毫米波视距MIMO安全通信技术研究

移动通信和信息社会的高速发展对宽带高速数据传输提出了较高的要求,而毫米波多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）技术成为实现高速安全数据传输的重要技术途径.考虑到一些特殊的需求和应用场景,比如对偏远地区的覆盖,构建应急通信系统,特别是军事宽带战术互联网,基于空中移动平台的毫米波MIMO技术成为当前研究的一个热点.本文充分调研国内外相关文献资料,阐述了毫米波视距（line-of-sight,LoS）MIMO信道建模、天线阵列优化、混合波束成形设计以及物理层安全等相关技术的当前进展、存在的挑战,并指出未来的研究方向,推动基于空中平台的毫米波MIMO系统的工程化应用.     

波动双径衰落信道下的圆阵方向调制方法

为了实现对三维空间中任意期望方向的物理层安全通信,提出了一种基于均匀圆阵的方向调制发射机系统模型,使用迫零波束形成发射有用信号的同时用零空间映射法发射随机的人工噪声干扰非期望方向.针对当前对毫米波信号小尺度衰落刻画较好的波动双径（fluctuating two-ray,FTR）衰落信道,推导了本文模型的平均安全容量（average secrecy capacity,ASC）下界、安全中断概率（secrecy outage probability,SOP）上界的闭合表达式,对比了系统安全性能关于信噪比的变化曲线.仿真结果表明,阵元数为64,信噪比为10 dB,圆阵方向调制在期望方向可以无失真地恢复信号,非期望方向误差向量幅度（error vector magnitude,EVM）高达100%,误比特率高于40%.本文方法能在三维空间实现无需密钥的定向安全传输,提高信噪比可改善其在FTR衰落信道下的安全性能.     

接收机参数对北斗三号卫星伪距偏差影响研究

伪距偏差是抑制北斗系统服务能力提升的重要误差源,影响用户实时定位性能和卫星精密定轨处理.目前对北斗三号伪距偏差的分析研究与测量较少,文章首先从理论上分析了接收机的前端滤波带宽和相关器间隔对伪距偏差的影响,并对理论分析结果进行了仿真.然后在此基础上利用7.5 m大口径天线对北斗三号在轨卫星信号进行采集,使用软件接收机对卫星实测数据的伪距偏差进行测试验证,全面分析了前端滤波带宽和相关器间隔对北斗三号卫星信号伪距偏差的影响.根据理论分析和实测验证的结果,得到了接收机的相关器间隔和前端滤波带宽对北斗三号卫星B1I、B3I和B1C信号的伪距偏差影响范围.研究表明,通过合理设置接收机相关器间隔和前端滤波带宽,可有效减小北斗三号卫星信号伪距偏差,提升用户定位精度.     

基于参考阵元的TDM MIMO FMCW雷达运动补偿方法

针对时分复用（time division multiplexing,TDM）多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）调频连续波（frequency modulated continuous wave,FMCW）雷达的速度-角度耦合问题,提出一种基于参考阵元的运动补偿方法.把MIMO阵列组合阵元T₁/R₁等效的虚拟阵元1选定为参考阵元,通过对参考阵元接收的2个调制周期信号进行处理,提取运动引入的相邻阵元相位差,利用该相位差构建相位补偿因子消除运动引入的相位,实现运动目标的精确角度估计.该方法采用固定的基于参考阵元的TDM时序,无需根据工作场景调整TDM时序,且不需要估计目标的速度,避免了模糊速度估计问题.仿真结果和实验结果验证了该方法的有效性.     

基于Polar码的速率兼容调制方案设计

提出了一种基于Polar码的速率兼容调制（rate compatible modulation,RCM）联合设计方案,用于提高无线通信频谱利用率.相应地设计了基于置信度传播（belief propagation,BP）和软抵消（soft cancellation,SCAN）的接收端高效联合迭代译码算法.根据该算法可通过优化变量节点对数似然比（log-likelihood ratio,LLR）信息迭代方式以及采用限制译码符号上限的改进措施,提高译码过程的稳定性与时效性.与距离优化的级联低密度奇偶校验（low-density parity-check codes,LDPC）码RCM方案对比结果表明,提出的高效联合迭代译码算法在低信噪比（signal noise ratio,SNR）下有更低的译码复杂度,并且具有更优的吞吐量和误码率性能.因此,本文所提方案适合在恶劣信道条件下的无线传输.     

