高精度等问题，提出了一种基于粗精二次估计的Chirp参数算法。粗估计采用分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform，FrFT），能够在低信噪比下检测到Chirp信号并估计出调频率的范围。同时，提出了一种FrFT插值算法提高FrFT估计中心频率的精度。精估计根据信号能量和周期长度一定时Chirp信号频谱幅度的平方与调频率成反比的特性，不断地用已知Chirp信号的共轭与未知Chirp信号相乘，寻找使相乘后频谱幅度平方最大的已知Chirp信号的调频率。为了提高精估计算法性能，用提出的H-Rife算法估计中心频率和相乘后信号的频谱中最大的幅值。〖JP2〗用二分法代替等步长使精估计在粗估计出的调频率范围内搜索，极大降低了复杂度。在信噪比不小于?-10 dB?时，该算法估计调频率归一化均方误差（Normalized Mean Square Error，NMSE）较FrFT线性提升，估计中心频率NMSE较FrFT线性提升，接近克拉美罗界。

• 一种量测转换的移动外辐射源多站协同跟踪算法

  吴麒,熊杰,宁静

  针对移动外辐射源跟踪问题，提出一种融合到达角(Angle of Arrival，AOA)与到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)观测量的量测转换Kalman滤波(Converted Measurement Kalman Filter，CMKF)算法。首先，采用了一种考虑了传感器位置偏差影响的无源定位算法作为转换非线性的AOA与TDOA观测量至笛卡尔坐标系下观测量的方法，并证明了当AOA与TDOA的测量噪声以及传感器位置偏差都服从高斯分布且噪声强度不大时，该量测转换方法的位置转换误差能达到克拉美罗(Cramér-Rao Lower Bound，CRLB)界；其次，在量测转换的基础上构建了关于移动外辐射源的线性状态空间模型，将非线性的目标跟踪问题转化为线性滤波问题，并最终使用标准Kalman滤波器实时跟踪移动外辐射源位置。仿真结果不仅验证了量测转换精度与理论分析结论吻合，还表明了所提CMKF算法的跟踪精度同时优于扩展Kalman滤波器、无迹滤波器以及粒子滤波器。

• 融合可见光指纹的迷宫机器人路径规划算法

  张月霞,刘冲

  针对复杂迷宫环境下移动机器人路径规划中存在的寻路时间较长、效率较低等问题，提出了一种将可见光指纹信息与A?*算法相融合的迷宫机器人路径规划算法。该算法引入局部、全局障碍密度参量对A?*算法的评价函数进行优化，使评价函数可以自适应障碍物密度；同时引入可见光指纹信息，利用障碍物对可见光光源的遮挡程度来判断各方向路径是否通畅，解决了A?*算法在寻路进程中无法预见后续障碍物的问题。仿真结果表明，基于可见光指纹的改进A?*算法能够有效减少传统A?*算法的路径搜索点数量，平均寻路效率提高了43.5%，具有一定的应用价值。

• 面向近眼式应用的快速瞳孔中心定位算法

  赵浩然,季渊,穆廷洲,陈文栋,高钦,冉峰

  针对Hough圆变换、最小二乘法椭圆拟合瞳孔中心定位算法中运算量大的问题，提出一种基于椭圆外切矩形的快速瞳孔中心定位算法。该算法从人眼图像中通过阈值分割得到瞳孔区域，对瞳孔区域进行边缘像素点的提取，然后利用椭圆外切矩形模型定位出瞳孔中心。通过Matlab对中国科学院自动化研究所公开的虹膜数据库中756张人眼图像进行遍历实验验证，所提算法定位准确率为98.3%，平均用时0.192 s。在同等条件下，与Hough圆变换、最小二乘法椭圆拟合算法进行对比，在保证定位准确率的同时，所提算法平均用时更少。实验结果表明，所提算法能够快速准确地完成瞳孔的中心定位。

• ARINC653多核多分区操作系统的任务调度

  黄润龙,沈谦,苟先太

  随着航空电子系统综合化、模块化的发展，单核处理器已难以满足综合模块化航空电子(Integrated Modular Avionics，IMA)高性能的计算要求，多核处理器逐步在航空电子系统中得到运用。ARINC653作为 IMA 架构的标准应用接口，如何在满足实时性前提下充分利用多核处理器资源成为 ARINC653 任务调度的关键。针对航空电子系统任务调度的实时性要求，采用实时任务中的周期性任务模型，提出了一种满足实时性要求的实时多核静态轮转调度算法。该算法通过优化RL(Round Length)轮转参数、任务的权值分配和多核处理器分配策略，减少任务拆分次数，提高多核处理器利用率。仿真结果显示，该算法能够对分区操作系统的任务集合进行高效调度，明显提高多核处理器利用率。

• 基于虚拟仪器的数据链测试模拟器研制

  张冬洋,姚长虹,黄文清,朱秋明,杨阳,宁本哲

  针对传统数据链测试设备功能单一且不易重构的问题，借鉴虚拟仪器模块化的设计思想，设计实现了一种基于美国国家仪器公司（National Instruments，NI）通用软件无线电平台的数据链测试模拟器。该模拟器采用线性调频信号叠加（Sum of Linear Frequency Modulation,SoLFM）的方法高效产生具备连续相位的时变信道衰落，包括瑞利衰落、莱斯衰落和对数正态衰落等，并结合多相滤波思想能够精确模拟数据链长时延的多径传播场景。利用矢量网络分析仪对硬件模拟器输出的信道传递函数和信道冲激响应进行实测验证，并对各支路的随机信道衰落包络分布进行统计验证。实测结果表明，该数据链测试模拟器输出的信道函数和统计分布均与理论值吻合，因而可用于数据链装备的系统优化、验证和性能评估。

• 基于谐振式反射器的脑活动探测天线设计

  张恺然,李晓峰,姜兴,初健祎,钟妙琴,彭麟

  设计了一款用于脑活动探测的超宽带定向天线。该天线采用了平面菱形单极天线的宽频带特性，通过缺陷地结构实现小型化。为了增强天线的定向辐射能力，设计了一种花瓣形谐振式反射器，在较宽频带内产生同相反射，并可减少剖面高度至0.1λ??0?。该天线整体结构具有尺寸小、重量轻的特点。对天线结构进行仿真优化并加工实测，测试结果与仿真的一致性表明了该天线具有超宽带的特点，实测阻抗带宽为0.91~2.42 GHz(91%)，且远场方向图表明了天线具有良好的定向性能，因而该天线可以应用于人脑活动探测等领域。

• 基于遥感图像的船舶目标检测方法综述

  王伟

  如何在复杂环境中准确、快速地实现各类船舶目标检测是一项重要研究课题，也是保障船舶航行安全、保护领土安全、加强水域资源监管的基础。红外成像、合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）以及卫星遥感等成像技术的发展为船舶检测提供了丰富的图像数据，已取得许多研究成果。介绍了船舶目标检测的过程，从基于传统图像处理技术的船舶目标检测和基于深度学习的船舶目标检测两方面总结并分析了现有船舶目标检测方法，讨论了相关关键技术，最后指出了未来的研究方向。