电讯技术杂志

电讯技术杂志2023年第1期

• 基于深度强化学习的智能决策方法

  熊蓉玲,段春怡,冉华明,杨萌,冯旸赫

  针对传统深度强化学习算法难以快速解决长时序复杂任务的问题，提出了一种引入历史信息和人类知识的深度强化学习方法，对经典近端策略优化（Proximal Policy Optimization，PPO）强化学习算法进行改进，在状态空间引入历史状态以反映环境的时序变化特征，在策略模型中基于人类认知增加无效动作掩膜，禁止智能体进行无效探索，提高探索效率，从而提升模型的训练性能。仿真结果表明，所提方法能够有效解决长时序复杂任务的智能决策问题，相比传统的深度强化学习算法可显著提高模型收敛效果。

• 智能反射面辅助的毫米波MIMO系统波束成形设计

  戈忠义,岳殿武,李光辉,魏思悦,苏雨苗

  智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS），也被称为可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface,RIS）或大型智能表面（Large Intelligent Surface,LIS），通过重新配置无线通信传输环境，可以有效提高通信质量。考虑IRS辅助的毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)下行系统，通过采用流形优化(Manifold Optimization,MO)技术处理，协同优化IRS的无源波束成形、功率分配、预编码矩阵以及合并矩阵，以最大化多用户和速率。由于利用流形优化算法设计的最佳目标函数是非凸的，因此利用毫米波级联信道的内在结构，将非凸问题转换为更加容易处理的问题。仿真结果表明，所采用的MO方案能获得比最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)方案以及随机相位方案更好的和速率性能。

• 中小型无人机AIS侦察系统应用技术

  杨云志

  船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）在船舶航行管理与航行安全中发挥了较大作用。通过分析AIS的基本性能及其在船舶航行管理中的作用及特点，提出将AIS设备集成于中小型无人机平台上的机载AIS系统，实现对巡察海域目标的实时动态可视化的监视与管控。介绍了中小型无人机AIS系统海域巡察的作用，详细描述了系统的性能、组成及其工作原理，分析了无人机载AIS信号的接收覆盖范围和主要关键技术，并阐述了系统工作流程及应用方式。

• 深空长时延条件下测控系统捕获应急处置方法

  张伟,刘军,陈少伍,金文马,苏犇

  针对火星探测任务中测控距离远、信号传输时延长、测控通信链路中断后重建双向链路时间开销大的问题，分析了近地捕获与深空捕获的流程，提出了满足快速发令需求的应急处置捕获流程。结合深空航天器捕获流程中上行与下行信号处理解耦合的特点，提出上行捕获流程完成即可发送遥控指令进行应急处置，大幅缩短了处置用时。以深空测控设备实际工作中常见的发射机速调管故障为案例，对长时延条件下的测控系统捕获应急处置方法进行了模拟测试，并在首次火星探测任务中成功应用。此案例可作为火星探测等深空任务中测控链路异常故障处置时各单位协同工作的参考。

• 毫米波星间通信测距一体化技术研究

  张仲楷,崔高峰,和梦敏,辛星,王卫东

  近年来卫星编队飞行和星间链路技术成为了航天领域的研究热点。在这种趋势之下，需要通过星间的相互通信与相对位置测量来保障编队构型的相对稳定以及实现星间协作。将星间通信和星距测量融合到一体化平台中可以实现通信测距一体化，能够降低负载，符合当前卫星的发展趋势。针对卫星毫米波星间链路设计了一体化波形，同时提出一系列信号处理技术完成波形的同步以及分离，实现了星间通信测距一体化。针对分离波形以及功放非线性对通信信号的影响，使用了基于深度学习的信号检测算法，降低了通信数据的误比特率。仿真结果验证了所设计的一体化波形及信号处理技术在星间链路应用的可行性。

