基于随机森林和高阶累积量的频谱感知研究

频谱感知技术是认知无线电系统实现高效安全运作的关键技术之一,面对软件无线电多元发展需求,频谱感知技术需要获取更多的空间电磁情况.文中提出了一种基于高阶累积量和随机森林算法的频谱感知方法,通过提取接收信号高阶累积量特征,减少信号传播过程中的多径干扰和噪声干扰,离线训练分类信号,得到可以高效感知接收信号调制类型的随机森林模...     

基于时间序列分析的频谱异常自主检测和稳健估计方法

复杂电磁环境和无用频先验知识条件下有效检测电磁频谱异常使用信息,是无线电监测和电磁环境评估等领域的重要难题.本文基于时间序列分析理论,通过构建反映有限频谱占用度序列动态依存关系且包含频谱异常值的时序模型,实现对无线电频谱异常的自主检测和稳健估计.研究结果表明,该方法无需用频数据库或无线电监测历史数据支持,能够有效识别典型频谱异常类型、发生时间以及异常影响强度等信息;同时通过对频谱占用度时序模型的稳健估计,能够显著降低模型拟合误差,提高模型对外部干扰环境的适应性和鲁棒性.     

基于电磁频谱检测的无线电测量技术实验实训教学方法研究

无线电测量技术课程是高等院校中电子信息工程、通信工程等电子信息类专业的一门专业课程。电磁频谱资源是十分重要的资源，无线电监测与管理、电磁频谱资源合理管控是国家发展的战略目标，它的应用遍及各个行业，在军事、民用等领域均具有非常重要的作用。针对无线电测量技术课程实践性较强的特点，在保证课堂教学的基础上研究无线电测量技术课程的实验实训教学方法。结合嵌入式系统与开源的软件无线电设备构建便携式、高性价比的移动电磁频谱检测终端设备。基于电磁频谱检测方法与频谱数据可视化平台，保证设备全覆盖，让学生近距离观测“不可见”的无线电信号。结合设备接口规范与计算机网络技术将专业仪器设备的硬件资源线上共享，构建基于电磁频谱检测的无线电测量技术实验教学系统。     

面向频谱数据库的电磁频谱检测系统

频谱数据包含无线电信号的全息特征,针对频谱数据结构复杂、数据量大且利用率低的问题,提出一种基于频谱数据库的电磁信号检测系统。在实现通用的频谱检测功能的前提下,将频谱数据实时地保存到数据库中,用于后期有效信息的提取和分析。系统使用上位机向主控模块发送频谱检测的指令,由主控模块驱动信号采集模块进行数据采集并将其存储到数据库中。实例验证了系统的可行性以及数据的准确性,为实现对有限频谱资源的高效利用提供了一种新思路。     

一种电磁频谱管理盲监测技术

复杂电磁环境下对无线电信号进行监测时,基于时频分析的传统监测方式对频谱混叠信号难以进行识别.针对这一问题,提出了一种电磁频谱管理盲监测技术.在分析研究了盲源分离的理论基础上建立了基于最大信噪比算法的盲监测模型,基于该模型仿真实现了6路频谱混叠无线电信号的分离提取.仿真结果表明:应用所建立的模型能够实现频谱混叠无线电信号的监测分析,判明所监测无线电设备的工作频率、信号形式和带宽等主要特征.     

战场复杂电磁环境频谱管理仿真技术

基于频谱管理仿真平台,介绍战场复杂电磁环境建模方法,构建基础电磁计算环境,建立台站模型以及不同传输手段的传播模型,实现系统级及设备级的仿真。对系统的抗干扰技术和电磁兼容性等进行仿真计算,实现覆盖计算、干扰分析、无线电计算及频率指配,检验系统抗干扰能力和电磁兼容能力,为科学合理地规划和使用频谱资源提供依据。     

基于OFDM技术和自组网技术的海上频谱感知传输系统研究

控制电磁频谱权成为控制信息权的核心,战场频谱管理是夺取控制电磁频谱权的重要保障.电磁频谱监测与管理系统中需要进行频谱信息的传输,而数据传输系统就是实现这个功能的关键.由于海上气象条件复杂,网络信号稳定性不佳,舰载电磁监测设备远离海岸而且机动性强.针对这一点,提出了一种基于OFDM技术与移动自组网技术的海上频谱感知传输系统,完成监测信息的远程实时传输.     

