联合状态差分检测方法及其在超宽带无线通信系统中的应用

首先提出差分编码器输入输出联合状态的概念，并设计出一种递归的网格图化简方法，实现了最大似然意义下的多符号联合差分检测．随后在此基础上，对衰落信道提出一种迭代检测结构，并将其应用于超宽带无线通信系统．仿真表明，在单位符号检测复杂度不变的前提下，检测性能可任意逼近多符号非相干差分检测的理论极限，并可有效地应用于实际通信系统中．同时它为各种类似的无记忆噪声中有限状态Markov过程的状态序列估计问题提供了一种新的解决方法．     

核反应堆液体区域控制系统全程隐蔽攻击方法研究

隐蔽攻击对核反应堆液体区域控制系统的安全运行构成了严重威胁.然而,隐蔽攻击的成功实施不仅需要掌握被攻击对象的精确模型,而且很难在攻击完成后无痕退出.为此,本文针对核反应堆液体区域控制系统提出了一种四阶段全程隐蔽攻击方法.首先,在攻击筹备阶段,通过最大似然估计离线设计最大似然形式下的双模H₂最优无偏FIR;之后,在状态估计阶段,利用该FIR对攻击开始时刻的系统状态进行估算;然后,在攻击实施阶段,结合预期攻击目的和系统当前状态设计攻击实施序列,并将其注入至系统信号传输通道中,实现隐蔽攻击;最后,在攻击退出阶段,根据系统状态偏移量构建约束优化问题以给出最优攻击退出序列从而实现攻击退出过程的静默化.此外,本文基于系统噪声强度和攻击模型精度,分情况对全程隐蔽攻击方法的可行性进行了仿真验证.实验结果表明,在上述影响因素单独或综合作用下,所提攻击方法都能够隐蔽地完成攻击目标并无痕退出.     

Rayleigh快衰落下子块正交的单载波分段频域均衡系统

本文研究了快衰落下单载波分块传输(SCBT)系统中频域线性均衡(FDLE)的方法.首先,提出了块内分段静态的信道近似模型,在此基础上推导出两正交子块的频域均衡方法,随后推导出两径情况下,两子块系统频域均衡适用的信道条件.仿真表明,在信道满足条件时,子块正交的分段频域均衡方法可以在保持单载波频域线性均衡(SC-FDLE)高效、低复杂度的同时,提高系统对抗多普勒效应的能力.     

基于量子Grover算法的VBLAST系统信号检测

VBLAST系统中最大似然检测具有最优的检测性能，但是计算复杂度是一个NP难题．将量子Grover算法及Grover-Long算法用于VBLAST系统最大似然检测中，对算法的复杂度和性能进行了仿真分析，仿真结果表明Grover检测算法不仅能够对计算复杂度起到平方加速的效果，而且算法的检测性能逼近最大似然检测性能．     

卫星导航接收机抗欺骗干扰极大似然检测性能分析

欺骗干扰给卫星导航接收机带来巨大威胁,而现有的文献均把欺骗干扰识别作为抗欺骗干扰的主要研究方向,而涉及欺骗干扰抑制方面的文献很少.本文针对卫星导航接收机抗产生式欺骗干扰问题,根据接收机具有不同干扰先验信息的3种情形,分别提出并证明了3个命题.这些命题给出了极大似然检测器在干扰背景下对真实卫星数据的检测性能界.命题表明,在具备干扰信道先验信息时,极大似然检测器具有良好的抗产生式欺骗干扰性能.仿真实验验证了理论分析的正确性和有效性.     