• 航天测控网多模式效能评估系统设计与关键技术实现

  马佳楠,张利萍,董浩,雷永刚

  全方位多维度的效能评估能够辅助发现航天测控网运行、测控设备指挥控制的薄弱环节，对提升站网资源使用效率、优化用户用网服务具有重要意义。针对航天测控网业务特点和灵活效能评估需求，设计并实现了一套多模式效能评估系统，支持周期自动、事件触发、手动启动等多种评估模式，并具备多维评估模型管理、多样数据接入、多评估环节定制可变等特点，可提供从指标体系构建、方案制定、任务配置及报表生成的全流程效能评估服务。该多模式效能评估系统将部署于航天测控网中心系统，与资源调度、资源管控等分系统配合，共同提升航天测控网应用效能。

• 阵元失效下基于核范数和SCAD惩罚的MIMO雷达DOA估计

  陈金立,付善腾,朱熙铖,李家强

  阵元失效下多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达虚拟阵列协方差矩阵出现大批整行整列元素缺失，破坏原有内在完整结构，导致波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计性能下降。为此，提出一种联合核范数和SCAD(Smoothly Clipped Absolute Deviation)惩罚的完整协方差矩阵重构方法，以利于阵元失效下MIMO雷达DOA的有效估计。首先对待恢复的协方差矩阵建立核范数和SCAD惩罚双先验约束模型，并利用等正弦空间稀疏化方式划分粗网格空间，在可容忍的模型误差内能大大降低运算复杂度；然后利用ALM-ADMM(Augmented Lagrange Multipliers-Alternating Direction Method of Multipliers)算法对双先验约束模型进行求解，从而恢复协方差矩阵中大量整行整列的缺失数据；最后通过RD-ESPRIT(Reduced Dimensional ESPRIT)算法进行目标DOA估计。仿真结果验证该方法能快速恢复虚拟协方差矩阵中的缺失数据，从而有效提高阵元失效下MIMO雷达的DOA估计性能。

• GEO SAR照射的机载前视接收双基SAR系统二维分辨能力分析

  张滈铧,左伟华,刘波

  地球同步轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO)星/机双基前视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)实现了接收机飞行方向的成像能力，可以对重点区域进行持续前视观测，具有广泛的应用场景。对固定轨道GEO SAR照射下的机载前视接收机的双基SAR系统二维分辨能力进行了解析和验证仿真分析。首先，基于梯度法给出了GEO星/机双基前视SAR的二维分辨能力及其夹角的解析结果；其次，分析了不同双基前视构型对距离向分辨率、方位向分辨率和分辨率夹角的影响，并给出了基于分析结果的构型设计基本准则；最后，对GEO SAR处于不同轨道位置时分别进行了点目标仿真，有效验证了该分析方法的有效性和准确性。

• 对抗恶意无人机窃听的无人机通信系统三维航迹规划和功率控制

  苏恭超,代明军,陈彬,林晓辉,王晖

  为应对恶意无人机窃听者对无人机通信系统带来的安全挑战，提出了一种基于物理层安全机制的无人机三维航迹规划和功率控制的协同优化方案。将航迹规划与功率控制建模为带约束的用户安全通信速率最大化问题，并将该问题分解为水平航迹规划、高度控制与功率控制三个子问题。采用连续凸逼近法将各个子问题转化为凸优化问题，通过迭代优化方式得到近似解。仿真结果表明，和二维航迹规划方案相比，该协同优化方案能有效提升用户安全通信的性能指标。

• 异构无线网络资源管理与切换控制技术

  章广梅,郑友亮,童惠祺,肖汝迪

  随着通信技术的发展，新型业务逐渐增多，传统的通信网络无法满足各种业务之间巨大的性能需求差异，未来的通信网络逐渐向异构网络进行发展。针对异构网络中资源调配与垂直切换的问题，利用虚拟网络技术与资源虚拟化技术设计了异构网络中的无线资源管理方法，并设计了子网间垂直切换算法。该算法利用层次分析法与熵权法得到各网络参数的综合权值，加权得到各网络的效用值并依此选择最优网络。通过搭建系统平台验证了设计的异构无线网络的有效性，为后续异构无线网络的研究提供了参考。

