电讯技术杂志

电讯技术杂志2023年第7期

• 基于数据增强和特征嵌入的自动调制识别

  谭凯文,闫文君,宫跃,张婷婷

  基于端到端的深度学习模型已经被广泛应用于自动调制识别。现有的深度学习方案大多数依赖于丰富的样本分布，而大批量的标记训练集通常很难获得。提出了一种基于数据驱动和选择性核卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的自动调制识别框架。首先开发深度密集生成式对抗网络增强5种调制信号的原始数据集；其次选择平滑伪Wigner-Ville分布作为信号的时频表示，并将注意力模块用于聚焦时频图像分类中的差异区域；最后将真实信号输入轻量级卷积神经网络进行时间相关性提取，并融合信号的时频特征完成分类。实验结果表明，所提算法提高了在低信噪比情况下的识别精度，表现出较强的鲁棒性。

• 基于YOLOX的跳频信号检测

  刘人玮,李天昀,张浩庭,章昕亮,龚佩

  现有跳频信号检测算法大多针对固定参数的跳频信号检测，而面对可变参数的跳频信号检测时，其每跳时长及带宽的不确定性导致这些算法的适用性下降。为此，提出了一种基于YOLOX的跳频信号检测算法。该算法适用于固定参数跳频信号和可变参数跳频信号，判断跳频信号的存在性。首先将观测时间内的信号进行短时傅里叶变换获得灰度时频谱图；然后将时频谱图经过目标检测网络YOLOX，获得各个信号的预测框；最后根据跳频信号各跳点的时间连续性，筛选出跳频信号各个跳点，根据连续跳点个数判断跳频信号的存在性。对算法的检测流程进行了仿真，以验证算法的可行性。实验结果表明，该算法可以较好地完成盲检测任务，且能够通过增加较少的先验信息以提高检测性能。

• 复杂真实约束条件下的多星测控资源调度

  杨宇

  测控资源调度是卫星调度研究领域的关键问题之一，其在多星条件下面临着因约束信息来源不同、结构差异大、表达模糊而难以建立统一的约束模型，以及求调度问题的最优解是NP-hard的且不易得到较优解的问题。为此，首先将多星测控问题表达为组合优化模型，再将复杂的约束信息归纳为一套约束，最后提出了一种双层并行约束匹配算法求解问题。与用户现有算法对比，所提算法的周期测控调度成功率提升了9%左右，且可以处理更多约束信息类型。

• 面向Massive MIMO低轨卫星通信系统的鲁棒高效波束成形设计

  刘洋,李长青,李炯,武敏,冯璐

  以低轨卫星通信系统能量效率最大化为优化目标，重点研究鲁棒波束成形设计。假设卫星侧配备大规模多输入多输出技术，综合考虑传播延迟和多普勒频移造成的信道状态信息误差影响，在发射功率受限和用户服务质量约束下，提出了一种鲁棒高效的波束成形方案。考虑到遍历用户速率和遍历信干噪比都没有闭合表达式，采用具备闭合表达式的近似值代替，同时，采用半正定规划算法将非凸二次约束二次规划形式问题进行等价转换，并提出了一种联合二次变换分式规划和凹凸过程的内外两层嵌套迭代算法。最后，采用一种惩罚函数算法解决半正定规划算法中存在的秩1约束问题。仿真结果表明，所提算法性能优于传统算法，且鲁棒性较高。

• 一种利用小波降噪的卫星导航信号并行捕获算法

  林明达,王竹刚

  针对全球定位系统（Global Positioning System,GPS）接收机传统捕获算法计算复杂度高、捕获灵敏度低等缺点，提出了一种可降噪的简化并行码相位捕获（Noise Reduction for Simplified Parallel Code Phase Acquisition,NR-SPCA）算法。该算法通过对信号降采样，利用小波变换对二次采样信号作降噪处理，提高了捕获灵敏度；利用GPS信号和C/A码互相关的稀疏性，并行计算降噪后的信号的相关值，提高了运算效率。仿真结果表明，在90%概率捕获成功的前提下，NR-SPCA算法比传统的PCA算法信噪比低1 dB，运算效率提升了100%。该算法还可应用于航天探测、自动驾驶等领域。

• 基于深度学习的HARQ辅助空天地融合网络时延受限容量预测

  郭凇岐,安康,孙艺夫,施育鑫,朱勇刚,梁涛

  空天地融合网络（Satellite-Aerial-Terrestrial Integrated Network，SATIN）可以满足未来网络对全时全域全空通信和网络互联互通的需求。为了降低用户端传输时延并满足高频谱利用效率的要求，研究了基于深度学习的混合自动重复请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ）辅助的SATIN的时延受限容量（Delay-Limited Throughput，DLT）。为了提升性能预测效率和实时性，提出了基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）的性能预测方法，采用了一种去除池化层的改进CNN模型。预测结果表明，所提出的CNN预测结果较优，较Elman、BP等传统机器学习方法有更好的预测性能，其误差在10浮动，且预测时间较其他方法大幅度减少。

