认知学习:电磁频谱空间机器学习新范式 被引量：4

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作者 阮天宸 吴启晖 +2 位作者 赵世瑾 周福辉 黄洋 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1430-1442,共13页

随着无线设备及其应用呈现指数级增长,以及各种无线技术的出现,电磁频谱环境呈现环境多域、态势多维、应用多样、行为多变、信号密集的复杂特性.通过对海量数据进行即时有效的分析和处理,实现有效的频谱资源管控,对于频谱高效利用和电... 随着无线设备及其应用呈现指数级增长,以及各种无线技术的出现,电磁频谱环境呈现环境多域、态势多维、应用多样、行为多变、信号密集的复杂特性.通过对海量数据进行即时有效的分析和处理,实现有效的频谱资源管控,对于频谱高效利用和电磁致胜显得尤为重要.以机器学习为代表的智能技术方法为电磁频谱数据分析提供了新的发展机遇,目前其已经应用于无线网络、频谱管理、资源管理等场景.然而,将机器学习应用于电磁频谱空间存在许多挑战.因为电磁频谱空间环境任务动态变化、高质量标记样本稀缺、频谱决策对高实时性的需求、知识利用和迁移困难等难点,现有机器学习算法难以很好地适用于电磁频谱空间的智能认知和决策.以干扰识别的研究为例,传统的技术包括信号特征提取和模式识别两个阶段.随着计算机算力的进步,深度学习技术凭借强大的特征表征能力逐渐占据主导地位.然而电磁频谱空间环境和数据往往存在未知、动态变化等不确定性因素,深度学习难以快速学习和适应未观测到的任务,其泛化性较差,且依赖大量高质量标记样本和人工调整超参数进行离线训练.因此,尽管深度学习在大多数研究场景中展现出了传统机器学习难以望其项背的结果,传统的机器学习图像识别模型仍然在某些场景中具备优势.在干扰识别中,若根据环境和任务特征动态地调度传统机器学习算法和深度学习算法及其超参数,则可以避免单一算法的缺陷,使总体性能得到改善.由此可见,提出一个能够自适应动态环境与任务、不断积累新知识、对错误样本数据具有鲁棒性、部分可解释的学习范式,对于从感知智能向认知智能跨越、迈向通用人工智能具有重要的研究意义和实际应用价值.本文从频谱特性出发,提出了电磁频谱空间机器学习新范式:认知学习,试图在“认知”的层面使用机器学习技术.认知学习范式包括离线训练、在线执行、在线结果反馈、离线自学习过程,对应大脑认知机制的执行控制和内省过程.离线训练探索算法结构和超参数与环境和任务的匹配关系,在线时能够有效地根据实际环境执行快速决策,选择合适的算法和超参数并输出学习结果,同时利用学习结果的反馈传递进行离线自学习的自我优化,形成离线-在线-离线的结构.具体来说,认知特征提取模块建立环境和任务特征与算法类型和超参数之间的匹配关系,从而得到合适的算法类型和超参数;记忆模块调用具体算法和超参数值,进行算法的重构;学习网络模块根据数据执行所选择的算法,输出在线学习结果;认知评估模块对在线学习结果进行内省,调整记忆中的频谱数据库与认知案例库,更新最合适的算法和超参数.在离线阶段,根据当前的学习结果判断是否将其作为新的认知案例存储至记忆空间;认知控制模块重新训练算法和超参数的选择,从而不断优化算法和超参数选择性能.此外,本文揭示了认知学习中的动态匹配定理和最优匹配定理,并根据没有免费午餐定理的思路完成了定理证明.动态匹配定理论证了最优算法和超参数的存在性与动态性,即对于任意环境和任务,总存在一组性能最优的算法和超参数.不同的环境与任务对应不同的最佳算法和超参数,并且本文提出的框架可以为动态环境和任务选择出这组算法和超参数.本文还揭示了最优匹配定理,即当算法和超参数选择的知识增加时,候选的算法类型和超参数搜索空间减小,能够选择到最合适的算法类型和超参数的概率提升.本文设计了一种面向干扰识别的认知学习方案.通过认知特征提取,基于差异性的任务需求和信号模态,对不同问题采取不同算法和超参数产生测试结果,生成认知案例库.将大量认知案例作为训练样本训练算法和超参数选择的神经网络.对于神经网络结构,采用了径向基函数神经网络,其优势是隐藏单元的数量不需要手动设置.当各种问题特征的训练样本数量增加时,隐藏层的大小可以根据近似线性相关准则自动扩展,缓解了神经网络中灾难性遗忘的问题.本文进行了不同数据集和不同识别要求情况下的干扰识别仿真.仿真结果表明,所提框架能适应动态变化的环境和任务、能通过自学习提升性能、能缓解错误标记样本的影响,对电磁频谱空间机器学习的发展具有启发式意义.认知学习的发展仍有进步空间,未来需要从多模态计算、知识的可解释性、大规模任务、学习架构的可扩展性等方向寻求突破. 展开更多

