电讯技术杂志

电讯技术杂志2022年第1期

• 一种基于体域网的智慧医疗系统双层安全机制

  任君玉,祝长鸿,廖栋森,秦慧平,覃团发

  为了保证基于体域网（Wireless Body Area Network,WBAN）的智慧医疗系统的安全性，促进其实际落地应用，提出了一种体域网内（Intra-WBAN）及体域网外（Beyond-WBAN）的系统级的双层体域网安全机制。为了保护Intra-WBAN数据的安全与隐私，设计了一个基于双异或操作带密钥哈希链的轻量级安全传输协议（Intra-BAN Hash-based Security protocol,IBHS）并验证分析了其正确性与安全性。采用区块链确保Beyond-WBAN数据的安全存储，并对区块链系统的时延问题进行研究与仿真。仿真结果表明，共识节点数及难度位数均对系统实时性有重要影响，可根据应用的具体时延需求联合调整难度位及共识节点数目以降低时延。

• 基于脉冲神经网络的雷达辐射源调制类型识别

  李伟,朱卫纲,朱霸坤

  面对日益复杂的电磁环境和层出不穷的新体制雷达，基于人工方式提取雷达辐射源特征难以满足现代认知电子战的需求。为提升雷达辐射源识别的智能化水平，提出一种新的基于脉冲神经网络（Spiking Neuron Network，SNN）进行雷达辐射源调制类型识别的算法。首先利用时频分析的方法，将5种常见雷达时域信号转换为二维灰度图，使用高斯调谐曲线编码器将输入数据转化为脉冲发放时刻，然后传入由Tempotron组成的脉冲神经网络进行识别。仿真实验结果表明脉冲神经网络具有优良的检测精度，功耗较低，验证了该方法的有效性。

• 高灵敏度多倍冗余综合孔径辐射计

  黄建,裴乃昌

  针对给定空域亮温成像的辐射计在成像时间受限条件下温度灵敏度难以提高的问题，在分析典型辐射计成像体制温度灵敏度基础上，提出了通过增大阵列稀疏比提高综合孔径辐射计温度灵度的方法。设计了一种具有多倍冗余基线的稀疏阵列配置，阵面单元可构成多个T型稀疏子阵，每个T子阵独立实现综合孔径辐射计亮温图像重构，并通过多幅亮温图像平均提高辐射计温度灵敏度。系统设计中引入阵列稀疏比作为设计自由度，可实现综合孔径辐射计温度灵敏度、空间分辨率和硬件复杂度的最佳平衡。提出了多倍冗余综合孔径辐射计亮温图像重构算法，分析了温度灵敏度性能。给出了满阵为11×20单元均匀矩形阵列的多倍冗余综合孔径辐射计设计实例，计算了不同阵列稀疏比时系统温度改善度，仿真了典型阵列配置的亮温成像效果。结果表明，冗余倍数1~20的系统温度灵敏度比相同孔径的均匀密布阵全功率辐射计提高1.5~8 dB，图像信噪比改善?4.5~11 dB?，温度灵敏度比稀疏阵综合孔径辐射计理论值损失为1.3~3.7 dB。

• 卫星通信网络技术体制验证

  翟华

  近年来，构建全球覆盖、满足陆、海、空、天各类用户接入通信需求的卫星通信网络成为研究热点。卫星通信网络涉及网络构型、链路传输、接入控制、路由交换、管理控制以及安全保密等多层面、多类型技术体制，网络的技术体制、指标体系不容易确定，需要研究相应的体制验证方法，对网络架构、各层面技术体制、功能性能指标等进行有效验证，通过迭代优化设计最终确定网络技术体制，以便为我国卫星通信网络的研制建设提供技术支撑。首先给出了几种典型的试验验证方法，并分析比较了其优缺点，在此基础上给出了卫星通信网络的体制验证方法及验证内容实例，可为后续研究工作开展提供参考。