• 面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术

  周靖宇,童大鹏,杨斌

  针对航空通信电子系统测试中广泛存在的过程完备测试效率低、测试流程人为依赖、空地测试设计割裂等问题，提出了一种面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术。首先设计基于知识的协同自主测试架构，然后创新面向任务成功的测试逻辑生成与空地协同测试推理机技术，最后通过试验验证所提方法测试效率与自动化程度的提升。

• 机载系统综合状态监测与诊断架构设计及应用

  文佳,钱东,任震,梁天辰,陈擎宙

  针对高度综合化、模块化机载系统高安全、高可靠与易维护的需求，提出了基于“健康管理域”的综合状态监测与诊断架构，以解决多平台、多场景条件下多层次机载系统诊断要素综合集成难题。该架构针对机载系统高集成化电路设计特点，引入软件逻辑测试与异常检测模型，提出了通用模块、功能线程和总线网络的综合状态监测方法，可实现在不增加硬件开销的前提下提升机载系统在线健康感知能力；设计了松耦合、模块化的“健康管理域”，定义了通用的健康评估与诊断模型结构，提出了机理数据融合的多模型集成算法框架，解决了机载系统多平台诊断模型知识迁移与多场景差异化模型融合应用问题；开发了图形化的健康管理显控界面和面向对象的健康管理数据库，提升了健康管理系统的界面友好性与功能可扩展性。所提架构在飞机综合模块化机载任务系统上进行了应用，为状态监测与诊断子系统开发提供了指导。

• 分布式电磁频谱监测定位系统设计

  魏睿,张令召

  现代战争中，有效的电磁频谱管理是打赢电磁频谱战的关键。为提升电磁频谱管理能力，提出了分布式电磁频谱监测定位系统，采用分段射频采样方法进行全频带监测，同时采用Chan算法进行定位方程计算。系统具备电磁环境全频段实时监测能力，同时可以对威胁辐射源进行到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）高精度定位。开展了城市环境中的电台信号监测实验和海上作战场景中辐射源定位仿真验证，实验结果证明该系统能够实现对电磁信号的实时监测和精细化分析。系统整体定位误差小于100 m，重点区域定位误差小于35 m，能够实现辐射源的高精度定位。本系统能够满足电磁频谱管理的需求，对我国电磁频谱战系统的发展具有参考意义。

• 一种采用压缩协方差的无线电宽带频谱感知方法

  杨淑艳,董银锋

  为有效降低宽带频谱感知的观测时间和计算复杂度，提出了一种基于压缩协方差的无线电宽带频谱感知方法。首先，通过循环稀疏规则测量不同标记的距离，运用多陪集采样组代替奈奎斯特模数转换器，形成基于多陪集采样库的欠奈奎斯特采样结构；其次，构建压缩协方差频谱感知模型，运用频谱决策模块对输入样本进行处理，完成频谱分析；最后，通过Matlab生成测试信号数据，对所提频谱感知算法进行建模与性能分析。实验结果表明，所提方法能够将检测误差控制在有效范围内，且与传统频谱检测方法相比，所提方法在不同信噪比环境下具有更高的频谱检测水平度。

• 基于BSRes_SK_GRU的雷达信号调制样式识别

  刘玉欣,田润澜,任琳,孙亮

  针对基于图像识别的雷达信号调制样式识别方法生成图像耗时长，收敛速度慢，且在低信噪比条件下识别准确率低的问题，提出了一种新的雷达信号调制样式识别模型。此模型将雷达信号时间序列经简单预处理后直接作为网络输入，避免了将信号转换为图像的复杂过程；网络能够自主提取雷达信号空间和时间两个方面特征，完善了特征提取的方式；同时，对网络结构进行了优化，并引入了选择性核网络，以获取特征在不同尺度上的重要信息。实验结果表明，此模型在低信噪比条件下具有较快的训练速度和较高的识别准确率。

• 基于Zadoff-Chu序列的频控阵稳健波束成形方法

  倪大冬

  不同于传统相控阵，频控阵（Frequency Diverse Array，FDA）在所有阵元间引入频率偏差，可以生成具有精准指向特性的点状辐射方向图，有效克服传统相控阵方位角相关性导致的接收方向射频信号安全性下降的问题。作为与传统相控阵的本质区别，FDA阵元频偏设置直接影响FDA辐射方向图的形状。为了生成理想的点状方向图，提出了一种Zadoff-Chu FDA（ZC-FDA）稳健波束成形方案，利用Zadoff-Chu序列调整阵元频偏，消除FDA辐射方向图周期性，抑制距离-方位角耦合性。与现有FDA系统相比，ZC-FDA方案在理想点状辐射方向图生成和波束旁瓣水平抑制方面具有明显优势。

