跳频电磁引信干扰感知技术方案研究

将跳频体制信号引入鱼雷电磁引信能有效拓展引信工作带宽、提高抗干扰能力, 但如何选取备选频点、避免跳频频率与干扰冲突, 是目前仍需解决的问题之一。本文分析研究了跳频鱼雷电磁引信工作原理及干扰特性, 基于认知无线电技术的频谱管理思想设计了一种干扰感知策略, 提出一种基于多分辨率频谱感知算法的干扰感知技术方案, 并采用双门限判决方法解决了跳频鱼雷电磁引信背景干扰与随机干扰的同步检测问题, 设计了备选频点选取算法。仿真结果表明, 提出的技术方案能够有效实现干扰感知, 采用高斯函数作为母小波函数可在信噪比(signal to noise ratio, SNR)为5 dB时, 使最高检测概率达0.995;在SNR为－15 dB时, 最高虚警概率低于0.25;当SNR高于－5 dB时, 应对应答干扰和扫频干扰的跳频干扰冲突概率均低于0.05%。     

基于压缩感知的认知无线网络协作频谱感知技术

针对传统频谱感知算法受A/D器件物理瓶颈,硬件计算能力等限制难以实现宽频段授权用户实时检测的问题,将压缩感知技术应用于宽带频谱感知,建立了一个基于Xampling前端的新型协作频谱感知模型,在此模型基础上提出一种基于认知用户分组,纽内利用压缩感知技术进行信息融合,组间对各组检测结果进行判决融合,两者结合实现授权用户检测的新算法,并给出了认知用户的分组原则.与传统宽带频谱感知算法相比,该方法无需高速A/D,也不需要恢复原始信号,可有效降低宽带频谱感知的硬件复杂度,缩短频谱感知时间,仿真结果证实了新算法的有效性.     

基于BSS的跳频通信抗部分频带噪声阻塞干扰方法

根据跳频信号与部分频带噪声阻塞干扰信号的近似统计独立性,提出一种基于盲源分离的跳频通信对抗部分频带噪声阻塞干扰方法。所提方法利用分离信号的二阶或高阶统计量构建目标函数引导分离矩阵迭代,实现跳频信号与部分频带噪声阻塞干扰信号的有效分离,从而提高跳频通信的抗干扰能力。仿真结果表明,所提方法可明显改善跳频通信在部分频带噪声阻塞干扰下的误码率性能,而且分离算法的处理时延很小,有望满足跳频通信的实际需求。     

基于卷积神经网络的OFDM频谱感知方法

在认知无线电网络中,高效且准确的频谱感知是必不可少的一个环节。针对传统机器学习算法在频谱感知训练慢的难题,提出一种基于卷积神经网络的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)频谱感知方法,将深度学习在图像处理上的优势应用到OFDM信号频谱感知中。该方法首先分析OFDM信号的循环自相关和频谱感知模型,对循环自相关进行归一化灰度处理,形成循环自相关灰度图;然后以LeNet-5网络为基础设计卷积神经网络分层地对训练数据进行学习,提取出更加抽象的特征;最后将测试数据输入到训练好的卷积神经网络模型,完成频谱感知。仿真实验表明,该方法能够完成OFDM信号的频谱感知,在低信噪比条件下具有较高的检测概率。     

超宽带TH-PPM 调制技术抗干扰性能研究

针对超宽带TH-PPM调制技术在多个频带干扰条件下的抗干扰性能进行了分析研究。基于超宽带TH-PPM调制所使用脉冲波形的不同,推导得出了在多个频带干扰条件下,超宽带TH-PPM调制技术的抗干扰能力指标的通用数学表达式。该结果对单频带干扰也同样适用。此外,在多个频带干扰条件下,对超宽带TH-PPM调制技术、直接序列扩频调制技术和跳频调制技术的抗干扰性能进行了比较分析研究,并分别对其进行了数值仿真。仿真结果表明,在多数情况下,超宽带TH-PPM调制技术抑制多个频带干扰的能力,明显优于直接序列扩频调制技术和跳频调制技术。     

OFDM认知无线电系统中的自适应资源分配新算法

认知无线电能通过提高频谱资源利用率,来解决无线频谱资源紧缺的问题,正交频分复用(OFDM)被认为是能与认知系统完美结合的技术。提出了一种基于OFDM认知系统的动态资源分配算法。该算法从最大化次用户的总传输比特速率出发,在次用户总的发送功率限制和主用户的干扰门限限制下,基于构建的新的代价函数,运用改进的匈牙利算法进行子信道分配,然后根据次用户的需求,进行自适应比特和功率分配。仿真结果表明,该算法可以有效利用不同主用户频带间的频谱空穴,使次用户系统的吞吐量最大,同时保证各个主用户受到的干扰总量低于各自的干扰门限。     

频率估计的一种同频信号加权融合算法

为提高低信噪比条件下短时正弦信号的频率估计精度,针对任意长度的正弦信号,提出一种同频信号加权融合算法.首先,给出同频信号的定义和频谱模型;其次,构造具有相位连续化特性和噪声对消特性的相位修正矩阵对同频信号频谱进行加权融合,使加权融合后的频谱近似于相位连续信号频谱.最后,谱峰搜索加权融合后的频谱,获得高精度的频率估计值,仿真实验表明,与现有方法相比,算法抗噪性强,普适性好,频率估计精度高.     

