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信息收集中无人机节能轨迹设计与资源优化

哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：郭少雄宋志群李勇刘丽哲王斌先进通信网全国重点实验室(中国电子科技集团公司第五十四研究所)

为优化无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）中无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）辅助信息收集系统的能量消耗，在综合考虑无人机飞行能耗和传感器节点上行数据传输能耗的基础上，提出了一种考虑链路间干扰的无人机... 详细信息

为优化无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）中无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）辅助信息收集系统的能量消耗，在综合考虑无人机飞行能耗和传感器节点上行数据传输能耗的基础上，提出了一种考虑链路间干扰的无人机轨迹和传感器功率分配联合优化算法。首先，基于实际约束构建了系统能耗最小化问题模型。随后，针对多约束优化问题的非凸性特征，采用块坐标下降法（block coordinate descent，BCD）将系统能耗最小化问题分解为固定无人机轨迹下的功率分配和固定功率分配下的无人机轨迹优化两个子问题。根据子问题的数学特征，采用凸近似法将非凸问题转化成可以求解的近似凸优化问题。通过对两个子问题的交替迭代优化，得到原非凸问题的近似次优解。最后，通过仿真实验验证了所提算法的可行性和有效性。结果表明，所提算法最大可使系统能量消耗降低22%，明显优于对比算法；且随着传感器节点数量的增加，所提算法的优势更加明显。研究结果为WSN中的信息收集提供了一种系统能耗优化思路，即在有限提高无人机飞行能耗的基础上，有效降低系统的能量消耗。

关键词：无线通信无线传感器网络无人机信息收集轨迹设计块坐标下降节能

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基于GA-MP的低复杂度OTFS检测算法

电讯技术 2024年第2期64卷 288-294页

作者：孙宇彤贾皓翔何欣郭梦琪赵旦峰哈尔滨工程大学信息与通信工程学院哈尔滨150001 中国电子科技集团公司第五十四研究所石家庄050081 通信网信息传输与分发技术重点实验室石家庄050081

针对正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)通信系统信号检测复杂度高的问题,提出一种改进的高斯近似消息传递(Gaussian Approximate Message Passing,GA-MP)检测算法。依据最大后验概率检测准则,对发送信号及隐变量进行逐... 详细信息

针对正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)通信系统信号检测复杂度高的问题,提出一种改进的高斯近似消息传递(Gaussian Approximate Message Passing,GA-MP)检测算法。依据最大后验概率检测准则,对发送信号及隐变量进行逐符号高斯近似,基于置信传播算法与联合因子图进行消息传递,用边缘后验概率替代GA-MP中的外部信息以减少运算量,结合阻尼因子提升收敛速度,同时引入概率阈值减少后续更新的节点数,从而使运算复杂度得到有效降低。实验结果表明,改进后的GA-MP算法在保证误码率性能的前提下具有更低的复杂度。

关键词：正交时频空信号检测高移动性场景高斯近似消息传递低复杂度

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相干光通信消相位模糊载波同步算法

光学学报 2024年第5期44卷 77-85页

作者：李华贵李少波刘旭超马树泉中国电子科技集团公司第五十四研究所光通信研发中心河北石家庄050081 河北省光子信息技术与应用重点实验室河北石家庄050081

相针对基于相位增量的M次方载波同步算法存在的相位模糊问题,分析了相位模糊与系统调制参数之间的关系,并通过对帧同步过程进行改进,实现了载波同步相位模糊的消除。分别基于OptiSystem和集成相干光通信收发机搭建了空间相干光通信仿真... 详细信息

相针对基于相位增量的M次方载波同步算法存在的相位模糊问题,分析了相位模糊与系统调制参数之间的关系,并通过对帧同步过程进行改进,实现了载波同步相位模糊的消除。分别基于OptiSystem和集成相干光通信收发机搭建了空间相干光通信仿真系统和实验系统,并利用所提的消相位模糊载波同步算法对接收信号进行了处理。仿真和实验结果表明,所提出的消相位模糊载波同步算法频偏补偿和相差补偿范围不受系统调制速率、调制阶数的约束,具有更好的应用前景。

关键词：光通信相干光通信相干探测载波同步消相位模糊帧同步

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面向韧性拓扑构造的无人机集群功率分配策略

西安电子科技大学学报 2024年第2期51卷 28-45页

作者：胡嘉琳任智源刘安妮程文驰梁晓东李少波西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安710071 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 河北省光子信息技术与应用重点实验室河北石家庄050081

