协力拓展低空经济新赛道

作为新质生产力的代表性领域之一,低空经济正成为各地产业政策规划中的热词,打开了一个万亿级的产业新赛道。依托低空智联网、人工智能等新技术赋能,低空经济已形成一种容纳并推动多技术领域协同发展、极具活力和创造力的综合性新兴经济形态,以前所未有的发展态势,推动经济发展由“平面”向“立体”模式转型,成长为中国经济新增长引擎、发展新质生产力的“新蓝海”。

“低空智联网”专栏序言

2023年底召开的中央经济工作会议中提出,要“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”。低空经济正成为越来越多省市看准的“新赛道”。2024年2月召开的中央财经委员会第四次会议上研究了大规模设备更新和消费品以旧换新问题,研究了有效降低全社会物流成本问题;提出要优化主干线大通道,打通堵点卡点,完善现代商贸流通体系,鼓励发展与平台经济、低空经济、无人驾驶等结合的物流新模式。

有人机/无人机智能协同目标搜索和轨迹规划算法

基于有人机/无人机智能协同平台,针对多个位置未知的干扰信号源搜索及轨迹规划进行了研究。考虑到搜索过程的实时性和动态性,提出了一种基于多智能体深度强化学习的有人机/无人机智能协同目标搜索和轨迹规划(MUICTSTP)算法。各无人机通过感知接收干扰信号强度在线决策轨迹规划,同时将感知信息和决策动作传给有人机来获得全局评估。仿真结果表明,该算法相比其他算法在长期接收干扰信号强度、碰撞等方面表现出更好性能,且获得更优的学习策略。

基于自由空间光的无人机通信网络关键技术与发展趋势

在当前电磁频谱拥堵和无线电干扰严重的情况下,基于自由空间光(FSO)的无人机(UAV)通信网络作为推进空天地一体化进程的重要一环,得到了学术界和工业界的广泛关注。与传统射频通信相比,FSO通信具有高数据传输速率、低时延和高安全性等优势。然而,FSO链路易受大气信道条件影响,同时UAV高移动性、网络高动态性以及机载资源的有限性给FSO的稳定连接与可靠通信带来了巨大挑战。因此,该文在介绍了FSO传输特性的基础上,着重分析了提升基于FSO的UAV通信网络稳定性与通信质量的关键技术,在此基础上,归纳出高可靠、强智能、长续航的发展趋势,以期为基于FSO的UAV通信网络发展提供参考与借鉴。

基于生成对抗网络的天线三维方向图室外测量方法

天线方向图测量是天线测量的重要内容。针对天线方向图室外测量困难的问题,提出了一种基于生成对抗网络的天线三维方向图室外测量方案。该方案利用无人机对天线方向图数据进行采集,对采集的数据进行修正,获得待测天线和接收天线极化匹配时的直射径数据,最后利用训练好的生成对抗网络重构出天线的三维方向图。仿真结果表明,本方案可以高效、高精度地完成天线三维方向图的测量,具有一定的实用价值。

个性化本地差分隐私机制的研究现状与展望

本地差分隐私作为一个优秀的隐私保护模型,被广泛应用于数据收集和统计分析中的隐私保护问题。但是本地差分隐私没有考虑不同用户的隐私需求差异以及不同数据的属性差异,因此作为本地差分隐私的一种变体,个性化本地差分隐私被提出。本文根据上述两类差异将个性化本地差分隐私机制分为两类,并在此基础上对该领域的研究现状进行了分析和总结。首先本文介绍了个性化本地差分隐私的基本概念和理论模型。其次对近年来的个性化本地差分隐私机制的若干文献进行了分析和归类,并详细介绍了几种代表性方案的原理和特点,包括数据扰动方法和数据聚合方法等。最后本文对该领域的未来发展方向进行了讨论与分析。

