电讯技术杂志

电讯技术杂志2023年第9期

• 基于迁移集成学习的无人机图像识别算法

  程千顷,王红军,丁希成,陈璐

  针对当前小型无人机目标图像识别方法准确率较低的问题，提出了一种基于迁移集成学习的无人机图像识别算法。首先，基于AlexNet、VGGNet-19、Inception-V3以及ResNet-50四种结构具有差异的卷积神经网络对源数据集进行预训练，获取图像的深层次特征；然后，对目标数据集进行迁移学习，得到目标的分类特征，构建分类模型；之后，采用相对多数投票法和加权平均法的集成学习方法，对分类模型进行集成得到迁移集成模型。构建了一个包含小型无人机图像、飞鸟图像以及直升机图像的图像数据集UavNet，在对数据集进行数据增强的基础上开展了图像识别算法性能实验，结果表明，算法对多类目标的识别准确率为99.42%，无人机类目标识别的F1-score指标为99.12%，优于主流的卷积神经网络方法和传统的支持向量机方法，具有一定的理论意义和应用价值。

• 智能反射面辅助多用户大规模MIMO系统的联合波束成形

  陈晓,黄岩松,施建锋,邓睿翔

  智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）作为面向第6代通信的关键技术之一具有创新、高效、节能和成本效益高等特点，但其联合波束成形设计为非凸优化问题，仍然是具有挑战的难题。为此，提出了一种用于IRS辅助多用户大规模多输入多输出系统的联合波束成形设计方案，以实现系统数据速率最大化。该方案在基站端采用迫零波束成形以消除用户间干扰，同时在IRS端设计了近最优反射波束成形以实现系统和数据速率最大化。仿真结果表明,该方案可获得较高的系统和数据速率，也为IRS位置布局的选择提供了数据支持与参考准则。

• 复杂交通环境下多层交叉融合多目标检测

  李翠锦,瞿中

  针对目前复杂交通环境下还存在多目标检测精度和速度不高等问题，以特征金字塔网络(Feature Pyramid Network,FPN)为基础，提出了一种多层融合多目标检测与识别算法，以提高目标检测精度和网络泛化能力。首先，采用ResNet101的五层架构将空间分辨率上采样2倍构建自上而下的特征图，按照元素相加的方式将上采样图和自下而上的特征图合并，并构建一个融合高层语义信息与低层几何信息的特征层；然后，根据BBox回归存在训练样本不平衡问题，选择Efficient IOU Loss损失函数并结合Focal Loss提出一种改进Focal EIOU Loss；最后，充分考虑复杂交通环境下的实际情况，进行人工标注混合数据集进行训练。该模型在KITTI测试集上的平均检测精度和速度比FPN分别提升了2.4%和5 frame/s,在Cityscale测试集上平均检测精度和速度比FPN提升了1.9%和4 frame/s。

• 基于随机共振和信息几何的协作频谱感知方法

  何静,王永华,万频

  为提高频谱感知系统在低信噪比环境下对微弱信号的感知性能，提出了一种基于随机共振技术和信息几何理论的频谱感知方法。首先通过随机共振技术增强输入信号的能量，以提高感知信号的信噪比。然后，基于信息几何理论将信号矩阵的协方差矩阵对应成流形上的点，并计算流形上样本点之间的散度距离作为感知信号的特征数据。最后，采用BP神经网络对信号特征数据进行分类，有效避免了决策阈值的计算，快速实现了频谱决策。仿真实验证明，所提方法在低信噪比条件下具有更好的感知性能，有效提高了复杂环境下的频谱检测概率。

• 民航空地通信中的多链路数据分配算法

  余翔,程士龙,段思睿,王子怡

  针对民航空地通信数据丢失率高、吞吐量低问题，提出了一种基于丢包感知负载均衡(Packet Loss-Aware Load Balancing)的分配算法。在空地多链路通信中，每条链路的数据损失率随着链路状态与传输环境等情况实时变化。该算法通过控制每次空地通信中数据流的分割比率，动态分配给每条链路不同大小的数据流，使每条链路的传输损失率趋于相近，提高了空地通信系统吞吐量并减少了数据传输损失，以应对空地通信中丢包率高与吞吐量低等问题。仿真结果表明，所提算法在数据传输损失率和吞吐量上都优于现有的多链路子流分配算法。

• 基于微波光子的宽带数据接收系统设计与验证

  杨海峰,仇三山,柴霖,李婷,肖小兵,刘田

  针对高速数据接收系统中传统电扫阵列瞬时带宽受限、数传速率难以进一步提升等问题，采用基于微波光子的“阵元移相+子阵真时延”光电协同多波束形成方法，利用光学真延时技术设计了Ka频段8通道二维扫描光电混合波束形成系统，通过稀疏设计进一步降低了系统复杂度。研制了单子阵64阵元规模的高速数据接收系统原理样机并进行了测试，结果表明在25.35~27.1 GHz 工作频段无线信道条件下，阵列扫描范围为±40°，可同时形成8个波束；在QPSK数传体制下接收速率达1.5 Gb/s，误码率小于等于1×10-7,误差矢量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)指标优于3%。相关工作可为多波束和大带宽的高速数据接收设备等提供技术支撑与参考。