针对无人机作战网络因自身内部故障或受到敌方攻击干扰而造成的网络性能下降及网络瘫痪问题,提出了一种基于功率分配的强韧性无人机作战网络拓扑构造方法。该方法首先以边连通度作为网络的韧性指标;其次,基于最大流最小割定理将最小割... 详细信息

针对无人机作战网络因自身内部故障或受到敌方攻击干扰而造成的网络性能下降及网络瘫痪问题,提出了一种基于功率分配的强韧性无人机作战网络拓扑构造方法。该方法首先以边连通度作为网络的韧性指标;其次,基于最大流最小割定理将最小割作为韧性指标的测度;在此基础上,考虑到单架无人机及系统整体功率有限,从物理层角度出发,通过调节无人机节点的发射功率以构造拓扑,从而提高网络韧性,提出了功率约束下的无人机作战网络功率分配策略;最后,采用粒子群优化算法解决功率约束下的拓扑结构韧性优化问题。仿真结果表明,在相同的调制方式及功率约束下,面对链路失效模式和节点失效模式,对比其它功率分配算法,基于粒子群优化算法得到的功率分配方案能有效提高无人机作战网络韧性,其所构建的网络在约66.7%的链路失效情况下,平均业务成功到达率仍保持在95%以上,满足实际作战需求。

关键词：无人机韧性最小割约束优化

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基于Qt和MATLAB混合编程的水下光斑目标跟踪软件设计

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 411-418页

作者：王凯强李哲邢振冲马仙仙中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 中国电科网络通信研究院河北石家庄050081 河北省光子信息技术与应用重点实验室河北石家庄050081

水下无线激光通信相比于水声、长波甚长波等传统水下无线通信手段具有明显的技术优势,而在水下特殊信道环境影响下,信号光斑易产生形变、闪烁,导致通信链路建立和维持难以进行。针对这一问题,提出了一种基于Qt和MATLAB混合编程的水下光... 详细信息

水下无线激光通信相比于水声、长波甚长波等传统水下无线通信手段具有明显的技术优势,而在水下特殊信道环境影响下,信号光斑易产生形变、闪烁,导致通信链路建立和维持难以进行。针对这一问题,提出了一种基于Qt和MATLAB混合编程的水下光斑目标跟踪软件设计方法,通过均值漂移(Mean shift)迭代算法实现水下目标光斑的识别和定位,采用MATLAB和Qt混合编程手段编写软件界面,搭建水箱实验平台并导入采集到的光斑序列图像。通过软件完成光斑目标识别和移动轨迹绘制,计算结果与实际光斑移动轨迹基本吻合,最大误差偏移量为7.28 pixel,验证了算法功能的有效性。

关键词：水下无线光通信均值漂移算法光斑跟踪定位软件设计

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散射通信自适应选频分集抗干扰性能分析

现代防御技术 2024年第4期52卷 65-72页

作者：沈斌松中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081

针对选频分集散射通信抗干扰性能评估准确性提升,提出了一种自适应选频分集抗干扰性能分析方法,基于抗衰落分集接收解调算法建立了选频抗干扰分析模型。通过仿真分析可获得选频分集准确的抗干扰性能,并根据不同的干扰特性得到了量化的... 详细信息

针对选频分集散射通信抗干扰性能评估准确性提升,提出了一种自适应选频分集抗干扰性能分析方法,基于抗衰落分集接收解调算法建立了选频抗干扰分析模型。通过仿真分析可获得选频分集准确的抗干扰性能,并根据不同的干扰特性得到了量化的分析结果。仿真结果表明,该自适应选频分集抗干扰分析方法优于现有的散射通信抗干扰分析方法,便捷有效,能够显著提升抗干扰性能评估的准确性。

关键词：散射通信自适应选频分集接收抗衰落解调抗干扰性能

空基激光通信大气湍流传输的HARQ方案性能分析

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光学技术 2024年第4期50卷 484-491页

作者：王娟武文周中国电子科技集团公司光电研究院天津300308 中国电子科技集团公司第五十四研究所光通信研发中心河北石家庄050081 河北省光子信息技术与应用重点实验室河北石家庄050081