基于IEEE 802.15.3a信道的UWB能量检测系统的平均捕获性能

文中针对IEEE 802.15.3a信道下UWB能量检测系统的"检测窗口内多径能量和的概率密度求解"与"捕获性能指标计算的平均方式"两个理论问题,以簇生点过程描述检测窗口内的随机变量,给出多径能量和均值及方差的闭合解,并以对数正态分布近似其概率密度,推导出捕获命中集的闭合表达式.同时分别基于"检测概率平均"和"信道样本平均"两种方式,结合Markov链和信号流图推导出信号捕获的平均性能指标,并深入分析了两种平均方式的适用条件.实验结果表明,点过程模型的命中集在不同信道条件的两种平均方式下都具有较好的适用性;不同的平均方式下捕获性能具有明显差别,需要针对系统应用背景加以区分使用.     

MISO时变信道中非理想反馈下波束成形的容量界

在无线多入单出(MISO)系统中,若发射机能通过接收机的有限反馈获取信道信息,则可采用简单的波束成形技术实现发射分集增益和阵列增益.已有的相关研究大多包含块衰落信道、准确信道估计或无反馈延迟等理想假设.本文考察了更为实际的存在信道估计误差和反馈延迟的Jakes时变MISO信道,推导了其遍历容量的上下界,并进一步在给定归一化反馈比特数条件下,根据容量下界求出了最优帧长.数值和仿真结果表明,容量的上下界较紧,信道估计误差或反馈延迟均会降低容量界,且最优帧长能使容量下界取得最大值.     

基于协作波束形成的中继阻塞混合无线物理层安全传输

针对双向无线协作通信系统的安全传输(信息论安全)问题,提出一种基于多节点协作波束形成的中继与阻塞混合机制来提高物理层信息传输的安全性.其基本思想是:在协作传输阶段,系统中的一部分协作节点进行分布式波束形成来帮助发送方发送信息给合法用户,同时另一部分协作节点发送干扰信号阻塞窃听者的侦听,从而显著改善系统在协作广播阶段的安全性能.基于这一机制,针对窃听者的瞬时信道状态信息已知与否,本文提出两种不同的协作波束形成方法和优化方案,这两种方案在数学上均归结为解决一个或一系列的二阶凸锥规划问题,从而可以通过内点法有效地求解.仿真结果和对比实验验证了在中继节点数目较多时本文提出的混合安全机制和波束形成方法相对于单纯的协作中继机制或单纯的协作阻塞机制而言显著地提高了系统的物理层安全性能.     

激光混沌同步及其在光纤保密通信中的应用

通过耦合激光混沌同步系统和光纤传输信道, 提出光纤混沌保密通信设想; 建立了半导体激光器激光混沌反馈同步系统, 导出了同步误差和解码公式; 模拟实现了波长1.31 μm分布反馈半导体激光器的两个激光混沌系统的同步, 其同步误差几乎为零; 分析了系统参数失配、同步暂态响应、噪声影响; 提出了增加反馈系数提高同步和抗干扰的方法. 分析了光纤中的群速度色散效应和自相位调制对激光混沌信号及其同步的影响, 发现群速度色散不仅会影响脉冲的形态, 而且会影响激光混沌同步及其解码, 限制光纤混沌通信的传输距离; 而自相位调制却并不影响脉冲的形态, 但产生的非线性相移却会影响激光混沌同步及其解码, 限制光纤混沌通信系统的传输距离, 并由此导出了光纤混沌通信中的最大光功率公式; 数值模拟了远程光纤混沌保密通信的振幅调制和参数调制的应用方法.     

联合连通有向切换拓扑条件下无人机集群鲁棒编队控制

针对联合连通有向切换拓扑网络条件下存在外界扰动的无人机集群鲁棒时变编队与轨迹跟踪控制问题进行了研究.首先,依据无人机真实飞行状态信息、期望队形信息与需要跟踪的轨迹信息之间的误差,以及联合连通通信拓扑网络条件下能够相互通信无人机期望飞行状态与实际飞行状态之间误差信息设计出了无人机集群系统的编队控制方法.然后通过一类特殊的矩阵分解将集群系统时变编队与轨迹跟踪控制问题转换成联合连通快速时间平均系统的渐近稳定控制问题,进一步提出了系统渐近稳定的充分条件,并通过建立的分段连续Lyapunov泛函进行了证明.最后仿真结果验证了本文所提方法能够实现联合连通有向切换拓扑网络条件下无人机集群的时变编队与轨迹跟踪控制飞行.     