卫星导航信道模型综述

卫星导航信道具有宽带、时变和城区复杂多径等特征,为了能够充分挖掘、有效预测和评估全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的性能,需要对各种环境中的卫星信道进行测量和建模研究,文中主要讨论了卫星导航信道的测量和建模及其研究进展.首先给出了信道建模的方法和与卫星导航相关的测量活动的汇总,然后讨论比较了几种常见的卫星导航信道模型,最后探讨了卫星导航信道建模面临的挑战以及未来的研究重点.     

卫星导航信号频域抗干扰后相关峰建模及对捕获性能影响分析

卫星导航信号容易受到强干扰的影响,频域抗干扰算法是常用的抗干扰算法之一,但该方法实现有效干扰抑制的同时也会导致信号相关峰的畸变,从而造成导航信号接收性能下降.为了分析频域抗干扰算法对导航信号接收性能的影响,建立了抗干扰后信号相关峰畸变模型,并从信噪比损耗、第一旁瓣位置、峰值旁瓣比三个参数对相关峰模型进行深入分析,进一步建立了抗干扰后信号的捕获性能模型,同时对比了不同捕获策略下的捕获概率.理论分析和数值仿真结果表明,频域抗干扰后的相关峰的信噪比下降且出现了旁瓣,畸变参数与干扰参数密切相关,抗干扰滤波器会导致信号捕获性能下降.该研究成果对干扰场景下提高导航信号捕获性能提供了重要的模型支撑.     

基于深度置信网络的高分辨率雷达距离像识别

为提高雷达目标识别准确率,提出了一种基于深度置信网络（DBN）的高分辨率雷达距离像（HRRP）识别方法。首先利用受限玻尔兹曼机（RBM）对HRRP数据进行逐层无监督训练,根据对比散度（CD）算法更新网络参数,通过误差重构设计DBN深度;而后利用反向传播（BP）机制对DBN模型参数进行有监督的微调;最后基于该模型实现了HRRP的分类与识别。实验结果表明,与传统神经网络相比,基于深度置信网络的识别准确率及噪声鲁棒性显著提高,识别准确率可提高8.5%。     

面向遥感影像的深度语义哈希检索

目的 哈希检索旨在将海量数据空间中的高维数据映射为紧凑的二进制哈希码,并通过位运算和异或运算快速计算任意两个二进制哈希码之间的汉明距离,从而能够在保持相似性的条件下,有效实现对大数据保持相似性的检索。但是,遥感影像数据除了具有影像特征之外,还具有丰富的语义信息,传统哈希提取影像特征并生成哈希码的方法不能有效利用遥感影像包含的语义信息,从而限制了遥感影像检索的精度。针对遥感影像中的语义信息,提出了一种基于深度语义哈希的遥感影像检索方法。方法 首先在具有多语义标签的遥感影像数据训练集的基础上,利用两个不同配置参数的深度卷积网络分别提取遥感影像的影像特征和语义特征,然后利用后向传播算法针对提取的两类特征学习出深度网络中的各项参数并生成遥感影像的二进制哈希码。生成的二进制哈希码之间能够有效保持原始高维遥感影像的相似性。结果 在高分二号与谷歌地球遥感影像数据集、CIFAR-10数据集及FLICKR-25K数据集上进行实验,并与多种方法进行比较和分析。当编码位数为64时,相对于DPSH（deep supervised Hashing with pairwise labels）方法,在高分二号与谷歌地球遥感影像数据集、CIFAR-10数据集、FLICKR-25K数据集上,mAP（mean average precision）指标分别提高了约2%、6%7%、0.6%。结论 本文提出的端对端的深度学习框架,对于带有一个或多个语义标签的遥感影像,能够利用语义特征有效提高对数据集的检索性能。     

一种基于PUF的物理层安全认证方法

传统无线通信的认证主要依赖于上层加密机制,无法保证系统处理的实时性与物理层的安全性。文章设计了一种基于物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)进行物理层安全认证的方案,利用硬件固有的激励-响应对(Chalenge-Response Pair,CRP)的唯一性与发送信息的随机性实时生成验证标签,在接收端通过比较接收与生成的标签来识别接收信号与其发射端,为物理层的信息安全提供有效保护。该方法不需要复杂的密码算法,减小了通信过程中的计算量。仿真结果表明,该方法有较高的实用价值。