大气湍流信道所引起的激光链路信号功率随机衰落是影响空基激光链路通信质量的重要因素。针对空基激光通信链路受大气湍流影响在短时间随机衰落导致的通信性能恶化情况开展HARQ传输能力仿真和性能分析。分析了不同编码码率、重传帧结构... 详细信息

大气湍流信道所引起的激光链路信号功率随机衰落是影响空基激光链路通信质量的重要因素。针对空基激光通信链路受大气湍流影响在短时间随机衰落导致的通信性能恶化情况开展HARQ传输能力仿真和性能分析。分析了不同编码码率、重传帧结构对误码纠错性能的影响,通过调整HARQ传输策略,对误码率性能改善以及通信带宽利用率等传输性能结果进行比较。根据仿真结果可知,较精细化的重传控制以及改变纠错编码码率能够有效提高激光链路的误码纠错能力。通过平衡HARQ重传过程中的编码码率和重传帧长度,可以在不影响链路传输效率的情况下明显改善激光链路传输性能。

关键词：空基激光通信大气湍流混合自动重发请求

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低NA大模场光纤高耦合效率模场适配器

光子学报 2024年第8期53卷 1-13页

作者：熊峰慕伟王洋马云亮徐呈霖张琦张小贝上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室上海200444 中国电子科技集团公司第二十三研究所上海201900

为提高低数值孔径大模场光纤与单模光纤的耦合效率,并提高输出光束的光束质量,结合加热扩芯技术和大模场光纤拉锥技术实现二者的模场匹配。基于粒子扩散和绝热拉锥方程分别建立了热扩芯光纤和锥形大模场光纤的理论模型,并仿真了其模场... 详细信息

为提高低数值孔径大模场光纤与单模光纤的耦合效率,并提高输出光束的光束质量,结合加热扩芯技术和大模场光纤拉锥技术实现二者的模场匹配。基于粒子扩散和绝热拉锥方程分别建立了热扩芯光纤和锥形大模场光纤的理论模型,并仿真了其模场分布和传输特性,优化了器件的结构及制备参数。采用数值孔径分别为0.06和0.05的商用和自制的锥形大模场光纤与无附加损耗的热扩芯光纤,制备得到两款模场适配器。分别对器件的插入损耗和光束质量因子进行了实验测试,基于数值孔径分别为0.06和0.05的大模场光纤的模场适配器的正向插入损耗分别为0.29 dB和0.23 dB,正反向损耗差值分别为0.19 dB和0.06 dB,输出光束的质量因子分别为1.26和1.15。仿真和实验结果表明,低数值孔径的大模场光纤对于高阶模式的抑制能力更强且受到纤芯偏移和角度偏移影响更小。基于数值孔径为0.05的大模场光纤的模场适配器具有更高的耦合效率和光束质量,在高功率光纤激光器中有广泛运用前景。

关键词：光纤光学模场适配器光束质量数值孔径插入损耗

弹性光网络中时频碎片感知的可生存多路径资源分配算法

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光通信技术 2024年

作者：吕晶晶冯楠左晓博晏丹任丹萍赵继军河北工程大学信息与电气工程学院河北工程大学河北省安防信息感知与处理重点实验室中国电子科技集团公司第五十四研究所河北省光子信息技术与应用重点实验室

针对EONs中业务传输的生存性要求以及频谱资源动态分配和释放导致的频谱碎片化问题，提出一种时频碎片感知的可生存多路径资源分配（TFFA-SMRA）算法。算法通过多路径传输技术来保证业务的生存性；并根据链路长度和频谱资源状态计算链... 详细信息

针对EONs中业务传输的生存性要求以及频谱资源动态分配和释放导致的频谱碎片化问题，提出一种时频碎片感知的可生存多路径资源分配（TFFA-SMRA）算法。算法通过多路径传输技术来保证业务的生存性；并根据链路长度和频谱资源状态计算链路权重，从而找到备选路径，减少因链路资源瓶颈造成的业务阻塞；同时引入基于时-频域匹配度度量的碎片感知频谱分配算法，以实现网络资源的高效利用。仿真结果表明，与对比算法相比，TFFA-SMRA算法的频谱利用率提高了8.52%，业务阻塞率降低了15.7%。

关键词：弹性光网络生存性路由选择频谱分配频谱碎片