基于共享数据库的空间电磁环境监测方法与系统

提出一种基于共享数据库技术的空间电磁环境监测系统方案,设计机载现场可编程门阵列(FPGA)核心频谱采集分析模块,开发信号传输链路、数据处理及系统显示控制软件。基于共享数据库技术,利用无人机(UAV)机载信号采集模块,将测量到的空间频谱数据和地理位置信息实时回传;终端显示控制系统将监测数据分别以频谱图和辐射热图的方式,在数字地图上对所测空间区域电磁频谱分布实时直观显示,将电磁频谱监测从地面扩展到三维空间。试验证明,本系统可高效灵活地监测空间频谱的实时变化情况,为频谱管理、空间电磁环境实时监测以及发射源侦测定位提供重要的技术支撑。     

基于里德堡原子的无线电光学测量及其光谱处理技术(特邀)EI北大核心CSCD

里德堡原子是一种高激发态的原子,具有较大电偶极矩,相邻能级差可覆盖DC~THz的超宽频谱范围,因而可以实现电磁场高灵敏、超宽带的传感接收。基于里德堡原子的无线电光学测量是通过碱金属原子在探测光和控制光等两束激光的精确调控下转变为里德堡原子,并使探测光透射光谱产生电磁诱导透明效应,进而在输入的无线电信号的作用下,使其透明光谱发生Autler-Townes(AT)劈裂,完成无线电信号到光学信号的转化,从而实现无线电信号频率、幅度、相位等信息的提取,具有直接解调、无需校准、抗电磁毁伤等特点。近年来,该技术在电场计量、电磁频谱侦测、通信、雷达等电子信息技术领域引起人们的强烈关注。该技术的关键在于如何从原子系统输出光谱中快速准确地提取出无线电信号的信息。针对静态无线电信号、动态无线电信号、单频无线电信号、多频无线电信号等不同类型的无线电信号,对应的信息提取和光谱处理方式也不同。依据不同类型的无线电信号,对基于里德堡原子的无线电光学测量及其光谱处理技术进行分类,并综述其原理、技术特点及国内外研究进展,最后结合该技术特点及其应用前景,对未来发展趋势作了展望。     

基于USRP的测控站实时频谱监视系统设计与实现

USRP是一种软件无线电硬件外设,可实现将电磁波信号转换为比特流处理,再转换为电磁信号发射。针对卫星地面测控系统中对多路测控信号的频谱进行实时监视的需求,该文在对USRP及GNU Radio软件开发平台研究的基础上,搭建了基于网络设备的分布式、通道可扩展硬件平台,并设计了一种多通道兼容、分辨率高、数据可回溯的实时频谱监视系统,可满足地面测控站对不同航天器上行、下行多路信号的实时监视、存储及回放的需求。     

自适应估计信号个数的频谱信号提取算法

无线电监测频谱数据中包含有大量的信号,准确提取这些信号有利于掌握全频段的频谱使用情况。实际信号的频谱由于受噪声干扰,会出现信号频带内个别频点能量值低于检测门限的情况,此时传统的门限检测算法会将该信号错估为多个信号,产生多个虚假的相邻信号间隔,导致频谱信号提取的准确率下降。对此,根据虚假相邻信号间隔特点,提出一种自适应估计信号个数的频谱信号提取算法,该算法可自动、准确估计频谱监测数据中电磁信号的个数,并将对应的信号及频谱信息提取出来。实验结果表明,该方法具有自适应性、强鲁棒性和高准确性,有效提高了频谱信号提取的准确率,为军、民电磁环境的识别与掌握提供基础的电磁信号数据支撑。     

现代雷达信号分选跟踪的几种方法

随着现代软件无线电技术的飞速发展,战场电磁信号环境从地面、空中、海上到太空,信号密度大,频谱宽,变换复杂,并且多功能数字雷达的多种工作方式和多种波形变换,雷达反侦察、抗干扰能力不断增强,传统的雷达信号分选跟踪方法面临着严峻的挑战。文中分析了几种传统的信号分选方法,从复杂电磁环境信号中,分析盲信号分选、聚类神经网络分选、脉内细微特性分选法,从信号分选的参数上进行多参数联合分选,并且通过多信号模拟器进行实验仿真,在分选的基础上进行跟踪处理,信号参数稳定、效果良好。     