关键词 电磁频谱空间 机器学习 认知学习 算法选择 干扰识别

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电磁空间态势研究现状综述 被引量：11

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作者 李泓余 韩路 +3 位作者 李婕 唐磊明 况婷妍 丁国如 《太赫兹科学与电子信息学报》 2021年第4期549-555,595,共8页

面对日益复杂的电磁环境,电磁空间态势因其整体性、动态性、关联性、可视性、海量性、多维性等特点,为提升用频系统综合性能、实现移动通信系统频谱共享及保障重大安保活动频谱安全等提供了重要的理论支撑,已经逐渐成为国内外频谱领域... 面对日益复杂的电磁环境,电磁空间态势因其整体性、动态性、关联性、可视性、海量性、多维性等特点,为提升用频系统综合性能、实现移动通信系统频谱共享及保障重大安保活动频谱安全等提供了重要的理论支撑,已经逐渐成为国内外频谱领域最具活力的研究方向之一。本文从电磁空间态势的角度出发,重点介绍了国内外电磁空间态势研究的相关技术,并进一步系统性介绍了国内外的代表性工作。最后,总结了电磁空间态势研究的重要性与发展现状,并提出了该领域在未来面对的挑战。 展开更多

关键词 电磁频谱空间 电磁空间态势感知 电磁空间态势分析与可视呈现 频谱地图

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一种动态校正的信号双尺度近邻定位方法 被引量：2

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作者 孙顺远 朱红洲 秦宁宁 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期93-100,共8页

在大型室内定位场景中,利用接收信号强度的指纹定位算法存在信号传播不稳定、计算复杂度高以及定位精度低等问题。为解决该问题,提出一种动态校正的信号双尺度近邻定位算法。根据目标区域的物理连通性,采用一对多支持向量机构建分区模型... 在大型室内定位场景中,利用接收信号强度的指纹定位算法存在信号传播不稳定、计算复杂度高以及定位精度低等问题。为解决该问题,提出一种动态校正的信号双尺度近邻定位算法。根据目标区域的物理连通性,采用一对多支持向量机构建分区模型,缩小信号变化范围,减小在线阶段的数据计算量。以高斯过程回归训练接入点信号距离模型预测分区路径损耗特性,校正信号波动值,使定位结果更加稳定。在线阶段,引入斯皮尔曼相似系数来衡量信号间的相似度,减小指纹库中异常值带来的影响,基于动态邻近算法计算信号间的差异值,然后使用Blending模型融合算法将这两种尺度进行线性融合,建立具备动态高斯校正能力的双尺度近邻定位算法,并设计环境参数自适应获取近邻k值,减小环境噪声的影响,克服了单一的信号尺度易导致定位结果波动较大的问题。测试结果表明,所提算法在房间和走廊区域定位精度均小于0.5173 m,相较于传统算法,定位精度提升约25%以上。 展开更多

关键词 室内定位 指纹定位 分区 高斯过程回归 信号双尺度

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基于多核DSP的雷达信号分选设计与实现 被引量：4

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作者 秦令令 陆满君 +1 位作者 陈涛 张文旭 《制导与引信》 2020年第4期1-6,16,共7页