• 下一代车载时间敏感网络架构设计与调度评估

  赵晓敏,王腾,李宗辉,宫新乐,黄晋,魏鹏

  智能网联汽车(Intelligent Connected Vehicle,ICV)是未来汽车行业发展的主要方向之一，其对车载网络通信的带宽、延迟出了较高的要求。针对该要求，提出了基于以太网的电子电气架构(Electronic/Electrical Architecture,EEA)；在分析基于IEEE802.1Qbv的时间敏感网络(Time-sensitive Networking,TSN)传输调度机制的基础上，实现了控制数据流和传感器数据流的增量式调度。通过评估和对比，TSN拥有更高的带宽、更低的传输时延，有望成为下一代车载网络。

• 车联网中网络切片资源分配方案

  李悦,任春莉,章国安

  为了满足车联网中不同应用的服务质量（Quality of Service,QoS）要求，提出了一种基于网络切片技术的车联网频谱资源分配方案。该方案考虑数据接入控制，通过联合优化频谱资源块（Resource Block,RB）分配和车辆信号发射功率控制，在安全服务切片低时延高可靠性的约束下，最大化信息娱乐服务切片的平均和吞吐量。将车联网资源管理建模为一个混合整数随机优化问题，利用李雅普诺夫（Lyapunov）优化理论将该优化问题分解为接入控制和RB分配与功率控制两个子问题，并分别对其进行求解，得到每个时隙的接入控制和资源分配方案。仿真结果表明，所提出的资源分配方案能够有效提高信息娱乐服务切片的平均和吞吐量，并且可以通过调整引入的控制参数值来实现吞吐量和时延的动态平衡。同时，与已有方案相比，该方案具有更好的时延性能。

• 基于改进EfficientNet的雷达信号调制方式识别

  苏琮智,王美玲,杨承志,吴宏超

  针对在复杂电磁环境下的雷达辐射源信号识别中传统方法失效，深度学习算法存在低信噪比下识别效果差、网络复杂参数多的问题，提出一种改进EfficientNet模型对雷达辐射源信号进行识别。首先引入卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM)改进网络，提高网络对通道和空间特征的提取能力；结合h-Swish和ReLU两种激活函数进一步改进网络在保持网络精度的情况下加快网络训练；对样本进行标签平滑，对9种不同调制信号的时频图像做CutMix数据增强后输入网络，增强模型的泛化能力。通过实验分析，改进后的模型在信噪比为-10 dB的情况下对9种调制信号的综合识别率达到了?94.24%?，验证了该方法能够在低信噪比条件下有效识别雷达辐射源信号。

• 基于残差神经网络的无人机射频信号识别

  杨小伟,王泽跃,杨鹤猛,杨雪,张莉莉,陈艳芳

  针对民用小型无人机对低空领域安全造成威胁及无人机视觉上识别难的问题，提出了一种无人机射频信号识别的方法，使用深度学习技术学习无人机与控制器之间的射频信号特征来识别无人机。首先将射频信号数据集中的无人机信号进行预处理操作，接着使用残差神经网络进行模型训练，最后使用训练好的网络模型对无人机信号进行识别验证。实验结果表明，该方法识别无人机是否存在的准确率达到99.8%，识别无人机型号的准确率达到91.1%，识别无人机运行模式的准确率达到70.3%，且该方法具备较强的鲁棒性和环境抗干扰能力，性能明显优于基准方法。

• 基于P-NOMA的上行水声通信网络容量分析

  颜晓娟,张千锋,李丹,陶卫平,范永彬

  在通信距离不尽相同节点的最优适用频段可能会部分重叠的背景下，针对水声系统频率资源利用率低的问题，提出了一种基于部分非正交多址接入(Partial Non-orthogonal Multiple Access，P-NOMA)技术的上行链路水声通信方法。该方法中各P-NOMA节点在非重叠频段内采用正交多址接入技术传输信息，〖JP2〗在重叠频段内利用最大或受限的发送功率同时同频发送信息给目的节点，目的节点采用串行干扰消除方法提取重叠频段内的各P-NOMA节点信息。根据功率谱密度与容量之间的关系，分析了P-NOMA节点在注水算法和功率均匀分布下的可达容量，以及信干噪比限制对最小发射功率的影响。仿真结果验证了基于P-NOMA技术的水声上行通信网络在系统容量方面具有的优势。