• 一种基于先验信息的中高轨卫星遥测任务资源调度方法

  王官龙,宋建国,陈慧伟,范志勇,侯光华

  中高轨卫星测控需求的特性导致遥测数据接收任务占用了绝大部分设备跟踪时长，但遥测任务的资源调度问题的相比遥控和测轨复杂性更高，使得其资源调度算法的自动化水平一直不高。根据中高轨卫星遥测数据接收任务需求和我国测控站布站情况，设计了一种基于先验信息的中高轨卫星遥测任务资源调度算法。该算法以中高轨卫星遥测任务需求整体满足率最大和算法复杂度最低为设计目标，以人工安排中高轨遥测任务测控工作计划积累的有益经验作为先验信息，赋予中高轨卫星遥测任务可行解优先级使用值。通过实际数据仿真分析，该算法极大缩小了中高轨卫星遥测任务可行解空间规模，有效提高了资源调度效率，资源满足率达到99.7%以上，遥测单收设备使用率超过97.7%，为卫星资源调度算法设计提供了参考。

• 基于远程监控的测控设备深度自动化系统设计

  吴涛,高惠荔,陈军超,任勃

  随着自动化运行的测控设备不断增多和长管任务的日益繁重，目前远程监控中心的测控设备自动化运行方式已渐渐不能满足任务的需求。针对远程监控中心测控设备自动化运行现状，分析了其存在的问题，提出了远程监控中心测控设备深度自动化运行需求，给出了深度自动化系统建设方案，为远程监控中心测控设备深度自动化建设提供了理论依据。

• 自监督双流融合的小样本雷达辐射源识别方法

  郑博元,丛迅超,胡超,陈杰梅

  针对实际场景中辐射源数据稀缺造成的小样本问题，提出了一种基于自监督和双流融合的小样本雷达辐射源识别方法。首先利用高斯分布噪声、莱斯多径衰落、设计时钟偏移信号等减损方法，基于有限数量的真实样本构建类均衡辐射源信号样本集。基于增强数据集，提出一种信号时间序列与时频图的双流特征融合模型。采用对比学习方法构建双流特征融合模型的自监督上游任务，以提升在有限标签数据情况下信号多域特征的表征能力与泛化能力。实验结果证明，该方法在小样本条件下能够有效地实现较好的辐射源类型识别能力，在目标域每个类别100个样本限制下，识别精度达到97.1%，与传统一维特征方法和基于长短期记忆(Long Short Term Memory，LSTM)的方法相比均有较大提升。

• 一种基于改进谱聚类的雷达信号分选算法

  王易丽,杨宇明

  针对雷达信号分选中辐射源数目不确定、脉冲数据分布形式复杂、对噪声影响敏感等问题，提出了一种基于改进谱聚类联合数据场理论的聚类分选算法。该算法首先利用数据场理论对数据进行预处理，根据势值大小实现干扰点的去除，并利用势心的数目确定初始聚类数，然后再利用网格密度划分得到合理的地标点，最后再基于地标稀疏表示的谱聚类算法完成聚类分选。通过设置两组类型不同的脉冲信号数据进行仿真实验，分选正确率均达到95%以上，验证了该算法具有较高准确率和鲁棒性。

• 针对相干信号DOA估计的改进MUSIC算法

  吴志勇,饶伟,贾凤勤

  针对相干信号波达方向（Direction of Arrival，DOA）估计，提出了一种改进的多重信号分类（Multiple Signal Classification，MUSIC）算法。首先，利用信号协方差矩阵的两个最大特征值所对应的特征向量，构造出两个Toeplitz矩阵；然后，利用前后向空间平滑思想得到这两个矩阵的无偏估计并求和；最后，利用MUSIC算法从中估计出相干信号DOA。和已有方法相比，该方法无需损失阵列孔径且具有更优的DOA估计性能。

• 一种空基雷达高速微弱机动目标信号相参积累方法

  刘添豪,尧泽昆,陈曦,施庆展,张晓发,袁乃昌

  通过分析空基雷达对空目标检测时的简化运动模型，提出了一种基于时频反转互相关的方法来同时校正奇数次运动项带来的距离徙动和偶数次运动项带来的多普勒徙动。对于急动度较大的三阶运动模型，在此方法的基础上进一步提出了对称时移双重自相关处理的方法来估计得到急动度信息，通过其构建补偿函数来消除急动度带来的多普勒扩散。该方法无需进行参数搜索，计算量较小，可以适用高阶运动模型，实验验证积累效果较好。算法具有较好的工程应用前景，可推广应用到其他高速飞行器低可检测性场景下雷达回波信号的检测。