针对实际应用中雷达信号分选的实时性要求,提出了一种基于TMS320C6678多核数字信号处理器(DSP)的雷达信号分选并行处理架构。采用预分选与主分选结合的信号分选结构,以主从模式实现多核并行处理,提高雷达信号分选的效率。实验结果表明,... 针对实际应用中雷达信号分选的实时性要求,提出了一种基于TMS320C6678多核数字信号处理器(DSP)的雷达信号分选并行处理架构。采用预分选与主分选结合的信号分选结构,以主从模式实现多核并行处理,提高雷达信号分选的效率。实验结果表明,该方法可有效实现雷达信号快速分选,缩短信号分选处理所用时间。 展开更多

关键词 雷达信号分选 多核数字信号处理器 并行处理

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基于弹载场景的MSK-LFM雷达通信一体化波形优化 被引量：5

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作者 代雪飞 陆满君 张文旭 《制导与引信》 2021年第3期5-11,38,共8页

为满足弹载设备小型化的需求,提出了一种雷达通信一体化波形实现方法。该方法将线性调频(LFM)信号和最小频移键控(MSK)信号进行融合,生成MSK-LFM一体化信号,并针对一体化信号在大多普勒频偏条件下通信误码率急剧增大的问题,采用二次线... 为满足弹载设备小型化的需求,提出了一种雷达通信一体化波形实现方法。该方法将线性调频(LFM)信号和最小频移键控(MSK)信号进行融合,生成MSK-LFM一体化信号,并针对一体化信号在大多普勒频偏条件下通信误码率急剧增大的问题,采用二次线性迭代估计算法进行优化。仿真结果表明:采用该一体化信号可以同时实现雷达和通信功能;二次线性迭代估计算法能够有效消除多普勒效应对一体化信号的影响,降低系统误码率。 展开更多

关键词 最小频移键控-线性调频 雷达通信一体化 多普勒频偏 二次线性迭代估计

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基于OFDM的雷达通信一体化信号 被引量：4

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作者 郑雨轩 陆满君 +1 位作者 张文旭 代雪飞 《制导与引信》 2021年第2期18-23,共6页

为了解决雷达通信系统的一体化问题,提出一种基于正交频分复用(OFDM)的雷达通信一体化信号实现方法。该方法将OFDM和二相编码相结合,信号码元采用二相编码,编码后的信号调制到OFDM的子载波上并行传输。仿真结果表明:基于OFDM和二相编码... 为了解决雷达通信系统的一体化问题,提出一种基于正交频分复用(OFDM)的雷达通信一体化信号实现方法。该方法将OFDM和二相编码相结合,信号码元采用二相编码,编码后的信号调制到OFDM的子载波上并行传输。仿真结果表明:基于OFDM和二相编码的一体化信号与OFDM信号的时域波形相同,具有较好的隐蔽性;一体化信号的雷达模糊图呈现理想的“图钉状”,代表该信号的雷达探测能力较好。 展开更多

关键词 雷达通信一体化信号 正交频分复用 二相编码

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一种双信标机制下的指纹库构建方法 被引量：4

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作者 秦宁宁 吴忆松 孙顺远 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期111-119,共9页

针对室内定位研究中指纹库构建需要耗费大量人力及时间进行信号采集的问题,提出了一种基于双信标机制和径向基神经网络的指纹库扩展算法。基于双信标机制和径向基神经网络的指纹库扩展算法能够根据场景需求灵活调整信标点采样比例,兼顾... 针对室内定位研究中指纹库构建需要耗费大量人力及时间进行信号采集的问题,提出了一种基于双信标机制和径向基神经网络的指纹库扩展算法。基于双信标机制和径向基神经网络的指纹库扩展算法能够根据场景需求灵活调整信标点采样比例,兼顾随机性与均匀性的基础上,调控各维度抽样区间内均能获取一个样本值,在保证预测准确度的前提下,取得最低采样开销;采用径向基神经网络挖掘信标点位置与信号之间的深层联系,以场景特征扩充小尺度指纹库,预测待估计位置信号强度,达到扩张指纹库的目的。通过主次信标的协同,选择具备平衡指纹精度和扩张效率的最优信标点,减少采样信标数量的同时,确保定位精度。经实测场景测试,在保障预测准确率的前提下,基于双信标机制和径向基神经网络的指纹库扩展算法受益于消除信标集合的偶然性的能力,能将指纹库扩展至140%,在差值误差控制在3.1%左右的情况下,平均预测误差较现有算法降低12%以上。 展开更多

