电讯技术杂志

电讯技术杂志2024年第9期

• 基于动态联盟的无人机集群协同干扰方法

  姚昌华,万中妨,张建照,李家强,陈金立

  针对无人机集群对多个异构电磁目标进行协同干扰时面临的多智能体协同学习决策问题，提出了基于动态联盟的无人机集群协同干扰方法。运用马尔可夫决策对协同干扰进行建模，构建干扰联盟博弈模型，优化集群干扰中的频率和功率联合决策以及干扰资源的动态调配，实现对多个用频模式不同、压制功率需求不同的电磁目标进行干扰的系统效能优化。首先，利用协同强化学习算法对任务目标的信道决策进行学习，联盟内无人机协同干扰；然后，根据干扰效果进行干扰联盟结构的动态调整。所提算法可从强化学习进程中根据干扰效能的差异动态调整干扰资源，并能适应目标功率的变化，相同场景下，系统干扰效能值较基线算法提升约12.5%。

• 稀疏正则驱动的超分辨SAR图像重建

  杨磊,连文慧,陈思佳,刘丛,宋安娜,高斌

  由于数据特性和散斑噪声影响，合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）成像在传统数据驱动应用中存在瓶颈，特征可解释性弱。同时单纯模型驱动方法难以对复杂问题进行建模，灵活性差。针对上述问题，提出了一种稀疏正则驱动的超分辨SAR成像目标重建网络（SAR Target Reconstruction Network，SAR-TR-Net）。针对目标重建任务，从成像角度建模，将SAR复图像数据以及回波复数据引入模型驱动框架。然而SAR成像的信号处理过程包含矩阵乘法运算，并且成像模型中的观测矩阵也不能进行近似。为了适应成像模型的特殊性，设计了一种基于矩阵乘法约束的稀疏驱动框架，指导网络结构设计以实现数据模型双驱动的SAR图像重建。同时，在SAR-TR-Net卷积层采用交叉卷积结构保留原始SAR相位历程，提升了对复数据的特征提取能力。仿真和实测SAR数据验证结果表明，所提方法在目标杂波比、图像熵等量化指标上可以与成熟的模型驱动方法比拟，且在运行时间方面表现出色。

• 基于Attention-Inception网络集成的雷达HRRP序列目标识别方法

  方梦瑶,张贞凯,李汪华

  传统的雷达高分辨距离像（High Resolution Range Profile,HRRP）序列识别方法依赖于人工提取特征，并且在使用现有的经典深度学习方法识别小数据集时存在梯度消失和过拟合问题，导致收敛速度慢，识别率低。针对上述问题，提出了一种基于注意力机制的集成Inception网络模型，通过集成Attention-Inception单分支网络，实现了HRRP序列更深层次特征的提取；通过对模型的损失函数加入L2正则化，缓解小数据集在集成网络中的过拟合问题；利用InceptionⅠ和InceptionⅡ结构提取HRRP序列多尺度特征，并引入注意力机制计算特征序列的分配权重；加入残差结构，减缓了集成网络梯度消失问题。在预处理后的HRRP序列上进行实验结果表明，所提方法的目标识别率达到93.3%，并且与未去除噪声的HRRP序列相比目标识别率提高了14.67%。

• 结合机器学习的无人机自主对接过程的目标识别定位

  姚垚,李军府,胡志勇,艾俊强

  针对无人机空中自主对接时，软式锥套受尾流场和牵引力强位置约束、锥套传递力等因素导致拖曳锥套运动复杂而存在扰动、鞭打等干扰的问题，提出一种基于机器视觉的单目视觉自主实时识别与定位方法，通过特征提取与分类器分类进行目标检测与识别，分阶段对无人机和靶标关键点进行实时相对位置测量。在机载探测与计算平台实验进行系统应用验证，完成了机动锥套自主对接地面实验，结果表明目标检测精度可达90%，平均响应帧率可达41.322 Hz，定位误差可达厘米量级，证明了所提的软式机动锥套空中自主对接方法的有效性。