• 一种应急通信中业务感知的宽带自组网路由协议

  耿志

  随着科技进步，我国在应急通信系统建设上也正高速发展，当前应急通信网络对多媒体业务有着迫切需求，对网络带宽要求更高。而当网络存在多种不同业务时，传统通用的路由协议不再适用，它们大多以最小跳数为路由度量或者是某个单一度量，未能考虑不同业务的服务质量(Quality of Service，QoS)需求，因而无法同时兼顾不同业务流的传输要求。提出了一种应急通信中业务感知的宽带自组网路由策略，对不同类型业务在路由和转发优先级上进行区分。经多次仿真验证，该策略能使网络在满足应急语音业务QoS需求的同时，也能兼顾承载的视频、数据等其他业务的性能。

• 一种利用双路相移布拉格光栅的快速微波频率测量方案

  李城鑫,毛久兵

  采用相移布拉格光栅设计了一种快速微波频率测量方案。通过在上下两支路配置具有不同陷波频率的相移布拉格光栅，再分别与激光源、相位调制器进行融合处理，利用光电探测器输出功率比与待测微波信号频率之间的映射关系建立幅度比较函数，进而实现微波频率测量。理论分析和仿真结果表明，通过调节激光源的载波频率，可改变微波频率的测量范围和测量精度；再结合大范围低精度频率测量和小范围高精度频率测量的两步测量法，可实现高精度的微波频率测量。该方案具有结构简单、测量精度高等优点。

• 相控阵测控系统瓦式一体化T/R组件设计

  李旭

  T/R组件作为相控阵测控系统的核心部件，其性能好坏直接决定了相控阵测控系统的效能表现。针对传统相控阵测控系统中采用的砖式T/R组件设计存在的集成度低、尺寸大、功耗高、安装复杂、后期维护性差等问题，设计了一种新型瓦式一体化T/R组件。该型T/R组件通过多层不同功能模块的瓦片式层叠和盲插互联结构实现了T/R组件高度的集成化、良好的散热性以及优异的安装维护性能。随着相控阵测控系统的通道数越来越多，集成度越来越高，新型瓦式一体化T/R组件的工程优异性也将会更加明显。

• 宽波束±45°双线极化偶极子天线阵列设计

  姜兴,程林,李晓峰,彭麟,廖欣

  针对宽波束天线在移动通信中的应用，实现偶极子阵列天线的宽角域扫描覆盖，设计了一款宽波束天线单元以及1×16相控线阵。采用正交对称振子结构实现± 45°方向辐射，振子采用椭圆环结构实现了宽阻抗带宽和宽波束，通过加载梯形结构降低了频段和实现小型化。实测结果表明，天线单元在6.425~?7.125 GHz?的频带内电压驻波比小于1.3，具有38.8%的相对阻抗带宽，在工作频带内其端口隔离度优于?28 dB?，?3 dB?波束宽度在频带内均大于126°，能够很好满足现阶段对阵列天线小型化、宽频带以及宽角域扫描的要求，在移动基站等领域有广阔的应用前景。

• 三维集成微波组件技术：进展与展望

  黄建

  介绍了三维集成微波组件的典型集成架构及其特点，综述了三维集成微波组件基板技术、垂直互连及热设计等关键技术研究现状，对主要技术性能进行了对比分析。介绍了三维集成微波组件可靠性理论与技术研究进展及后续研究方向。分析了三维集成微波组件技术发展趋势，提出了重点技术攻关方向建议，并对三维集成微波组件技术发展和应用前景进行了预测。

• 支持四维航迹运行的新一代民机数据链技术综述

  刘天华,王丽,林静,王勇

  支持四维航迹运行是未来民用航空运输技术发展的主要趋势之一，四维航迹运行对数据链应用、数据链协议栈以及数据链链路传输技术提出了新的要求。在研究国外四维航迹运行新技术基础上，分析了支持四维航迹运行的管制员-飞行员数据链通信、合约式自动相关监视等数据链应用新特点，介绍了支持四维航迹运行的未来数据链协议栈——基于互联网协议的航空电信网工作原理，分析了支持四维航迹运行的宽带卫星通信链路、L频段数字航空通信系统的链路特性。