基于收缩自编码器的无人机GPS欺骗攻击协同检测方法

GPS欺骗攻击是一种通过改变GPS信号来诱导接收机导航系统的恶意攻击,它会使无人机产生偏离运行轨迹、飞入禁飞区、强制降落等异常行为。当前对GPS欺骗攻击的检测仍存在模型训练效率较低、检测性能不高等问题,基于此,本文提出了一种无人机GPS欺骗攻击协同检测方法。该方法采用联邦学习框架,多个基站通过本地接收的无人机运行数据协同训练异常检测模型并计算异常检测阈值,进而检测无人机是否存在GPS欺骗攻击。此外,为了防止在联邦学习过程中不同基站本地训练数据分布差异过大导致模型训练效果降低的问题,本文采用收缩自编码器作为异常检测模型。与自编码器相比,收缩自编码器通过在损失函数中加入新的损失项,将训练数据样本的低维表示压缩到更小的范围内,从而使模型在训练过程中能够更好地学习训练数据样本的低维特征,提高了模型区分正常数据和异常数据的能力。基于公开数据集的实验结果表明,本文提出的方法对无人机GPS欺骗攻击的准确率、查准率和召回率分别达到了96.49%、96.03%和93.85%,比原始的自编码器提高了1.63%、0.8%和4.62%,且与采用集中式学习框架相比,本文提出的协同检测方法能够显著提高模型的训练效率。同时,本文提出的联邦学习收缩自编码器受平衡系数改变的影响最小,在异常检测阈值计算不准确的情况下仍然能够达到较好的检测结果。

基于对抗互易点学习的无人机通信干扰开集识别方法

无人机通信由于空对地无线信道的开放性,易受到各种有源或无源的物理层干扰,这些干扰会严重影响无人机通信的性能,导致无人机通信质量下降甚至通信中断等问题。因此,为保障无人机在复杂环境下能实现安全可靠的通信,对各类干扰的有效检测和精准识别尤为重要。传统的无人机通信干扰识别方法通常考虑闭集干扰场景的假设,即只能识别训练过程中使用过的干扰模式,而难以有效判断新出现的未知干扰模式。然而,在实际复杂电磁环境中,由于无法事先获知所有可能的干扰模式,无人机通信系统需要同时应对已知和未知的干扰,即面临开集干扰场景。为此,本文提出了一种基于对抗互易点学习的无人机通信干扰开集识别方法。首先设计了基于残差神经网络(ResNet)的对抗互易点学习框架,以从I/Q数据中有效地提取干扰特征,并确保已知和未知干扰类在特征空间中的良好分离。接着,考虑到在不同干信比和不同干扰信号的特征分布的差异性,设计了联合自适应阈值开集分类器,实现对已知和未知干扰模式的准确识别。为验证所提方法的有效性,考虑无人机空对地通信的多种因素,并基于双射线传播模型生成了一个无人机通信干扰数据集。仿真结果表明,所提方法在不同干信比情况下识别性能均优于基线方法,在干信比为10 dB时,达到了88.1%的归一化识别精度,实现了对无人机通信干扰的有效开集识别。

区块链赋能的低空智联网

低空智联网是低空经济发展的重要基础设施,在这种复杂的系统中,无人机的安全控制面临着空域安全、数据安全及频谱安全等多重安全挑战。为了同时解决这3个问题,本文提出了一个基于区块链的三面协同监管架构,同时使用链上和链下信息。链上包含无人机身份和注册等信息,而链下包含广播式自动相关监视(Automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)和频谱等信息。为解决跨域认证问题,提出了一种基于ADS-B信息和无证书的高效签名算法。由于ADS-B协议中缺乏纠错机制,ADS-B信息在传输过程中容易受到信道噪声和干扰而产生错误,因此哈希验证可能会失败。为了缓解这种签名失败,设计了一种基于纠错码的跨层签名算法进行纠错。经实践验证,基于区块链的三面协同监管平台已成功试用于长江低空示范试验区。

用于自适应天线的稳健的RLS算法

抗干扰通信是电子战的重要组成部分 ,自适应天线不仅具有很强的抗干扰能力而且可以与其它通信抗干扰技术相兼容 .自适应算法是自适应天线的核心 .本文把应用数学学科研究的热门方法之一“稳健估计 (RE)”应用于RLS算法中 ,得到稳健的RLS算法 (RRLS) ,理论分析与计算机模拟结果都证明了RRLS算法基本保持了RLS算法的优点 ,同时在抗突出值干扰方面 ,优于RLS算法 ,提高了RLS算法的稳健性 .