• 一种基于互信息神经估计改进的未知信道端到端通信系统

  安永丽,方斌,刘劲芸,纪占林

  针对端到端通信系统在信道未知时通过使用生成对抗网络（Generative Adversarial Network，GAN）表示信道效应而产生的梯度消失和过拟合问题，提出了一种通过互信息作为正则化项的改进方案。通过互信息神经估计器（Mutual Information Neural Estimator，MINE）计算发射信号与接收信号的互信息并由此作为正则化项来提高模型的泛化能力，从而缓解过拟合问题，而其中产生的额外梯度可以缓解梯度消失问题，从而提高了模型的学习性能。从仿真结果来看，改进后的方案表现出了更好的鲁棒性，并且在加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise，AWGN）信道、瑞利衰落信道上获得了更好的误比特率性能。此外，在频率选择性信道上，改进后的方案获得了1 dB左右误比特率性能的改善。

• 基于多时间特征融合网络的ADS-B实采信号分离

  王文益,袁梦

  不同于以往单天线广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)信号分离中利用仿真的ADS-B信号制作数据集，将单天线接收的真实飞机发射的ADS-B原始信号通过调整信号起始时间以及功率并人为增加噪声来制作数据集。为了提高信号分离的时域波形精度，提出一种多分辨率多时间特征融合重采样(Multi-Temporal fusion Resampling of Multi-Resolution Features,MTRM-RF)网络，通过卷积将信号转化成不同采样率的信号并分别使用多层堆叠逐渐膨胀的一维卷积提取不同时间间隔的特征，以获得更多的时间信息。对多种基于深度学习的语音分离网络进行比较发现，MTRM-RF网络能够有效地融合ADS-B信号的不同采样率、不同时间间隔采样点的特征进行训练。并且随着训练集数据量的增加，分离信号的平均解码正确率达到88.39%，证明该网络可有效分离单天线实采的ADS-B交织信号。

• 一种融合注意力机制与边缘计算的遥感影像车辆检测算法

  董亮,王泉兴,朱磊

  针对遥感影像目标检测任务中存在的背景复杂、小目标检测困难、大尺寸影像导致的检测效率低等问题，提出了一种融合注意力机制与边缘计算的遥感影像车辆检测算法。首先在YOLOv5的主干网络中引入多维协作注意机制(Multidimensional Collaborative Attention，MCA)，然后提出多分支卷积模块替换特征融合网络中的CBL模块，最后将训练的网络权重部署到Atlas 200开发者套件(Developer Kit，DK）边缘计算设备。在UCAS-AOD数据集上进行模型验证与对比，实验结果表明，该网络模型在复杂环境下对车辆的检测精度达到94.9%，较YOLOv5提升 8.2%；网络部署到边缘设备后速度较GPU设备提升258%。同时，该方法也可以扩展应用到其他遥感影像目标检测任务中，为相关领域提供了一种高效、准确的检测方法。

• 多连接结构的大规模MIMO混合预编码

  张雷,向博,曾琦

  为在大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统中更灵活利用空间资源以提升频谱效率，提出了一种基于多连接结构的低复杂度混合预编码方案。该方案允许每个射频链路连接的天线存在交集。进一步，通过直接提取空口信道的共轭相位设计模拟预编码矩阵，并提出串行最大化动态子阵列增益算法，以调节射频链路与发射天线的连接关系，从而获得更高的空间分集增益；再对等效信道实施迫零数字预编码。仿真结果表明，所提方案能以更低硬件成本取得超过传统全连接结构方案的频谱效率，以相当的复杂度较传统部分连接结构方案提升频谱效率20%~390%，且对相位量化误差不敏感。

• 一种LDPC码的优化分层阈值偏移最小和译码算法

  袁建国,张育宁,王姿现,庞宇

  针对低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码的译码算法在高信噪比区域性能较差和传统的泛洪调度译码方式收敛速度较慢等问题，提出了一种优化的分层阈值偏移最小和(Improved Layered Threshold Offset Min-Sum,ILTOMS)LDPC译码算法。该算法通过在最小值近零处添加一个阈值，在最小值小于该阈值的情况下选择局部最优的算法规避偏移最小和(Offset Min-Sum,OMS)译码算法的归零损失，在最小值较大时设置一个阈值来改善高信噪比时的译码性能，并且采用分层调度的方式进一步提高译码性能。仿真结果表明，所提的ILTOMS译码算法在复杂度无明显变化的情况下有一定性能增益，相比其他两种译码算法译码性能分别提升了0.4 dB和0.45 dB。