• 非理想信道状态信息下RIS辅助的安全通信

  李萌,孙艺夫,安康,牛和昊,朱勇刚,李程,关东方

  利用可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)辅助无线发射机，可提高多用户无线网络的安全传输能力。在非理想信道状态信息(Channel State Information，CSI)下提出了鲁棒波束形成优化方法来提高系统对抗干扰和窃听攻击的能力。具体地，使用RIS辅助发射机，对RIS的相位波束形成和基站的传输功率进行联合优化，在分别满足有界CSI的最坏情况速率约束和统计CSI的速率中断概率约束来最小化系统的总传输功率。由于存在CSI误差，针对有界CSI和统计CSI误差约束，分别利用S-procedure来松弛保密速率约束和大偏差不等式（Large Deviation Inequality，LDI）来松弛保密速率中断概率约束。仿真结果表明,相比于无源反射法和传统波束形成方案，该方法可分别降低约88%和93%总传输功率，同时提高约15 dBm和12 dBm的干扰容限。

• 基于低信息泄露协商算法的无线信道密钥生成方案

  邱睿,谢顺钦,范靖,解楠,杨晨

  针对无线信道生成密钥方法在信息协商中的信息泄露问题，提出了低信息泄露Cascade算法。通过构造传统Cascade协商过程的密钥协商过程矩阵，推导了合法用户所得密钥中安全的信息量，改进了Cascade算法；结合符号定时同步预处理以及高精度参数估计得到了一个完整的密钥生成方案。基于实测数据的分析结果表明，符号定时同步预处理能有效降低初始密钥不一致率；在协商成功率、密钥生成速率、密钥随机性、安全性等方面，低信息泄露Cascade协商算法与传统Cascade算法相比综合性能更优。

• 一种基于实例语义图的屏幕反窃照识别算法

  陶冠宏,范振军

  目前防窃照技术手段主要依靠图像采集设备实时采集视频流，对拍照行为进行识别检测，但受复杂环境影响，现有识别方法存在精确度低、实时性差等问题。针对上述问题，提出了一种基于实例语义图的屏幕反窃照识别算法。该算法首先通过图像分割模型U-Net提取原图像的显著视觉目标后生成实例语义图，然后通过微调单阶段的目标检测模型YOLO-v5实现对语义图中感兴趣对象的目标检测，最后通过设计的基于Inception-ResNet的拍照识别二分类模型实现对屏幕窃照行为的识别。实验结果表明，该算法在实际场景下的平均识别准确率达到95%以上。

• 一种多因素多模型选择的航迹关联算法

  王贤圆,吴元,赖作镁

  针对模糊综合判决中同一因素和合成运算模型无法适用于所有评价等级的问题，提出了一种基于多因素多模型选择的模糊综合决策航迹关联算法。该算法在多因素模糊综合决策的基础上，分析各因素的关联特性和合成运算模型在不同评价中的适用性，通过多因素定向选择和多元合成运算模型对关联隶属度进行计算，生成航迹关联结果。仿真实验表明，在密集目标环境下，该方法具有良好关联性能，平均正确关联率达到77.70%，比传统多因素模糊综合判决方法高3.86%。

• 水下传感器网络目标跟踪时的非短视比特优化分配算法

  田盛凯,张贞凯

  由于水下传感器网络(Underwater Sensor Network,USN)的能量、带宽有限，传输原始量测数据前需要进行量化处理。面向目标跟踪，在传输比特数据量的约束下，提出了非短视量化比特分配算法。首先，推导了量化量测下的条件后验克拉美罗下界，并将其设为优化目标，建立了比特分配优化模型。在此基础上，提出了一种双层近似动态规划的算法来实现比特分配的优化，在所设时间窗内利用第一层近似动态规划分配各个时刻的比特，并利用第二层近似动态规划在各分支上实现水下传感器节点的比特分配，进一步提升了计算效率。仿真结果表明，所提算法在满足实时性的要求下具有更稳定的跟踪性能。

• 一种改进的麻雀搜索天线选择算法

  苏佳,杨志华,侯卫民

  为解决麻雀搜索算法在多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)系统中进行天线选择时，存在过早收敛导致系统容量非最优的问题，提出了一种改进的麻雀搜索天线选择算法。该算法首先结合01规划推导出信道容量函数，将其作为适应度函数。在天线选择子集寻优过程中，通过引入自适应变异，有效增加了个体变化的多样性。最后将禁忌搜索算法融入到算法中，并加速算法收敛。仿真结果表明，改进的麻雀搜索天线选择算法能够有效降低MIMO系统进行天线选择时的运算复杂度，在保证收敛速度的同时，最终得到的系统信道容量趋近于最优算法。