随机发送参考的多天线系统物理层安全传输算法

文中提出基于随机发送参考的多天线系统传输算法,用于保障物理层信息安全传输.该算法将授权用户的信道分解为多个独立并行的信道,并在其中的一个信道中发送随机化的导频信息,同时对其他信道加密.由于窃听方信道与授权用户不同,很难通过自身的信道分解出独立的随机化导频信道,从而无法正常解调、还原信息.通过理论分析及算法仿真表明,随机发送参考算法可使窃听方的误码率稳定在较高水平,并且在同等发送功率的情况下性能优于现有加性人工方法.     

轮廓似然函数在水文气象极值推断不确定性分析中的应用

将轮廓似然函数弓I入到水文气象极值推断的不确定性分析中，阐述了对极值分布关键参数及分位数置信区间进行轮廓似然估计的原理．利用GEV分布拟合长江宜昌水文站年最大1日洪水流量样本系列，利用GP分布拟合广州等十个典型大城市的极值降雨样本系列，通过极大似然法估计模型参数，采用概率图、分位数图、重现水平图、密度函数图等4种直观的诊断图形检验极值分布的拟合效果，并借助轮廓似然函数估计不同重现期水文气象极值的重现水平及其置信区间．分析结果表明：轮廓似然函数曲线的不对称性随着重现期的增加而增加，可以反映样本系列长短和重现期长短对水文气象极值置信区间的影响．轮廓似然函数是极值分布关键参数及分位数置信区间估计的一种有效工具，充分体现了极值降雨和洪水取大值时的不确定性大于取小值时的不确定性的特点，能更精确地估计水文气象极值的置信区间，是水文气象极值推断不确定性分析中行之有效的一种方法．     

MIMO-OFDM系统中基于变分Bayes EM算法的联合符号检测与鲁棒Kalman信道跟踪

基于变分Bayes期望最大化VBEM(variational Bsayes expectation maximization)算法和Turbo原理,提出了快时变信道条件下MIMO-OFDM系统中的联合符号检测与信道估计算法.在VBEM框架下,信号检测和信道估计分别由修正的列表球形译码算法和软输入Kalman算法完成,检测器和估计器分别考虑了信道和检测信号的估计误差协方差矩阵.当信道时变剧烈时,存在较大检测误差的数据在软输入Kalman算法中引入异常值(outliers),由于Kalman算法对于异常值的敏感性,系统会在错误传播的影响下出现误码平台.为削弱异常值的影响,利用鲁棒统计理论设计了VBEM框架下改进的鲁棒软输入Kalman算法,该算法能在出现异常值的条件下保持较好的信道跟踪能力.仿真结果表明:在快速时变多径信道条件下,文中设计的鲁棒VBEM算法优于传统的VBEM算法和EM算法.     

机载雷达Doppler分布式杂波模型及参数估计

针对机载雷达平台运动造成的杂波谱中心偏移和展宽, 提出一种Doppler分布式杂波(DDC)模型在时域描述杂波协方差矩阵. 并基于该参数化模型, 研究了最大似然、加权子空间匹配等超分辨率方法在杂波Doppler参数估计中的应用, 取得了明显优于传统方法的性能. 理论推导和实际数据处理结果也验证了模型的正确性及参数估计方法的有效性.     

波长重用的双向波分复用星形单跳网

针对可利用的有限信道波长数对WDM星形单跳网容量限制问题, 提出了一种有效的解决方案——波长重用的双向WDM星形单跳网. 根据该方案, 在信道波长数一定的条件下, 至少可使网络所支持的节点数——网络容量扩大一倍; 在网络节点数不变时, 则可大大减少网络节点的排队时延, 缓和网络中各通信节点对数据信道波长使用权的竞争矛盾, 使网络吞吐量增加1~3倍, 有效地改善网络性能. 首先论述了该波长重用的双向WDM星形单跳网结构, 接着分析了网络的波长重用特性, 进而对所要求的光放大器增益和输出功率进行了计算, 最后计算了网络的最大节点数和最大信道波长数.     