基于特征值极限分布的双门限频谱感知算法

针对传统频谱感知算法在较低信噪比和存在噪声不确定度时,检测性能降低的问题,提出了一种基于特征值极限分布的双判决门限频谱感知算法。由于利用了双门限和信号采样协方差矩阵的特征值进行判决,这种算法不但可以有效地克服噪声不确定度对检测性能的影响,而且不需要预先知道主用户信号的任何信息。与已有的最大最小特征值频谱感知算法相比,由于采用了双判决门限,因此该算法的检测性能更优。仿真结果表明,该方法不但可以有效地克服噪声不确定度,而且检测性能也优于最大最小特征值算法。     

宽带跳频通信系统频域均衡算法

针对差分跳频通信系统跳频带宽宽、瞬时带宽窄的信号特点,提出了一种差分跳频均衡算法--基于最小均方算法的多跳联合频域均衡算法。分析了最小均方误差准则频域均衡与单符号最小均方频域均衡对宽带差分跳频通信系统的不适用性,从而提出适用于差分跳频通信系统的多跳联合最小均方频域均衡算法,给出了算法详细的设计过程和结构。对算法性能在频率选择性衰落信道条件下进行仿真评估,结果表明本算法对差分跳频通信系统的信道均衡性能具有显著的作用,能提高差分跳频系统的解调误码性能。     

高效的多跳频信号2D-DOA估计算法

为了利用跳频信号的空域特征参数辅助多跳频信号的网台分选,在空时频分析的基础上,提出一种基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)对称压缩谱(MUSIC symmetrical compressed spectrum, MSCS)的多跳频信号二维波达方向(two dimensional direction of arrival, 2D-DOA)高效估计算法。首先根据跳频信号的时频域特征,构建每一跳的空时频矩阵(spatial time frequency distribution, STFD),获取时频域的协方差矩阵;然后将共轭子空间的思想引入到MUSIC算法中,通过对噪声子空间及其共轭的交集进行奇异值分解,实现噪声子空间的降维;最终通过半谱搜索实现2D-DOA的高效估计。同时为了提高低信噪比条件下算法的性能,在时频图处理过程中采用形态学滤波进行去噪,并在修正的时频图上完成了跳频信号每一跳的提取。通过理论论证和实验仿真表明,本文算法相比于MUSIC算法,在保证均方根误差相当和估计成功率有所提高的情况下,计算复杂度降低了一半。     

一种认知超宽带无线通信系统的设计与实现

从改善UWB通信系统与常规无线电系统电磁兼容性角度出发,研究一种认知M元扩频UWB通信方案. 与DS-UWB不同,依据所提方案,发送信号中M个近似正交的PN码随机出现,传输波形不存在循环周期性,信号频谱非常平滑,基本没有谐波状谱线,功率谱更类似于白噪声,隐蔽性更好,抗噪声性能更强,归一化误码特性随M的增大而改善,直至逼近香农限. 为防止带内常规无线电信号恶化系统性能,在接收机前端设计了频谱感知与干扰避免算法,理论分析与仿真实验表明所提算法可有效对抗窄带干扰对系统带来的影响,大幅提高系统性能. 该技术方案,在极低性噪比条件下的应急通信与隐蔽通信等领域有重要推广应用价值.     

抗跟踪干扰的多序列跳频无线通信系统

常规慢速频移键控跳频（frequency-hopping/frequency-shift-keying,FH/FSK）受跟踪干扰威胁严重;差分跳频抗跟踪干扰能力强,但部分频带干扰下误码率高。为提高常规慢速跳频抗跟踪干扰性能,同时不损失抗部分频带干扰性能,提出的多序列跳频（multi-sequence frequency hopping,MSFH）无线通信方式中,数据信道和补偿信道频率分别按不同跳频序列跳变,使干扰方无法准确跟踪补偿信道,减少了跟踪干扰影响;而接收机射频前端采用窄带接收,与差分跳频的宽带接收相比可有效抑制部分频带干扰。在瑞利衰落信道下,分析了卷积编码MSFH抗干扰性能。数值和仿真表明,在最坏跟踪干扰下MSFH比常规跳频约有5~10 dB误码率性能增益,且抗部分频带干扰性能优于差分跳频。     