• MIMO干扰对齐中低CSI开销和时延的反馈拓扑设计

  靳进,赵亚楠,陈省伟

  干扰对齐实施过程中所需的大量反馈开销严重制约了其实际应用。反馈拓扑能够有效降低干扰对齐的信道状态信息（Channel State Information，CSI）获取开销。针对K用户多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）干扰信道，为了在低时延下进一步降低反馈拓扑的CSI开销，在用户数目相对较多的情况下（K≥6）提出了一种新的反馈拓扑结构。相比现有7种反馈拓扑中CSI开销最低的方案，所提反馈拓扑仅需其一半的时隙数目且在K≥7时具有更低的CSI开销。分析表明所提反馈拓扑能够实现CSI开销降低和时延缩减之间的有效折中。

• 矩形窗正交时频空检测算法

  史梁,袁正道,蔡豪,赵恒,刘飞,周震

  针对正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）调制系统采用矩形窗函数时，信道矩阵结构复杂导致的鲁棒性差的问题，提出了一种基于时域处理和酉近似消息传递的检测算法。该算法首先添加循环前缀，将时域信道转换为分块对角矩阵；然后应用酉变换和近似消息传递建立迭代检测算法。仿真结果表明，所提检测算法能够在不增加复杂度的条件下有效提升检测精度和鲁棒性，特别是存在信道编码的条件下表现出?2 dB?的性能增益，使得该算法更适用于杂散多径、高速移动等环境，具有较高的应用价值。

• 基于人工蛛网网络的自适应载波侦听多路访问协议

  吴笛,白桦,王正用,王韬樾,林斌,褚如旭

  低压电力线通信（Low Voltage Power Line Carrier Communication,LVPLC）的介质访问控制（Medium Access Control,MAC）协议是影响网络吞吐量的重要因素。针对LVPLC精确人工蛛网网络中由于非对称PLC信道影响而导致吞吐量相对较低的问题，改进了已有的p-载波侦听多路访问协议（p-persistent Carrier Sense Multiple Access,p-CSMA），提出了一种自适应载波侦听多路访问（Adaptive Carrier Sense Multiple Access,ACSMA）协议来优化有限负载下的吞吐量。该协议可通过动态调整概率，降低了数据包的冲突概率，优化了电力线信道的传输状态，最大限度地提高了吞吐量。仿真实验结果表明，ACSMA显著提升了多种通信状态下的吞吐量。

• FMQL45T900平台千兆以太网三层交换功能实现

  刘台,郭冬,高超,尤咏国,边康龙

  随着以太网通信技术的发展，局域网子网间的通信业务增长迅速，而适用于子网间数据通信的传统路由器因为其转发速度慢、用户配置复杂等缺点，难以满足当前大量跨子网以及虚拟局域网之间通信数据量的需求。基于片上系统(System-on-Chip,SoC)平台FMQL45T900型号的FPGA芯片，采用VHDL硬件描述语言,自主研发了12端口的千兆以太网三层交换功能，并已在相应的硬件平台上进行了功能验证和性能测试。实验结果表明，基于固定长度链表的哈希查找方式实现简单、查找高效、复杂度低，该研究成果可在某些需要进行数据灵活交换的特殊的场景下进行应用。

• 毫米波相控阵封装天线电磁兼容仿真分析与设计

  李雪莲

  提出了一种毫米波相控阵封装天线的建模方法，通过商业仿真软件搭建了相控阵封装天线集数字、模拟和射频于一体的系统级仿真模型。基于此模型，分析了毫米波相控阵封装天线典型电磁兼容问题机理。此外，提出了相控阵封装天线电磁兼容设计的基本原则。原理样机试验和装机试飞验证了所提出的电磁兼容建模、仿真、分析和设计方法的有效性与正确性。

• 基于深度学习的图像去雾算法研究进展

  李雅,王烈,滕思航,崔利娟,蓝峥杰

  图像是信息的重要承载形式。雾霾的出现降低了图像采集设备采集到的图像质量，容易出现色彩暗淡、对比度和饱和度降低、细节信息丢失等问题，直接影响了有用信息的表达和利用。目前对图像去雾的研究多采用深度学习的方法，卷积神经网络代替了人工特征提取方式，取得了优于传统算法的去雾效果，但普遍存在着对真实世界雾霾图像和清晰图像对的依赖。无监督学习的方法带来了新的解决思路。从监督学习和无监督学习的角度对有代表性的深度学习图像去雾算法进行分类，归纳了常用的数据集、评价指标，概括分析了有影响力的去雾模型的核心思想，总结了各算法的优缺点和适用场景。针对目前工作存在的不足，探索了下一步研究的方向。