• 一种基于姿态感知的电力人员穿戴识别残差网络

  常政威,蒲维,吴杰,黄坤超,熊兴中,陈明举

  为有效利用机器视觉技术实现对电力作业人员穿戴规范进行准确识别，减少安全事故的发生，构建了一种基于姿态感知的穿戴规范识别复合残差网络。该复合网络首先将VGG(Visual Geometry Group)与分裂-?转换-?聚合(Split-Transfer-Agregation,STA)模块引入残差网络中，构建高性能的ResNeXt50基础网络模块。对ResNeXt50网络不同层次的残差特征图进行聚合与解码处理，实现对人体姿态的估计与关键区域的定位。将卷积块注意力模块（Convolutional Block Attention Module,CBAM)集成到ResNeXt50网络相邻卷积层之间，以提高目标特征的表述能力，从而实现对电力人员穿戴情况进行准确识别。在训练阶段，采用迁移学习实现对预训练网络的顶层参数进行修正，以解决穿戴设备样本图片不足的缺点，从而提高复合网络的识别准确率。通过与SDD、Res-Net50和Inception-v3网络进行对比实验发现，建立的复合网络获得了更高的平均精确率（Mean Average Precision,MAP)值，单帧识别耗时更小，能有效地实现弱小穿戴设备的识别。

• 基于注意力循环网络的4D轨迹预测模型

  代翔

  针对传统的轨迹预测方法很难获取轨迹的时空特征、实现高精度和实时预测等问题，提出了一种基于注意力机制的4D轨迹预测模型ARTP(Attentional Recurrent Trajectory Prediction) 。首先，采用正则化方法对各飞行轨迹进行重构，得到等时间间隔的无噪声高质量飞行轨迹；其次，使用长短期记忆(Long Short-Term Memory，LSTM)对飞机飞行轨迹进行时空特征提取；最后，利用注意力机制来捕获飞行历史轨迹中的多层次周期性。该模型有效地利用了周期性的性质来增强LSTM的活动性预测。在真正的广播式自动相关监视系统(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)历史轨迹数据上进行实验和同类方法进行对比，ARTP模型的均方根误差比CNN-LSTM模型低?21.04%?。实验结果表明，基于注意力机制的飞机轨迹预测模型能够取得更高精度的预测结果。

• 基于权重不可知神经网络的旋翼无人机检测

  谢跃雷,刘信,梁文斌

  针对传统无人机检测方法缺乏智能性和泛化性的问题，提出了一种基于权重不可知神经网络(Weight Agnostic Neural Network,WANN)的无人机微动特征检测方法，以实现探测无人机的目的。推导了旋翼无人机微动模型，详细说明了WANN模型的构建过程。以回波信号的循环谱等高图作为训练、测试数据集进行了仿真，结果表明该方法对噪声有较好的鲁棒性。实测结果也验证了WANN模型能有效提取无人机微动特征，有较好的图像识别能力。

• 一种数字调制信号符号速率盲估计方法

  谢纪岭,卢彦卿

  数字调制信号符号速率估计的循环平稳类算法需要较少的先验信息，是非合作接收系统中一种实用的估计算法。将循环自相关和非线性滤波结合，提出了一种符号速率盲估计算法。通过累加不同时延的循环自相关和非线性滤波突出并增强符号率谱线并白化噪底，之后与门限进行简单比较即可选出正确的符号率谱线。计算机仿真和实际采集数据验证了该算法的性能。

• 基于双频段FMCW雷达的人体动作识别

  屈乐乐,张丁元,杨天虹,孙延鹏

  针对单频段雷达利用微多普勒特征识别人体动作能力有限的问题，提出了一种基于双频段调频连续波(Frequency Modulation Continuous Wave,FMCW)雷达的人体动作识别方法。首先利用K频段与C频段两部不同频段的FMCW雷达分别对人体不同动作进行探测收集到回波数据，对回波数据进行预处理分别得到距离时间、距离多普勒与微多普勒时频谱图像；然后，运用主成分分析法对图像进行特征提取得到特征向量，对提取到的特征向量进行特征级融合；最后，将融合后的特征作为支持向量机的输入从而实现人体动作识别。采用雷达实测数据的实验结果表明，基于双频段FMCW雷达联合工作的探测方法对五种人体动作的识别正确率为96.25%，优于单个频段FMCW雷达单独工作时的动作识别正确率。

• 空间各向同性均匀噪声场中的子阵输出噪声相关性

  雷志雄,陈鹏

  阵列分子阵后由于子阵存在方向性，导致子阵输出噪声相关系数以及相关半径难以准确估计，从而严重影响阵列性能。针对这一问题，提出了共线子阵在空间各向同性均匀噪声场中输出噪声相关系数的解析计算方法。将噪声相关性计算公式中的波束响应项用子阵加权向量表示，再利用共线子阵的对称性对双重积分进行化简，最终得到不含积分项的解析解。利用该方法，分析了子阵不同参数对输出噪声相关性以及子阵波束形成的影响，结果表明，子阵阵元数、子阵的波束指向角以及子阵中心间距的对输出噪声相关性有重要影响，而子阵波束的旁瓣对噪声相关性的影响较小。数值仿真验证了噪声相关性计算方法的有效性以及相关结论的正确性。

