电讯技术杂志

电讯技术杂志2023年第2期

• 基于稀疏深度神经网络的电磁信号调制识别

  杨小蒙,张涛,庄建军,唐震

  为在低复杂度约束条件下提升电磁信号调制识别的性能，提出了一种基于稀疏深度神经网络（Sparse Deep Neural Network，SDNN）的电磁信号调制识别方法。首先，通过提取电磁信号同相和正交两路数据绘制出信号的星座图，作为信号的浅层特征表达；然后，基于星座图中各信号点密度大小对星座图进行上色，增强星座图中信号特征；最后，通过SDNN对增强后的星座图进行识别分类。实验结果表明，SDNN模型选取合适的剪枝率后，能够有效降低模型存储规模和计算量，其中模型参数压缩了72%，浮点运算量压缩了45%，与原模型97%的综合识别率相比，稀疏化处理后模型的综合识别率为96.8%，在小幅度识别精度损失范围内大幅降低了模型复杂度。

• 基于贝叶斯压缩感知的子空间拟合离格DOA估计

  高卫港,王鼎,张钺洋,李恺,吕静

  针对传统的基于稀疏贝叶斯学习（Sparse Bayesian Learning,SBL）的波达方向估计算法对噪声鲁棒性不高的问题，提出了一种基于SBL的子空间拟合离格波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法。首先对接收数据的协方差矩阵进行特征分解，获得信号的加权子空间，构造等价信号的稀疏表示模型并利用贝叶斯学习算法进行参数求解。同时对于网格划分带来的建模误差问题，采用了离格贝叶斯推导（Sparse Bayesian Inference,SBI）算法进行求解，利用期望最大化算法迭代更新相应的参数。仿真结果表明，相对于传统的DOA方法，该方法具有更好的估计精度。

• 天基物联网：基本概念、体系架构及发展趋势

  李凯,李峰,杨伟铭

  物联网技术的发展和天基网络的成熟催生了天基物联网的概念。国家新型基础设施建设的提出为天基物联网的建设奠定了政策基础。自然资源调查、时空信息服务、应急救灾服务等为天基物联网提供了广阔的应用空间，天基物联网已经具备了良好的建设基础。介绍了国内外天基物联网的发展现状，结合物联网的定义阐释了天基物联网的基本概念和体系结构，分析了天基物联网技术发展趋势，可为天基物联网的技术研究和建设应用提供参考。

• 面向大规模MIMO系统的下行预编码技术研究进展

  张冬雪,杜洁汝,何世彪,廖勇

  大规模多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术在移动通信系统中发挥着至关重要的作用，但在部署中却引入了干扰。为了消除大规模MIMO干扰，业界围绕低复杂度的预编码算法开展了大量的研究工作。将已有大规模MIMO系统的预编码技术进行了归纳，重点分析了线性预编码和非线性预编码中经典算法的复杂度和优缺点，最后对大规模MIMO预编码技术的发展趋势进行了探讨。

• 美陆军面向战场物联网的边缘智能发展综述

  李琨,姜典辰

  人工智能技术应用带来军事态势感知能力极大增强，日趋成为联合全域指挥控制的关键使能因素。然而，由于战场边缘环境的受限特性，人工智能和机器学习在战场物联网应用中面临新的挑战。针对战场边缘特性及其智能化应用需求，总结了美陆军面向战场物联网的边缘智能发展现状，分析了其在该领域的研究重点，介绍了其在加速边缘智能处理异构智能资源融合方面的典型解决方案，最后得出提升分布式智能处理效率、增强网络韧性、优化异构资源融合是增强战场边缘智能的发展思路的结论，以期为战场边缘智能相关研究提供参考。

• 首次火星探测任务遥测帧同步参数设计

  刘军,强立,张伟,吴宗清,卢欧欣

  针对深空探测任务的遥测帧同步问题，结合深空测控设备帧同步器实际参数结构，推导了平均正确入锁时间解析式。根据深空任务重要阶段中器地通信时长短的特殊需求，提出了采用数据有效处理时间占比的数据有效率定义和计算方法，用于计算帧同步器在不同链路通信时长下的综合性能。分析了平均正确入锁时间和数据有效率两项指标的特点和不足，提出通过设定数据有效率阈值再由平均正确入锁时间选优的参数设计方法。最后，根据首次火星探测“天问一号”任务链路条件，给出了最佳帧同步参数，结果表明参数在我国深空站应用效果良好，方法有效。