关键词 室内定位 指纹定位 指纹库构建 双信标

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动态模糊匹配下的多元相似度定位算法 被引量：1

8

作者 秦宁宁 吴忆松 杨乐 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期27-35,共9页

针对指纹定位中传统的区域划分方式无法保证区域匹配准确率的问题,提出了一种模糊匹配算法,使得匹配范围动态调整,提高定位速度的同时削弱区域划分带来匹配失准的缺陷。在位置计算阶段则结合多维相似度系数,并引入环境参量重新分配近邻... 针对指纹定位中传统的区域划分方式无法保证区域匹配准确率的问题,提出了一种模糊匹配算法,使得匹配范围动态调整,提高定位速度的同时削弱区域划分带来匹配失准的缺陷。在位置计算阶段则结合多维相似度系数,并引入环境参量重新分配近邻点权重,克服环境和设备的变化对定位带来的不利影响,降低定位误差。经实测场景测试,在保障匹配准确率的前提下,所提算法相较于全局匹配减少60%以上的指纹匹配量,且通过实验验证,定位精度较现有的算法提高17%以上。 展开更多

关键词 室内定位 指纹定位 模糊匹配 多元相似度

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一种OFDM雷达通信共享信号优化设计方法

9

作者 吴振南 姚瑶 +2 位作者 张文旭 代雪飞 张发洋 《制导与引信》 2022年第1期29-34,55,共7页

多载波体制的雷达通信共享信号主要采用正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术进行设计。基于OFDM的雷达通信共享信号的循环前缀具有消除码间串扰、维持各个子载波正交的重要作用。但循环前缀会使信号模... 多载波体制的雷达通信共享信号主要采用正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术进行设计。基于OFDM的雷达通信共享信号的循环前缀具有消除码间串扰、维持各个子载波正交的重要作用。但循环前缀会使信号模糊函数产生“伪峰”,降低能量利用率,影响雷达性能。针对该问题,提出了一种利用空白保护间隔的方法,在不影响通信质量的前提下消除“伪峰”,同时有效降低模糊函数的峰值旁瓣比。在此基础上进一步利用互补P4码和OFDM相结合的方式生成新的雷达通信共享信号。经仿真验证,相比于16阶正交幅度调制(16QAM)与OFDM相结合生成的16QAM-OFDM信号,新的雷达通信共享信号距离模糊图的峰值旁瓣比降低了1.871dB。 展开更多

关键词 雷达通信共享信号 模糊函数 空白保护间隔 互补P4码

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信道化结构的无乘法器优化与实现

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作者 崔鑫磊 陆满君 +1 位作者 张文旭 何俊希 《制导与引信》 2020年第2期43-50,共8页

针对宽带接收机在拥有大的动态范围与高灵敏度的同时需要降低资源占用的问题,基于多相滤波信道化结构和频率响应屏蔽技术,将正则有符号数编码技术和改进动态旋转因子算法用于无乘法器的信道化结构优化设计中,将乘法器资源的占用转化为... 针对宽带接收机在拥有大的动态范围与高灵敏度的同时需要降低资源占用的问题,基于多相滤波信道化结构和频率响应屏蔽技术,将正则有符号数编码技术和改进动态旋转因子算法用于无乘法器的信道化结构优化设计中,将乘法器资源的占用转化为移位器与加法器的占用,提高硬件实现的效率、降低延迟。仿真结果表明:无乘法器算法可以有效地降低乘法器资源占用,提高信号处理性能。 展开更多

关键词 宽带数字接收机 信道化 正则有符号数编码 动态旋转因子

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无人机辅助边缘计算的能量效率最大化算法设计 被引量：18