高速脉冲超宽带系统和芯片设计

脉冲超宽带无线通信系统功耗低、复杂度低,但传输速率一般不高.本文提出高速脉冲超宽带无线通信系统方案,方案采用高速采样、低阶量化和数字处理技术,在保持较低的系统功耗和复杂度的条件下,实现了超过100 Mbps的脉冲超宽带无线信息传输.论文给出了系统方案、核心算法、芯片设计中的关键技术以及仿真结果.作为核心算法,提出的联合同步和信道估计算法具有低的复杂度,并易于实时实现.论文介绍了芯片设计中的数字基带芯片结构、接收机的状态转移和联合同步和信道估计算法的实现等关键技术.基于提出的方案,研制了数字基带芯片,其内核功耗小于100mW.采用研制的芯片,开发了试验系统,能够进行实时无线高清视频传输.对试验系统进行了实际测试,实测结果验证了该高速脉冲超宽带方案的有效性.     

基于等效信道的物理层认证和密钥分发机制

现有基于无线信道特征的物理层安全方法通过检测发送方的导频信号实现身份认证，易出现漏检．本文提出基于等效信道的物理层认证及密钥分发机制，利用多个时隙的信道特征对任意密钥进行加密传输建立等效信道，将信道特征的差异映射为传输畸变．依据密钥传输的正确性判断收发两端信道特征互信息的大小，从而在完成密钥的分发的同时实现发端身份认证．分析及仿真说明该机制密钥分发性能与现有方法相当，同时可以在不同空域信道相关性很强的情况下识别出窃听者的攻击．     

GNSS星间链路测量与通信新方法研究

本文研究了GNSS星间链路测量与通信系统的关键技术.通过对标准型Walker24/3/2星座卫星的星间几何特性和空间参数的分析,设计了一种具有低跳数全网覆盖通信能力的星间固定链路拓扑结构,有效的减少了星间链路的数量,增强了系统的可实施性和可靠性.提出了一种新的时分双工方式和测量与通信一体化的信号体制,详细推导了新体制下采用双向扩频非相干信息帧测距与时间同步算法的计算公式、误差的模型和修正方法.理论分析与仿真结果表明本文所设计的GNSS星间链路测量与通信系统较现有的GPS系统具有更高的测距/时间同步精度、更高的测距效率、更有效的信道利用率和更大的数据传输率,而且不受星座构型的限制,既适用于MEO星座,也适用于未来MEO和GEO等混合星座,为新一代GNSS星间链路的建设提供了有力的技术支持.     

用物理噪声源改进航天器信息安全的研究

分析了所提出的一种基于物理噪声源的航天器短消息扩展方法的有效性,计算了扩展后消息的熵,证明采用该方法可以有效增加存在于航天器数据系统中的大量长度很短且多次重复的短消息的熵,从而增强其传输过程的安全性;本文还提出了一种对M.J.Gander和U.M.Maurer所提出的密钥协商协议的改进方法,利用物理噪声源所产生的随机数据,设置通信双方协商过程的初始参数,使之不依赖于通信信道的特性,准确控制协商过程和密钥量,使该方法适用于长寿命航天器与地面之间保密通信中的密钥管理.     

基于二维导频的OFDM系统信道估计算法研究

提出了基于一种离散傅立叶变换与一维维纳滤波联合的信道估计算法,相比线性内插与一维维纳滤波联合的估计算法仅利用相邻导频获得导频间信道估计,该算法通过插入二维导频对数据分块,利用每个分块的接收数据进行信道估计,从而提高了信道估计的性能.与二维维纳滤波算法相比,该算法在估计性能接近的情况下,计算复杂度大大降低.