• 面向地球表面三维空间的远程监视覆盖优化

  李奇真

  对地球表面三维空间进行远程监视覆盖有利于早期发现入侵目标。构建了地球表面曲率影响下的三维目标空间模型以及传感器三维感知模型，提出了覆盖优化算法。该算法将地球表面三维目标空间离散化处理，利用地（海）面固定位置三维有向传感器网络对目标空间感知监视，采用智能优化算法优化调整三维有向传感器主感知方向的方位角和俯仰角，从而最大化传感器网络对目标空间的监视覆盖率。

• 利用部分重叠信道的多无人机自主协同优化抗干扰

  姚昌华,程康,张建照,刘鑫,胡程程

  针对多无人机通信网络抗干扰中的功率和信道联合优化问题，考虑多无人机通信网络中的部分重叠信道切换、外部恶意干扰与网络内部互扰问题，通过构建Stackelberg博弈抗干扰模型，设计无人机用户和干扰机的效用函数，并提出了基于次梯度迭代的算法求解博弈的均衡解，获得无人机用户在干扰条件下的部分重叠信道选择和功率选择联合优化结果。仿真结果表明，所提算法能使多无人机用户获得良好的信道选择和传输功率策略，优化多无人机通信网络抗干扰性能。

• 无人机测控系统中干扰感知与频谱资源管理技术

  杨林超

  为了提高无人机测控系统在复杂电磁环境下的适应性、安全性和可靠性，解决多站多机同空域工作时面临的动态频谱资源管理问题，提出了一种基于干扰感知和频谱资源管理技术的无人机测控系统。该系统将通信侦察技术与认知无线电频谱感知技术相结合，为上/下行链路提供全频带干扰识别以及动态频谱资源管理。搭建了干扰感知和频谱资源管理系统无线测试平台，测试结果表明，当上/下行链路存在干扰信号且链路质量较差时，系统能自适应调整链路的频谱资源，可有效避开干扰信号对系统的影响，提升了无人机测控系统的生存能力和使用效能。

• 结合目标提取和深度学习的红外舰船检测

  白玉,迟文恺,谢宝蓉,张雷,郑莲玉,穆文涛

  传统显著区域提取红外舰船目标检测算法进行图像处理时虚警率高，而深度学习的红外舰船目标检测方法速度慢。针对这些问题，提出了一种将传统的目标提取与深度学习中分类的思想相结合的红外舰船目标检测算法。首先通过高帽变换（TOP-HAT）和 低帽变换（Bottom-HAT）对图像进行处理，然后通过阈值分割方法和归并算法对图像进行候选区域的提取，再运用深度学习中分类的思想完成对目标船舰的检测。通过测试数据集进行实验并对比分析，结果表明改进后的检测算法平均精确度达到83.69%，较之于传统显著区域提取算法精确度提升了8.09%，较之于Faster-R-CNN算法每百张检测时间缩短了2 s。

• 战术数据链空时联合抗干扰技术

  康荣雷,安毅,班亚龙,杨少帅

  针对战术数据链在复杂电磁环境下性能受限的问题，提出基于非标准构型阵列天线的战术数据链空时联合抗干扰技术。该技术在常规导向矢量获取方法失效时，通过设计引导信号，结合盲自适应抗干扰算法进行干扰信号的抑制和引导信号的重构，实现对干扰方向调零抑制并保持通信信号的正常接收。仿真结果表明，通信信号经过空时联合抗干扰处理后，在干扰方向形成的零陷超过-30 dB，大大抑制了干扰方向的信号，保存了信号方向的信号。

• 一种稀疏重建的天波雷达射频干扰抑制算法

  邱峰,黄中华,邹欣颖

  天波雷达工作频段通常有大量的射频干扰，严重影响了雷达探测。目前最有效的射频干扰抑制方法主要是基于相似约束的方法，其本质是在匹配滤波器上叠加一个抑制射频干扰的窄带滤波器。基于窄带滤波器稀疏特性，提出了一种稀疏约束的射频干扰抑制方法，对窄带滤波器施加稀疏性约束并加大对稀疏项的惩罚，在保证匹配滤波器效果的同时更加有效抑制干扰。该方法首先将滤波器分解为匹配滤波滤波器和窄带滤波器，然后对窄带滤波器施加稀疏约束，基于此构建一个稀疏约束的非凸优化问题。最后，提出一种低计算复杂度的交替性自适应迭代算法求解该非凸优化问题。仿真和实测数据处理结果表明，所提方法的输出信干噪比较相似约束算法提高了?1 dB?以上，有效地提高了射频干扰抑制性能。