基于双门限能量检测的协作频谱感知算法

为了克服传统能量检测算法的不足,提出了一种基于双门限能量检测的协作频谱感知算法（cooperative spectrum sensing algorithm based on double threshold energy detection, CSBDE）。该算法采用噪声不确定条件下的双门限值作为判决条件,将本地能量检测结果划分为硬判决和软判决。认知基站采用优化的融合准则,首先对所有本地硬判决进行融合,根据需要再进一步对本地软判决进行融合,最终给出全局判决结果。蒙特卡罗仿真结果表明,该算法能够克服噪声不确定性对能量检测的影响,提高了系统的检测性能。     

基于PSWF的高效正交脉冲设计方法

为了提高系统的单位频带利用率,基于时限椭圆球面波函数提出了一种高效正交脉冲设计方法。脉冲设计频段被划分为多个相互交叠的子频带,基于频〖CD*2〗时域波形设计方法,各子频带分别求解带通时限椭圆球面波函数。通过正交化方法构建时域正交脉冲,所设计的正交脉冲在子频带内频谱相互混叠,相邻子频带内频谱相互交叠。理论分析及仿真结果表明,正交脉冲在频域上具有较好的能量聚集性,用于信息传输时,通信系统的单位频带利用率极限值可达到2 Baud/Hz。     

全随机跳频脉冲信号设计与处理

对于高频雷达系统,通常很难找到一段连续可用的“寂静”频带,为了获得大的距离分辨带宽,可以离散地利用多段可用频带。然而,信号频谱的离散性会造成较高的距离旁瓣。所研究的全随机跳频脉冲信号,通过控制不同频率脉冲出现的概率可以获得较低的距离旁瓣。研究了全随机跳频脉冲信号自相关函数的统计特性,并给出了可用频带连续及非连续两种情况下的信号设计方法。     

基于特征值的频谱感知算法仿真研究

频谱感知是认知无线网络中的一个重要功能,是实现其他功能的基础。研究了新型的基于特征值的感知算法,充分利用随机矩阵的渐近谱分布特性和特征值的收敛特性来设置判决门限,提高感知性能。理论分析和仿真结果均表明,新型算法性能明显优于典型的能量检测算法,克服了能量检测算法的噪声不确定性问题。

Abstract：

Spectrum Sensing is an important function in the cognitive radio networks.A new eigenvalue-based detection scheme for spectrum sensing was studied,and decision thresholds were set to have good performance by using the property of asymptotic spectrum distribution and convergence of maximum eigenvalue of random matrices.Theoretical analysis and simulations results show that the new detection scheme can obviously outperform the classical energy detection,and overcome the noise uncertainty problem.     

基于自适应感知的OFDM宽带测控抗干扰方法

针对正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)宽带测控中难以有效对抗干扰的问题,提出多门限的快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)和小波包联合自适应频谱感知来实现宽带OFDM频谱重构抗干扰。该方法首先通过固定双门限FFT能量感知进行带宽内高干噪比干扰初检测,然后通过自适应小波包频谱感知实现剩余低干噪比频宽内的干扰检测,最后根据频谱感知结果,对OFDM宽带测控系统的频谱进行重构,实现干扰规避。实验结果表明,感知算法方法具有较好的干扰检测性能,并能够实现OFDM宽带测控系统的有效抗干扰。     

基于SNR和谱熵的协作式频谱感知算法仿真研究

目前的频谱感知算法大多受到信道衰落、噪声不确定性等因素的影响,针对此问题,提出了一种基于SNR和谱熵的协作式频谱感知算法CSSE.1)CSSE算法选择具有最大SNR的节点作为中继节点转发信号进行协作频谱感知,有效的解决信道衰落带来的影响.2)CSSE算法采用谱熵检测主用户信号,有效的解决噪声不确定性带来的影响.提出的CSSE算法在不需要知道主用户信号先验知识的情况下,不但能够有效的缓解信道衰落、噪声不确定性带来的影响,而且具有较低的频谱感知时间,具有很好的实际应用价值.仿真结果表明,相比已有的频谱感知算法,不仅检测性能得到了比较大的提高,而且频谱感知的时间也减少了近40％.     

认知无线电网络抗恶意用户节能协作频谱感知策略

针对当前认知无线电网络协作频谱感知策略存在能量消耗过大且未考虑恶意用户存在及通信链路中断的问题,提出一种基于信誉管理系统的节能协作频谱感知策略。首先对系统信誉值和感知报告总数的表达式进行推导分析,建立感知策略模型,对恶意用户进行有效抑制。进一步提出策略对应的虚警和漏检概率估计方法及其闭合表达式,深入分析通信链路中断带来的影响。最后仿真结果表明,在达到相同检测目标情况下,提出的节能策略所需感知报告数量较传统策略更少,有效降低了能量消耗。感知性能在通信链路存在中断情况下受到的影响更小。