• 一种多天线地面站的设备级资源调度算法

  SONGZhu

  针对多天线地面站接收设备共享使用的需求，设计了一种设备级资源调度算法，以充分利用站内设备资源，提高地面站任务能力。首先，分析了多天线地面站资源调度需考虑的各类约束，并建立了各类调度资源和关系模型。然后，将所有卫星接收任务的时间分布抽象为无向图，通过定义边的权重计算任务冲突度。最后，提出了基于优先级和匹配性的概率选择算法，以迭代方式实现调度方案的寻优。仿真结果显示，所提算法的平均调度成功率较优先级算法和遗传算法分别提高了?11.9%?和6.9%，有效提高了接收设备使用效率。

• 一种基于信息检测的卫星处理载荷健壮性提升策略

  陈鹏,徐烽,薛治纲,刘晗,黎军

  为了以尽量小的代价提升处理载荷的在轨健壮性，提出了一种不增加硬件且工程易实现的策略。该策略引入一种新的信息流设计，在单机间信息传输时插入特殊设计的测量帧，通过该测量帧在处理载荷之间的信息闭环检测实现在轨故障判断与定位，以很小的代价实现单机间完好性监视以便故障快速恢复，提升了在轨处理载荷的可用度和健壮性。仿真结果表明，针对单粒子事件引起的在轨故障，所提策略理论上相比传统方式的检测概率能够提升3~4倍，故障恢复时间能够缩短至1/6以下，配合其他在轨故障处理与快速恢复方法，还可进一步降低单粒子事件对业务的影响。

• 一种基于DRL的低轨卫星移动边缘计算卸载策略

  杨黎明,金宇峰,黄淼

  考虑到不同用户任务和计算能力差异，并综合低地球轨道（Low Earth Orbit,LEO）卫星移动和资源限制等因素，针对多颗LEO卫星覆盖场景下的多用户任务决策卸载问题，提出了一种基于深度强化学习（Deep Reinforcement Learning,DRL）的决策卸载和资源分配策略，对系统的耗时和能耗进行优化。决策卸载问题设置为一个离散的有效状态的单用户决策选择问题，采用深度强化学习进行求解。采用拉格朗日乘子法和梯度投影法处理资源分配问题。仿真结果表明，该策略在75次迭代回合后能达到收敛，与其他策略相比，系统成本下降约50%、34%和19%。

• 宽带遥测网络中基于信道估计误差补偿的均衡算法

  王乐,吴胥岑

  随着遥测网络数据量的增加，传输信道的多径衰落严重影响接收性能。盲均衡算法实现结构简单，但仅在平衰落信道下提供优良的均衡性能。数据辅助的均衡算法能够抗深度衰落，但存在均衡误差较大的问题。针对上述两类算法的限制，利用数据辅助抗衰落的特点，结合盲均衡简单的实现结构并进一步补偿信道估计误差，提出了数据辅助和恒模准则盲均衡联合均衡算法，用于提升整体均衡的性能。通过以遥测网络标准中的成形偏移四相相移键控（Shaped Offset Quadrature Phase Shift Key,Telemetry Group version，SOQPSK-TG）为调制信号搭建系统仿真，结果表明该混合算法优于传统基于数据辅助均衡算法和盲均衡算法，能够提供至少3 dB的误码率解调增益。

• 分布式卫星系统中的物理层安全波束成形算法

  邵一焓,王薇,王子宁,黄庶沛,韩略

  针对分布式卫星系统中的安全传输问题，提出两种协作波束成形算法。首先，针对分布式卫星系统采用放大转发协议将来自静止轨道的卫星信号转发至合法用户的场景，构建以最小化分布式卫星系统的总发射功率为目标、合法用户安全速率和非目标用户受到的干扰满足要求为约束条件的优化问题。其次，为求解该非凸优化问题，提出一种基于拉格朗日对偶和半正定规划相结合的协作波束成形算法，并得出最优波束成形权矢量。此外，提出一种基于部分迫零的次优协作波束成形算法，可在不折损系统性能要求的条件下有效降低实现复杂度。相较于传统迫零算法，所提最优和次优算法能够分别节省20 dB和15 dB左右的功率。