• 基于雷达点迹处理的抗RGPO干扰的机动目标跟踪

  何仁军,熊杰

  针对距离波门拖引(Range Gate Pull Off,RGPO)干扰下机动目标跟踪性能恶化的问题，提出一种基于雷达点迹处理的机动目标跟踪算法。该算法首先使用RGPO干扰鉴别技术将跟踪波门内的雷达点迹数据分为正常点迹集与RGPO干扰点迹集，针对不同的点迹集采取了不同的状态更新策略，最后融合两类状态信息后输出目标位置。仿真结果表明，该算法的跟踪精度明显优于传统的交互多模型－概率数据关联(Interacting Multiple Model Probabilistic Data Association,IMM-PDA)算法及现有抗RGPO干扰机动目标跟踪算法。

• 改进的DetNet大规模MIMO检测器

  李素月,贾鹏,王安红

  对DetNet结构进行改进以提升大规模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）信号检测性能。首先，去除输入端的冗余向量简化网络中每个检测单元的结构;其次，为了进一步提升网络性能，借鉴随机森林在每个决策树的输入端引入随机性的思想，通过复制网络将原网络中的检测单元扩充为两个，构造成孪生网络的结构，并在其输入端设置不同的初值向量。仿真结果表明，结构优化后的网络比原DetNet具有一定的性能提升。

• 一种基于拥塞等级划分的LTE-V资源碰撞避免机制

  王致远,刘留,樊圆圆,庄凌凡,刘美鹭

  为了降低车联网（Long Term Evolution-Vehicle to Everything，LTE-V）终端间的相互干扰并提升通信的可靠性，提出通过资源分配和拥塞控制来解决资源碰撞的问题。依据信道忙率（Channel Busy Ratio，CBR）划分拥塞等级，融合资源分配与拥塞控制提出相应的方案，形成资源碰撞避免机制。为了减少重选资源时发生的碰撞，提出了资源重选竞争退避机制以降低重选带来的不确定性；针对拥塞导致的碰撞，改变调制编码策略从而优化资源占用。仿真结果表明，与标准中基于感知的半持续调度（Semi-persistent Scheduling，SPS）相比，所提出的机制在传输距离为?300 m?时可以实现0.85以上的数据包投递率，有效减少资源碰撞，提升传输可靠性。

• 基于边缘计算的泵闸站数据处理任务分发机制研究

  李旭杰,臧振楠,孙颖,刘春燕,黄凤辰

  传统泵闸站系统采用的“端-主站”信息传输及处理体系容易导致网络堵塞以及时延的增加，而边缘计算可将泵闸站中大量实时的数据处理任务在终端或边缘端进行处理。分析了基于边缘计算的泵闸站数据处理任务分发机制，将其建模为混合整数非线性规划问题。为求解该问题，首先使用拉格朗日乘子法得到给定任务分发决策下的最佳计算资源分配，然后利用樽海鞘群算法（Salp Swarm Algorithm，SSA）得到优化计算资源下的任务分发决策，通过不断迭代寻找最优解。仿真结果表明，与其他算法相比，所提算法能有效减少任务处理总时延，提高泵闸站整体的性能。

• 基于改进压缩感知的宽带低压PLC系统脉冲噪声抑制算法

  袁一铭,申敏,徐勇军

  为解决宽带低压电力线通信(Power Line Communication,PLC)系统中脉冲噪声造成的通信性能不稳定、误比特率高的问题，针对正交频分复用的宽带低压PLC系统提出了一种改进压缩感知的脉冲噪声抑制算法，综合考虑了脉冲噪声恢复精度和时间复杂度去改进先验支撑集获取精度和压缩感知恢复步长。首先，利用改进的门限在接收端筛选出脉冲噪声的先验部分支撑集；其次，将频域的空子载波数据当作观测向量建立压缩感知方程，利用改进的稀疏度自适应匹配追踪算法恢复脉冲噪声；最后，通过减去恢复的脉冲噪声对接收信号进行抑制。仿真结果表明，与传统算法对比，所提算法具有较好的误比特率性能，并在较高信噪比时有更好的恢复性能。