• 一种分层并行计算的软件化雷达系统

  赵帮,李武旭,赵浩然

  为解决软件化雷达系统实时处理大规模数据的问题，提出了一种分层级的分布式并行计算方法，并设计了一种低延时大规模数据处理能力的软件化雷达系统。该系统采用三层并行计算方法，利用ZeroMQ技术实现了任务级的分布式计算，多线程技术实现了线程级的多核并行计算，Arrayfire平台实现了数据级的图形处理单元(Graphic Processing Unit,GPU)并行计算。系统具有部署灵活、扩展性强、并发性高、延时低的特征。实验结果表明，数据率为?1.92 Gb/s?时，系统能在?30 ms?内实时显示空中目标，完全满足实际工程应用环境需求。

• 一种适用多种空时编码方案的MIMO自编码器通信系统

  夏杉,王旭东,吴楠,许志远

  为提升现有端到端通信系统的适应性与信道估计的准确性，提出了一种适用于多种空时编码方案的多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）自编码器通信系统。该系统将基于卷积神经网络的自编码器引入到MIMO系统中，并结合信道估计网络实现信道均衡，通过端到端的学习方式实现各种空时编码方案下信号映射传输，以获得最佳接收性能。仿真实验表明，在不同信道环境、调制方式以及空时编码方案下，所提系统表现出了良好的适应性和泛化能力；并且在垂直空时分层码方案下，所提系统可在低信噪比情况匹配最大似然检测性能，在高信噪比情况获得优于传统非线性方法的信号检测性能。与传统方法相比，所提的信道估计方法在长期演进的扩展典型城市信道下可获得?5.5 dB?左右的性能提升。

• 内容推送和路由扩散相结合的内容源移动管理优化方案

  段洁,邹亚琴,胡显静

  在内容中心网络（Content Centric Networking,CCN）中，消费者请求按照原有转发路径无法成功交付移动内容源，兴趣包丢失率高；为保证移动内容源的可达性，则需要对全网路由器进行路由更新，这将造成巨大的更新开销。针对上述问题，提出内容推送和路由扩散相结合的内容源移动管理优化方案。与现有CCN内容源移动方案相比，所提方案充分考虑内容源移动过程中频繁切换接入路由器的情况，利用切换前后接入路由器间的位置信息交互保证移动内容源的可达性；在此基础上，根据内容源与接入路由器的连接时间，分别在切换前后动态采用主动内容推送和限定跳数广播路由更新的方式进一步缩短消费者的请求响应时延。通过仿真分析，所提方案可以有效降低兴趣包丢失率，缩短请求响应时延。

• 5G卫星通信系统频偏估计算法

  王中旗,崔高峰,王卫东,李秀华

  卫星通信系统中存在的大的多普勒频偏严重影响着系统的性能。为了提高频偏估计的性能，基于5G NR帧结构和同步信号，提出新的利用级联积分梳状（Cascaded Integrator Comb，CIC）滤波器插值的小数倍频偏估计算法。该算法分两步实现小数倍频偏估计：首先，利用结构简单、运算快速的CIC滤波器对接收主同步序列（Primary Synchronization Signal，PSS）信号和本地PSS进行插值处理，以增加采样点；然后，使用基于PSS的互相关算法估计频偏。算法分析和仿真结果表明，所提算法相较于基于PSS的互相关方法可以取得更好的估计准确度，具有很强的实用性。

• 高可靠性信道反馈自编码器系统设计

  袁治中,王旭东,吴楠

  为了充分利用信道反馈编码系统中反馈信息，提出了一种针对带有反馈信道的高可靠性自编码器系统设计方案。该方案通过在发送端引入反馈解码器模块，将编码与反馈信息的提取分成两部分进行，利用端到端的学习方式使发送端和接收端寻找到适合信道的编码和解码算法。针对反馈解码器模块，给出了基于卷积神经网络和双向门控循环单元的两种实现方案。此外，提出了一种节约反馈发送功率的部分反馈方案，通过抽样间隔灵活控制反馈发送功率，同时利用反馈解码器对反馈信息进行恢复和提取。仿真实验表明，在不同码速和不同反馈信道信噪比的情况下，提出的两种信道反馈编码方案的系统误码性能均优于已有文献给出的方案，并且在反馈信道环境较差时，提出的部分反馈方案在节省反馈发送功率的同时仍有0.1 dB的误码性能提升。