• 基于动态最小生成树的分布式协同目标跟踪算法

  肖林,陆科林,王梦琦,姜博文,冉华明,周礼亮

  针对多连接通信拓扑传感器网络因可能存在信息冗余和未知相关性而造成融合估计偏差较大的问题，提出了一种具有通信层和融合层的基于最小生成树的分布式协同目标跟踪算法。在通信层，基于Bellman-Ford-Moore算法对多传感器网络进行动态配置，生成具有最小生成树结构的通信拓扑，消除分布式传感器网络中的冗余连接。在融合层，各传感器节点基于树形连接拓扑的通道滤波算法，对其存储的局部数据和从相邻节点接收到的数据进行分布式数据融合，实现协同目标跟踪。同时，以融合估计的动态均方差为性能评价标准设计了一种通用的数据融合评价方法，对该目标跟踪算法的性能进行了分析。该算法可以推广至任意类型的通信拓扑，并可消除冗余通信连接。仿真结果表明，该算法在理论边界范围内的估计误差的比例大于95%，具有良好的估计精度、跟踪性能和鲁棒性。

• 一种面向宽带跳频双动作的智能抗干扰决策算法

  夏重阳,吴晓富,靳越

  宽带跳频与深度强化学习结合的智能跳频通信模式能有效提高通信抗干扰能力。针对同时调整信号频点和功率的双动作空间智能决策由于频点离散但功率非离散使得决策依赖的深度强化学习算法难以设计的问题，基于离散型深度确定性策略梯度算法（Wolpertinger Deep Deterministic Policy Gradient，W-DDPG），提出了一种适于宽带跳频通信且具有发射频率和功率组成的双动作空间智能抗干扰决策方法。该决策方法面向频率/功率双动作空间，在频率空间中使用Wolpertinger架构处理频率动作，并与功率动作组成联合动作，然后使用DDPG算法进行训练，使该算法能够适用于宽带跳频双动作空间的抗干扰场景，在复杂的电磁环境下能够快速作出决策。仿真结果表明，该方法在宽带跳频双动作空间干扰模式下的收敛速度及抗干扰性能较传统抗干扰算法提升了大约25%。

• 基于信道参数与频率联合估计的PCMA信号单通道盲分离

  李雨

  在成对载波多址信号的单通道盲分离过程中，通常需要将两路信号的频偏、初相、时延和成形滤波器的综合影响作为信道参数进行估计，因此即使在恒参信道下，频偏误差的存在也会导致信道参数的动态变化。目前的盲分离方法一般采用最小均方（Least Mean-Square，LMS）算法或递归最小二乘（Recursive Least-Square，RLS）算法进行信道参数跟踪，然而这类方法显然没有充分利用频偏导致信道参数周期性变化的先验信息。通过建立残余频偏与信道参数的误差模型，利用扩展卡尔曼滤波算法实现了频偏误差与时不变信道参数的联合估计。仿真实验表明，在频偏误差和恒参信道叠加的变参信道下，提出的方法在收敛能力、跟踪精度、分离性能上相比现有方法均有明显提升。

• 基于遗传模拟退火算法的子阵级自适应波束形成

  刘子敬,陈曦,施庆展,崔开博

  在阵列天线信号处理中，采用子阵级自适应波束形成技术可以降低算法复杂度和系统成本。针对子阵级自适应波束形成中最优子阵划分问题，提出了一种基于遗传模拟退火算法的阵列天线子阵最优划分方法。通过线性约束最小方差算法计算不同子阵划分下的自适应权矢量，形成自适应天线方向图，以方向图的最大旁瓣电平比作为成本函数，迭代优化得到最大旁瓣电平最优的子阵划分形式。仿真结果表明，使用该方法得到的非均匀子阵划分阵列天线其自适应方向图最大旁瓣电平能降低至-19 dB。通过对比分析不同子阵划分形式以及不同规模阵面的自适应方向图验证了该方法的可行性与有效性。

• 一种中心节点调度时隙分配的无人机自组网TDMA协议

  姚毅,任智,陈春宇,邱金

  针对现有无人机自组网协议中，集中式树形网络中控制时隙存在冗余、帧中数据时段占比较小的问题，提出了一种基于中心节点调度时隙分配的无人机时分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）协议。该协议采用基于全网拓扑感知的时隙分配机制调整控制时段的帧结构与时隙顺序，基于中心节点调度的控制时隙复用机制提高控制时隙的利用率，缩短控制时段总长度以提高数据时段占比。与BiPi-TMAC（Bidirectional-Pipelined TDMA MAC）协议和ELDM-TDMA（Efficient and Low Delay Multi-hop TDMA）协议相比，该协议的数据平均时延和控制开销降低了9.6%和21.9%，网络吞吐量提高了10.5%，在无人机自组网场景中表现出良好的性能。