• 软件定义无人机自组网快速一致性更新机制

  任智,周佳琦

  为了解决软件定义无人机自组网（Software-defined Unmanned Aerial Vehicle Ad Hoc Network,SDUANET）中转发黑洞和更新轮次问题，提出了一种软件定义无人机自组网快速一致性更新机制（Software-defined Unmanned Aerial Vehicle Ad Hoc Network Fast Consistent Update Mechanism,SDUANET-FCU）。新机制首先对节点进行分类操作，对可能会导致转发黑洞的发送操作进行约束；其次，针对含有两个规则的节点提出一种基于混合规则的两轮一致性更新策略；最后，将计算得出的Flow-mod发送顺序整合到两轮更新顺序中。仿真结果表明，在软件定义无人机自组网场景下，相比于现有的软件定义网络（Software Defined Network,SDN）更新方法，SDUANET-FCU降低了转发黑洞的概率和控制消息的数量，减少了平均更新轮次。

• 一种引入积分修正的二维信息大数逻辑LDPC译码算法

  黎相成,黄绎珲,莫莉歆,李光荣,杜立婵

  为了解决基于可靠度的迭代大数逻辑译码(Modified Reliability-based Iterative Majority Logic Decoding,MRBI-MLGD)算法的错误平层问题，提出了一种基于大数逻辑的低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)译码算法。所提算法在译码函数中引入积分修正项，实现了基于二维信息修正的译码策略，可有效降低错误平层。此外，与基于二元译码信息的的迭代大数逻辑译码(Binary Message Majority Logic Decoding,BM-MLGD)算法不一样，所提算法可适用于不同列重的LDPC码。仿真结果表明，所提译码算法在整个工作信噪比区间内都具有稳定的译码性能，表现出更好的普适性和鲁棒性。

• 智能反射面辅助广义空间调制性能分析

  刘凤麟,李方伟,王明月

  将智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）技术引入索引调制（Index Modulation,IM）技术领域，可在保留各自优势的同时提高系统可靠性并实现高频谱效率。但现有方案在每时隙内仅激活一根天线，使得天线的利用率降低，且单天线激活时若想要进一步提高系统传输速率只能成倍增大发射天线数或提高调制阶数，从而影响系统性能。针对这一问题，提出了IRS辅助广义空间调制（Generalized Spatial Modulation，GSM）相关技术的方案，在发射端激活多根天线，使得在单位时间内相同天线数时每时隙传输的比特数增加。计算了该方案理论误码率上界，通过仿真验证了理论推导的正确性。

• 双混沌自同步流密码算法的设计与应用

  李宏,张子睿,陈平

  视频在网络传输过程中需要利用密码进行加密以获得数据的保密性。针对视频存在数据量大和实时性强的特点，提出了一种双混沌自同步流密码算法，以提升加密视频的安全性能和加密效率。密码算法由两个离散时间混沌系统构成：首先，采用混沌反控制方法设计两个三维离散时间混沌系统；然后，将第一个混沌系统的状态变量作为第二个混沌系统的反控制器；最后，将第二个混沌系统迭代产生的状态变量与明文信息进行加密操作。该算法能够有效抵御选择密文攻击与分别征服攻击，具备良好的安全性能。实验测试表明，算法能够达到每秒25帧以上的实时性能，具有良好的加密效率。

• 基于端口互动模式的入侵检测模型

  徐科兵,陈赞波,邹翔,王则扬,王韬樾

  针对链路层的海量高速数据流、信息易被伪装、较小异常流量占比等特征，提出了一种基于端口互动模式量化模型的入侵检测模型。为提高入侵检测模型的精度和效率，提出了一种从初始流量中获取流量特征的新方法，并重点探讨如何以流量到达时间分布作为一维特征。使用相空间重构、可视化等方法证明了模型的有效性，并进一步根据长会话和短会话各自的特征设计了基于卷积层和长短时记忆层的改进神经网络，用以挖掘正常和异常流量端口互动模式之间的差异。在此基础上，设计了多模型评分机制下的改进入侵检测算法，对模型空间内的会话进行流量分类。所提出的量化模型和改进算法在提高计算效率的同时，能够有效避免伪装身份信息的情况，降低神经网络训练成本，提升小样本异常检测精度。