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作者 吴启晖 吴伟 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期15-24,共10页

针对无人机辅助的边缘计算系统,提出了一种两阶段交替优化算法以最大化系统能量效率,该优化问题复杂且非凸。为此,首先利用Dinkelbach方法将建模的非线性分式规划问题转换为一类等价的参数寻优问题。其次,将其拆分成2个子问题进行交替... 针对无人机辅助的边缘计算系统,提出了一种两阶段交替优化算法以最大化系统能量效率,该优化问题复杂且非凸。为此,首先利用Dinkelbach方法将建模的非线性分式规划问题转换为一类等价的参数寻优问题。其次,将其拆分成2个子问题进行交替优化。利用拉格朗日对偶法,给出了中央处理单元频率和数据比特量的闭式解。最后,所获得的解揭示了源节点选择卸载与共享自身数据和无人机中继选择转发计算结果的必要条件,以及实现更高能量效率的方法。仿真结果表明,与传统算法相比,所提算法在能量效率方面可获得最高近20倍的性能提升。 展开更多

关键词 无人机通信 移动边缘计算 中继 能量效率 资源分配

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基于多元高斯混合模型的离线指纹数据库 被引量：6

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作者 秦宁宁 王超 +1 位作者 杨乐 孙顺远 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1772-1780,共9页

针对室内环境下单次采样测量值的波动变化及信号间的相互干扰,该文提出一种基于分区多元高斯混合模型(MVGMM)的室内定位系统。根据信号接入点(AP)铺设位置与空间结构,系统采用一对多支持向量机算法对目标区域做分区操作,以精确信号变化... 针对室内环境下单次采样测量值的波动变化及信号间的相互干扰,该文提出一种基于分区多元高斯混合模型(MVGMM)的室内定位系统。根据信号接入点(AP)铺设位置与空间结构,系统采用一对多支持向量机算法对目标区域做分区操作,以精确信号变化的区域范围。利用狭小分区内信号间的耦合关系,建立基于信号间相互干扰的多元高斯混合模型,以改善信号波动所造成的定位精度下降。当室内环境发生变化时,基于分区多元高斯混合模型的自适应更新算法可对各分区指纹数据的可信度做出判断,并以自适应算法更新信号波动较大分区的模型参数,提高模型与现有环境间的耦合程度。实验结果表明,该文算法可利用相对少量样本数据,构建稳定可维护的室内信号分布模型,相较于其他算法,其定位精度也有一定程度提高。 展开更多

关键词 室内定位 多元高斯混合模型 分区 自适应更新

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基于DRFM的间歇采样延时叠加干扰生成设计 被引量：8

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作者 张恒 张文旭 +1 位作者 陆满君 朱剑 《制导与引信》 2020年第3期25-29,40,共6页

为提升信息化战争中对敌方雷达的干扰效率,提出了一种基于数字射频存储技术的间歇采样延时叠加干扰实现方法。基于该方法设计了雷达干扰信号生成系统,利用现场可编程门阵列中丰富的知识产权(IP)核资源,提取雷达信号参数信息、制定干扰策... 为提升信息化战争中对敌方雷达的干扰效率,提出了一种基于数字射频存储技术的间歇采样延时叠加干扰实现方法。基于该方法设计了雷达干扰信号生成系统,利用现场可编程门阵列中丰富的知识产权(IP)核资源,提取雷达信号参数信息、制定干扰策略,以间歇采样延时叠加的方式生成干扰信号。经试验验证,该方法能够高效、精准地干扰目标雷达。 展开更多

关键词 数字射频存储 欺骗干扰 雷达信号 现场可编程门阵列

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模糊聚类下的接入点选择匹配定位算法 被引量：8

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作者 秦宁宁 张臣臣 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期71-81,共11页