基于FPGA的北斗QPSK调制实现与解调验证

为研制北斗卫星导航模拟信号源,设计实现了北斗QPSK信号调制器。文中在分析了北斗卫星导航系统B1频段信号的正交相移键控调制信号的基础上,基于软件无线电的思想,在FPGA 硬件平台上实现了QPSK信号调制器,通过功率谱测试,QPSK解调和简单串口信息传输,验证了调制解调硬件单元的正确性。     

用频装备带内双频窄谱电磁辐射阻塞干扰效应预测模型

针对传统单频连续波电磁辐射敏感度试验方法无法满足用频装备多辐射源共同作用下复杂电磁环境适应性评估的技术需求，本着有限目标的原则，对用频装备在带内双频窄谱电磁辐射作用下的阻塞干扰效应预测问题进行了研究.从用频装备单频和调幅连续波敏感度试验数据出发，基于用频装备带内电磁能量耦合及共性干扰、损伤作用机理分析，研究了有效值敏感和峰值敏感两类用频装备带内双频窄谱电磁辐射阻塞干扰效应预测模型并提出了预测方法，给出了受试用频装备适用预测模型的判定方法，并以某型超短波通信电台为受试对象，试验验证了模型及方法的有效性.研究结果表明:本文提出的模型和方法可有效应用于用频装备在带内双频电磁辐射作用下的阻塞干扰效应预测和评估.     

现场环境下设备区域电磁干扰检测与识别方法

现场环境下电磁环境复杂,设备区域电磁干扰的有效识别可为射电天文台站频谱分析提供重要依据.文章基于现场电磁干扰测量频谱,提出了一种电子设备区域干扰信号检测与识别方法.首先,针对对着设备区域和隔过设备区域两种测量状态多组频谱数据进行预处理,实现信噪分离,运用二值法检测信号边界,提取频谱中干扰信号.然后,依据一元回归算法和通道占用统计方法对多组测量频谱中干扰信号进行相关性分析,识别设备区域内电磁辐射频谱.所提方法对新疆天文台南山站内多个设备区域电磁辐射频谱检测结果与人工识别结果对比表明,本文方法94%以上的识别结果与人工识别结果相符,验证了现场环境下设备电子区域电磁干扰检测与识别方法的准确性和通用性.     

Real-time implementation of distributed beamforming for simultaneous wireless information and power transfer in interference channels

In this paper, we propose one-bit feedback-based distributed beamforming (DBF) techniques for simultaneous wireless information and power transfer in interference channels where the information transfer and power transfer networks coexist in the same frequency spectrum band. In a power transfer network, multiple distributed energy transmission nodes transmit their energy signals to a single energy receiving node capable of harvesting wireless radio frequency energy. Here, by considering the Internet-of-Things sensor network, the energy harvesting/information decoding receivers (ERx/IRx) can report their status (which may include the received signal strength, interference, and channel state information) through one-bit feedback channels. To maximize the amount of energy transferred to the ERx and simultaneously minimize the interference to the IRx, we developed a DBF technique based on one-bit feedback from the ERx/IRx without sharing the information among distributed transmit nodes. Finally, the proposed DBF algorithm in the interference channel is verified through the simulations and also implemented in real time by using GNU radio and universal software radio peripheral.     

Simultaneous Information and Power Transfer for Multi‐antenna Primary‐Secondary Cooperation in Cognitive Radio Networks

In this paper, cognitive radio and simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) are effectively combined to design a spectrum‐efficient and energy‐efficient transmission paradigm. Specifically, a novel SWIPT‐based primary‐secondary cooperation model is proposed to increase the transmission rate of energy/spectrum constrained users. In the proposed model, a multi‐antenna secondary user conducts simultaneous energy harvesting and information forwarding by means of power splitting (PS), and tries to maximize its own transmission rate under the premise of successfully assisting the data delivery of the primary user. After the problem formulation, joint power splitting and beamforming optimization algorithms for decode‐and‐forward and amplify‐and‐forward modes are presented, in which we obtain the optimal PS factor and beamforming vectors using a golden search method and dual methods. Simulation results show that the proposed SWIPTbased primary‐secondary cooperation schemes can obtain a much higher level of performance than that of non‐SWIPT cooperation and non‐cooperation schemes.