• 基于字典尺度自适应学习的欠定盲语音重构算法

  李嘉新,魏爽,俞守庚,刘睿

  针对欠定盲语音分离传统字典学习算法不能优化字典尺寸的问题，提出了一种尺度自适应同步码字优化（Scale Adaptive Simultaneous Codeword Optimization,SASimCO）算法。设计了一种迭代调整字典尺寸的自适应字典学习策略，将训练的字典用于语音盲分离中，以提高语音源信号的恢复性能。所提算法依据设计的候选矩阵，计算候选矩阵中的原子重要性，按照原子重要性准则对字典进行添加与删除原子操作，最后迭代训练得到一个稀疏表示误差最优的字典，用于语音源信号的恢复。使用SiSEC(Signal Separation Evaluation Campaign)数据集对所提算法进行的仿真实验表明，相较于传统字典学习算法，所提算法提高了1~3 dB语音源分离性能，证明了该算法的优势。

• 面向CAN总线健壮性的形式化建模与验证

  王一华,周晴,胡婉如,杜家昊

  为评估控制器局域网络（Controller Area Network,CAN）攻击者入侵风险的影响，增强CAN总线设计的健壮性，提出了一种基于UPPAAL SMC的CAN总线健壮性验证方案。该方案首先针对嵌入式软件系统需求对CAN总线数据链路层与应用层进行形式化建模，采用模型检测技术对总线控制、收发、仲裁、应用层等功能进行仿真；其次使用攻击报文对CAN总线系统抗攻击性能进行验证与分析，开发人员可根据验证结果改进软件需求参数指标。实验结果表明，参数优化后，在总线被攻击情况下节点传输的准确率保持在75%以上，应答正确率可提升12.4%，加强了总线抗攻击能力。该方法为嵌入式软件通信总线系统设计的合理性提供了理论指导，规避开发后期的风险，可广泛应用于通信总线安全性能验证领域。

• 一种有载频超宽带脉冲源设计

  毕煜,谢义方

  针对无载频脉冲低频分量大、辐射效率低、频带可调性差等问题，设计了一种以阶跃恢复二极管、D触发器及超宽带调制器为主的宽频带、高重复频率、低振铃水平的有载频超宽带脉冲源。该脉冲源电路由驱动电路、高速开关电路、整形电路、超宽带调制器及振荡器电路组成。实测结果表明，脉冲源输出脉冲信号重复频率可达125 MHz，脉冲宽度600 ps（底宽），脉冲振铃水平低于10%，峰-峰值为5.4 V，-10 dB带宽可达4.2 GHz。脉冲信号中心频率与载频相同，可在6.6~8.5 GHz之间灵活设置。利用所设计的脉冲源进行时域测量，其结果与矢量网络分析仪频域测量结果相比幅频特性均方根误差小于0.21 dB。该脉冲源可应用于超宽带时域测量、短距离高速无线通信、高精度室内定位等应用。

• 一种毫米波宽带宽波束双极化微带天线

  姜兴,刘耀,李晓峰,廖欣

  针对宽波束天线在5G毫米波宽角扫描阵列的应用，设计了一款基于接地金属柱的毫米波双极化微带天线单元。该天线具有低剖面、宽带、宽波束等优点。天线采用双“H”型缝隙耦合馈电，通过寄生贴片与开槽基板共同辐射展宽波束宽度，通过调节接地金属柱结构改变输入阻抗展宽阻抗带宽。实测结果表明，该天线的3 dB波束宽度在24.5~27.5 GHz的频带内（电压驻波比小于1.8）均大于130°，交叉极化比大于18 dB，两个端口之间的隔离度在频带内均高于26 dB。测试结果与仿真结果吻合较好。

• 胚胎电子系统技术在航天电子装备中的应用

  王涛,李泽西,陈学军,王戈,刘军锋,邓德鑫,孟海涛

  针对在轨航天器和地面测运控系统运行高可靠长寿命的迫切需求，引入胚胎电子系统仿生自修复技术，为高可靠性航天电子装备设计提供一种新思路。分析了航天电子装备面临的主要问题与现有冗余容错技术存在的不足，介绍了胚胎电子系统仿生自修复技术，从硬件资源消耗、可修复故障类型、修复时间等方面对比了胚胎电子系统仿生自修复技术与典型冗余容错技术的优缺点。结合胚胎电子系统仿生自修复技术的优势，分析了其在航天电子装备中的应用方向与面临的挑战，为高可靠航天电子装备设计研究提供参考。

• 北约敌我识别现状与发展趋势

  朱倪瑶

  敌我识别是避免战场误伤的重要手段之一。出于多国联合作战中避免战场误伤的考虑，北约各国十分重视敌我识别技术与装备的发展。按照不同的技术体制，介绍了北约MARK XIIA敌我识别系统、战场目标识别系统、多体制单兵敌我识别系统的发展现状，包括系统特点、工作机理和指标对比。结合北约近些年的装备发展，指出北约重视敌我识别体系能力建设，并正在推动敌我识别系统向着高性能、综合化、集成化、小型化、智能化、网络化、无人化发展。最后，讨论了敌我识别后续发展重点及对我军敌我识别领域发展和联合作战运用的借鉴意义。