针对指纹定位中传统聚类方法难以有效划分物理空间以及信号源不稳定导致定位误差大的问题,为降低数据库存储成本与提高指纹质量,提出了一种基于模糊聚类的精简接入点匹配定位算法。该算法在离线阶段将面积较大的目标区域按信号源特征划... 针对指纹定位中传统聚类方法难以有效划分物理空间以及信号源不稳定导致定位误差大的问题,为降低数据库存储成本与提高指纹质量,提出了一种基于模糊聚类的精简接入点匹配定位算法。该算法在离线阶段将面积较大的目标区域按信号源特征划分为多个重叠模糊分区,综合考量各分区中信号源的稳定可见性及冗余性等多尺度特征,建立区域最小接入点辨识集合,在提高定位实时性的同时削弱不稳定接入点信号带来的匹配失准的缺陷。在位置计算阶段结合区域接入点稳定性特征分配近邻点权重,以此对传统欧氏距离进行改进,同时依靠待定位用户运动过程中相邻时刻间的速度约束关系筛选定位野值,克服环境和信号源变化对定位结果带来的不利影响,降低定位误差。经实测场景测试,所提算法在对接入点进行有效筛选的前提下降低了定位算法的运算消耗,在显著减少离线数据存储量的同时,将定位场景的平均定位误差控制在了1 m以内,较已有经典定位方法,其定位精度提高了15%以上。 展开更多

关键词 室内定位 指纹定位 模糊聚类 接入点选择

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基于Q学习的捷变频雷达频点跟踪与决策方法

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作者 赵桐 陆满君 +2 位作者 张文旭 曲海山 张涛 《制导与引信》 2021年第4期32-38,共7页

针对捷变频雷达载频在一定频带内不断变化导致干扰方不能有效跟踪雷达频点的问题,提出了一种基于Q学习算法的捷变频雷达频点跟踪决策方法。通过分析强化学习的自主学习特点,将Q学习的思想映射于频点跳变系统中,并设计了频点跟踪与决策... 针对捷变频雷达载频在一定频带内不断变化导致干扰方不能有效跟踪雷达频点的问题,提出了一种基于Q学习算法的捷变频雷达频点跟踪决策方法。通过分析强化学习的自主学习特点,将Q学习的思想映射于频点跳变系统中,并设计了频点跟踪与决策的算法流程。以某频点跳变策略为基础,分析捷变频雷达及干扰方干扰的频点跳变状态,构建频点状态序列,通过仿真验证该算法的有效性。仿真结果表明,该方法能够利用侦察得到的捷变频雷达频点信息自主学习频点跳变规律,完成对捷变频雷达频点的跟踪,并依据学习到的跳变规律实时做出干扰频点决策。 展开更多

关键词 捷变频雷达 频点跟踪与干扰决策 Q学习 强化学习

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机会无人机辅助数据收集的组网和资源分配方法

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作者 孙伟皓 王海 +1 位作者 秦蓁 屈毓锛 《电子与信息学报》 2025年第5期1381-1391,共11页

配备存储部件的机会无人机打开了数据传输的机会时间窗口,在低空数据收集系统中呈现巨大的潜力。为了提高数据收集效率,移动用户可以主动组网,将数据预先集聚到具备位置优势的簇头节点,由簇头节点负责上传,实现时空维度的流量塑形。该... 配备存储部件的机会无人机打开了数据传输的机会时间窗口,在低空数据收集系统中呈现巨大的潜力。为了提高数据收集效率,移动用户可以主动组网,将数据预先集聚到具备位置优势的簇头节点,由簇头节点负责上传,实现时空维度的流量塑形。该文研究了机会无人机辅助数据收集的组网和资源分配方法。具体而言,如何根据机会无人机的既定航迹,通过联合优化用户的子网数据传输策略、子网资源分配策略和子网形成策略,最大化全网数据上传总量。上述问题高度耦合且具有海量的状态空间,较难求解。该文通过推导闭式表达式求解子网数据传输和资源分配子问题,通过联盟博弈求解子网形成子问题。最终提出了一种迭代优化算法来获得具有高效、可靠、自组织和低复杂度的解决方案。仿真结果表明所提方法能够有效提升数据收集效率。同独立上传策略以及基于距离聚类和传统联盟博弈组网策略相比,所提方案的数据上传总量分别提升了56.3%,51.6%和17.8%。 展开更多

关键词 无人机辅助通信 机会传输 资源分配 联盟博弈

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