• 基于分布式压缩感知的改进SOMP信道估计算法

  王宇,马秀荣,单云龙

  针对多径信道联合稀疏模型，基于分布式压缩感知理论提出了一种适用于正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）通信系统的改进同时正交匹配追踪（Simultaneous Orthogonal Matching Pursuit，SOMP）信道估计算法。该算法首先联合多个符号利用比较残差和的方式，在每次迭代中估计各符号信道响应公共支撑集与相应元素直到公共支撑集估计结束，然后对各符号信道响应非公共支撑集单独进行估计，最终得到多个符号的信道响应估计值。仿真结果表明，改进的SOMP算法在JSM-2模型下性能与传统的SOMP算法相近，在JSM-1模型下性能优于传统的SOMP算法与OMP算法。

• FBMC-OQAM系统定时同步改进算法

  沈麟,颜彪,刘为波,丁宇舟

  针对具有偏移正交幅度调制的滤波器组多载波（Filter Bank Multicarrier with Offset Quadrature Amplitude Modulation,FBMC-OQAM）系统中目前存在的定时同步算法问题，提出了一种改进的定时同步算法。该算法利用两个特殊设计的符号，将其连续通过FBMC-OQAM系统后在时域形成共轭对称特性的信号。与现有的算法相比，该算法增加了计算相关序列的长度，但减少了训练符号，还去除了高旁瓣带来的干扰。理论分析与仿真结果表明，改进算法具有更好的定时同步性能。

• 一种降低FBMC-OQAM系统PAPR的ASSABC-PTS算法

  秦雪莲,杨永立,邹鸿洋

  针对滤波器组多载波-偏移正交幅度调制技术(Filter Bank Multicarrier-Offset Quadrature Amplitude Modulation，FBMC-OQAM)存在峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)过高的问题，以及传统部分传输序列(Partial Transfer Sequence,PTS)算法对PAPR抑制效果不明显，提出了一种新的基于自适应搜索策略的人工蜂群部分传输序列算法(Adaptive Search Strategy Based Artifical Bee Colony PTS,ASSABC-PTS)。首先，根据FBMC-OQAM系统特性，利用传统PTS算法对系统进行初步优化，以降低FBMC-OQAM系统的PAPR；然后，针对PTS算法中存在的计算复杂度问题，引入人工蜂群(Artificial Bee Colony,ABC)算法进行优化；最后，在ABC算法中引入自适应搜索策略提升算法的局部寻优能力，加快ABC算法的收敛速度和搜索精度。仿真实验表明，ASSABC-PTS在有效降低系统算法复杂度的同时，也极大降低了FBMC-OQAM系统的峰均功率比。

• 4.9 GHz小型化集成相控阵天线设计

  陈锡聪,林福民,周冬跃,李红涛,王媛媛

  设计了一种相位控制和馈电一体化的8×8相控阵天线。将多路微带线功分器和移相器芯片集成于同一片电路板作为馈电网络并压合于阵列天线背面，形成了单端口馈电的64单元集成相控阵天线。该相控阵天线整体厚度仅?2.25 mm?，馈电端口至天线单元之间没有任何连接电缆，具有低剖面小型化和一体化的显著优点。电磁仿真结果显示，?4.9 GHz?的回波损耗小于?-25 dB?，最大增益为?22.5 dB?。此外，主极化和交叉极化隔离度为?30 dB?，主波束可实现-58°~62°平面扫描，具有较好的交叉极化和波束宽角域连续扫描特性，可应用于5G移动通信小型基站。

• X频段介质加载圆极化喇叭天线设计

  罗永愿,彭麟,廖欣

  设计了一款基于全介质极化器的X频段圆极化喇叭天线。该全介质极化器加载在线极化喇叭天线的前端，将线极化波转换为圆极化波，并有效辐射出去。同时，该全介质极化器还将天线的实测增益提高了约?2 dB?。天线的测试结果与仿真结果吻合较好。该天线在X频段（8~12 GHz）的实测?S???11?均小于?-10 dB?，实测轴比在X频段内均小于?3 dB?，表明该圆极化喇叭天线具有宽带高增益特性。并且，该全介质极化器使用3D打印技术制作，具有加工简便、成本低的优点。该天线可应用于雷达、跟踪制导、卫星通信系统等领域。