• 基于2比特判决反馈的改进AIS非相干解调算法

  袁睿畅,龚晓峰,鲜果

  针对星载接收机接收到的船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)信号信噪比低、高斯最小频移键控调制采用的高斯成形滤波器产生码间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)以及非相干解调鲁棒性差等问题，提出了一种基于2比特判决反馈的改进AIS非相干解调算法。首先，接收信号通过匹配滤波器、鉴频器和自适应检测滤波器获得基带信号；其次，构造判决反馈，补偿鉴频噪声与ISI；最后，设计一种基于长短时记忆(Long-short Term Memory,LSTM)与注意力机制(Attention)的相位路径预测模型，获取2比特反馈补偿，改进判决反馈补偿能力。仿真与实测结果表明，改进方法较1比特判决反馈法对自适应滤波器的适应能力更强，在信噪比为7.2 dB时，误码率降低至10-5；较传统方法，真实场景下AIS信号的循环冗余校验通过率提升了9.5%。

• 基于MBD的电子装备研发数字化集成协同环境构建

  周兵

  电子装备的研发是一项复杂且系统化的工程，而现有研发模式下存在多专业协同不足、产品研发周期长、技术状态变更频繁、研发成本高等问题，已无法满足市场需求。针对上述问题，以产品研发流程再造和优化为基础，开展数字化集成协同研发环境构建，系统性探索产品多专业协同、多领域共享的研发管控模式。通过基于模型定义（Model-based Definition，MBD）技术，规范了装备研制过程，实现了电子装备基于xBOM的数字化定义和数字量的传递，以及设计工艺一体化数据管理，从而提高了研发效率，缩短产品研制周期10%以上，设计重用率超过30%，降低了研发成本，提高了装备的性能和可靠性。

• 超宽带硅基射频微系统设计

  张先荣,钟丽

  针对超宽带硅基射频模块的微系统化问题，采用硅基板作为转接板设计了一款具备收发功能的超宽带系统级封装(System in Package，SiP)射频微系统。各层硅基转接板之间的射频信号传输、控制和供电等均采用低损耗的硅通孔（Through Silicon Via，TSV）结构来实现。为了减小封装对射频性能的影响，整个超宽带射频微系统采用5层硅基封装结构，与传统二维封装结构相比，其体积减少95%以上。射频微系统封装完成后，对其电气性能指标进行了测试。在整个超宽带频带内，其接收噪声系数小于2.6 dB，增益大于35 dB，发射功率大于等于34 dBm，端口驻波小于2。该封装结构实现了硅基超宽带射频模块的微系统化，可广泛适用于各类超宽带射频系统。

• 跳频序列设计：研究现状与未来发展

  宋东坡,王世练

  跳频序列设计是跳频通信系统的关键组成部分之一，其研究包括理论界的推导和构造方法的探索。宽间隔跳频序列能够很好地抵抗窄带干扰，低/无碰撞区跳频序列能够实现高效的多址组网。介绍了宽间隔跳频序列和低/无碰撞区跳频序列的定义和性质，综述了其理论界和构造方法的研究进展，最后指出，具备宽间隔和低/无碰撞区特性的跳频序列是未来研究的重点方向。

• 美航母编队数据链能力体系及发展趋势

  云超,张岩岫,谭志强,钱一鸣,蒋攀攀,潘刚

  航母编队数据链装备是连接航母编队中各作战平台的重要手段，通过数据链装备能够使各作战单元共享战场态势并协同完成作战任务。结合美军航母编队的发展演进和能力现状，首先，深入分析美航母编队数据链能力体系；接着，重点探讨了航母编队数据链的应用现状，主要包括航母编队作战概念发展演进、数据链应用模式、数据链消息标准；最后，给出了航母编队数据链未来发展趋势。相关研究内容能够为航母编队数据链装备建设及不同种类数据链融合发展并成体系运用提供参考。