• 一种基于单次散射体定位的TOA/AOA混合定位算法

  谢雪,王浩祥,邓平

  为了降低非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS)误差对定位精度的不利影响，提出了一种基于散射体定位的到达时间(Time of Arrival,TOA)/到达角(Angle of Arrival,AOA)混合定位算法。假设各基站(Base Station，BS)接收的多径信号都经历了散射体单次散射，首先利用各BS测量的多径信号AOA信息来定位各散射体，再利用测量的多径信号TOA信息估计出散射体与移动台(Mobile Station，MS)之间的距离，然后将散射体作为虚拟基站来约束MS可能位置范围，并使用网格搜索来获得多个MS可能的估计位置，最后采用基于BS参考位置点的约束平均方法解算出MS估计位置。在不同NLOS场景下的仿真结果表明，与现有算法相比，所提算法取得了更好的定位性能。

• 协作SWIPT-NOMA系统的物理层安全性研究

  龙恳,谭路垚,王奕,陈兴,王亚领

  针对协作非正交多址接入（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）系统中用户充当中继并存在窃听者的场景，提出了一种新型协作干扰传输方案，以提高该系统的安全性。在第一时隙，基站将混合信号进行广播，同时为了干扰窃听者，信道条件较差的用户采用全双工的工作模式，发出协作干扰信号对窃听者进行干扰。在第二时隙，信道条件较好的用户充当中继将己解码的信息转发给信道条件较差的用户，同时信道条件较差的用户继续发出协作干扰信号以干扰窃听者。充当中继的用户由于功耗过大可能会引起该节点供能不足，因此对该节点引入无线携能（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）技术构成SWIPT-NOMA系统。为了衡量针对SWIPT-NOMA系统所提出的新型传输方案的安全性能，推导了用户的保密中断概率的表达式并仿真验证了该方案的有效性。

• 一种感光不均匀数字PCR荧光图像分割算法

  余跃,唐骏,肖旻

  针对传统阈值法难以快速准确分割感光不均匀数字PCR(Polymerase Chain Reaction)荧光图像的问题，提出了一种两步分割算法。第一步，对预处理后的图像采用Otsu算法进行分割；第二步，提取第一步分割不完全的区域，基于图像复杂度确定待分割区域的灰度范围，并基于灰度统计信息计算最优分割阈值，分割结果与第一步分割结果合并形成最终分割图像。实验结果表明，该算法能够有效减少不均匀感光对数字PCR荧光图像分割的影响，分割结果准确，算法复杂度低且鲁棒性好，为有效腔室数量的统计提供了保障，进而提升了数字PCR绝对定量的准确度。

• 基于改进YOLOv3的快速文本检测

  王霏,黄俊,文洪伟

  针对深度学习文本检测算法存在运行速度慢、模型体积大等问题，提出了基于改进的YOLOv3(You Only Look Once v3）文本检测方法(mobile-text-YOLOv3)。通过深度可分离卷积思想轻量化Darknet-53网络，在高层特征借助双线性插值和偏移层使卷积核具有可变感受野，较大地改善了模型的性能；改进D-IOU，引入宽度惩罚，改善了锚框(anchor)在垂直方向稀疏和回归目标形状时不平衡的问题，提高了检测精度。实验结果表明，该改进算法精度比YOLOv3提高7个百分点，检测速度最高可达22 frame/s，与同类算法相比有更快的检测速度和更小的模型体积。

• 无人机自组网技术综述与发展展望

  黄巍,陈俊良,李犹海

  无人机自组网（Unmanned Aerial Vehicle Ad Hoc Network，UAVANET)主要应用于现代数字科技战场，具备传统无线自组织网络的快速组网、多跳传输和多任务协作等特点，同时拥有更高的抗毁性。无人机自组网能确保网络运行的灵活性和顽健性，但是在实际组网过程中，网络结构和组网方式的不同对作战能力的提升也不尽相同。介绍了两种不同网络结构的无人机自组网，并对其网络协议层次模型进行划分，重点描述各层协议和功能并分析了各层中所应用的关键技术，最后对无人机发展所需的技术以及应用前景进行了展望和总结。