面向频谱大数据处理的机器学习方法

随着移动互联网与物联网的迅猛发展,个人无线设备的数量呈现指数级增长,随之产生的海量频谱数据与日俱增,频谱大数据的存在已成事实。同时,频谱赤字也日益严峻。为提高频谱利用率,有效的频谱大数据处理显得十分重要。本文从无线通信的角度,首先给出了频谱大数据的定义并分析了它的基本特征;然后总结了一些对于频谱大数据分析与利用颇具前景的机器学习方法,如分布式和并行式学习、极速学习、核学习、深度学习、强化学习、博弈学习和迁移学习;最后给出了几个开放性话题和研究趋势。

电磁频谱空间认知新范式:频谱态势

电磁频谱已经成为信息时代不可或缺的国家战略资源,面对越来越复杂的电磁频谱环境所带来的重大挑战,电磁频谱空间研究对未来频谱共享、无线电秩序管理以及电磁频谱战有着重要意义。本文从频谱态势理论模型、广域频谱态势感知、动态频谱态势生成和频谱态势高效利用4个方面,综述了对电磁频谱空间认知基础理论和关键技术的研究现状,并指出将孤立、分散、静态的频谱数据整合成一个整体、动态、关联、可视的异构数据集合是频谱态势未来的发展方向,为未来移动通信系统提升动态频谱效率、无线电秩序管理中提高恶意用户检测概率与虚警概率性能、对抗条件下增强频谱效能比,提供理论与技术支撑。

稀疏信道下的码片均衡算法

针对稀疏信道的码片均衡,提出了一种RLS的改进新算法—SMRLS算法.理论分析与计算机模拟结果表明SMRLS码片均衡器性能优于传统的Rake,在稀疏信道下与经典的MRLS码片均衡器相比稳态误差基本保持不变,收敛速率提高且大大减少了运算量.

无人机辅助边缘计算的能量效率最大化算法设计

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。

软件无线电在第三代移动通信系统中的应用与新进展

第三代移动通信系统的研究推动了软件无线电技术的发展 ,而软件无线电技术又促使第三代移动通信系统更加灵活地实现。本文分析了软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用 ,并总结归纳了由于第三代移动通信系统的推动作用 ,软件无线电系统呈现出的一些新的发展趋势。

基于谱熵的语音检测

根据离散余弦变换(DCT)特性和最大离散熵定理,该文提出利用短时语音余弦变换谱的谱熵进行语音信号检测(Voice activity detection)。在强噪声环境下,传统的能量,过零率,相关等检测方法将会失效,而谱熵法则具有稳健的抗噪特性。

基于张量补全的多维频谱地图构建

频谱地图是解决频谱短缺问题的前提和基础,它可以从地理位置,频率,时间,能量等多维度刻画频谱数据,从而直接查看频谱信息,例如占用频段,空闲时段,以及指定频段的覆盖范围等,实现了对多维频谱数据的整合和呈现。针对实际应用中,由于采用了压缩感知或者受传输噪声的影响,往往采集到的都是不完整的频谱数据这一问题,本文中我们提出了一种结合预测模型的频谱张量补全方法,来恢复这些缺失的数据。基于通用软件无线电设备建立了实测频谱数据的收集系统提出的方法进行仿真验证。仿真结果表明,在提出的结合预测模型的方法下,频谱张量的补全效果有了一定的提升。

基于DAQL算法的动态频谱接入方案

针对传统的动态频谱接入方案一般没有考虑自主性,不具备普适性这一缺点,提出了一种基于双动作Q学习算法DAQL(double action Q-learning)的频谱接入方案,该方案将DAQL引入到多授权用户存在的环境下频谱接入问题中,用以降低接入未知频谱环境时的冲突概率。仿真结果表明,提出的方案与随机接入方案相比,不但有更小的冲突概率,而且能动态适应环境的变化,适合认知无线电的需要。

码片均衡多径干扰抵消联合接收机

研究了低扩频比下如何提高数据传输系统性能的问题 ,提出了一种新的线性码片均衡与非线性干扰抵消相级连结构即RLS MPIC结构 ,并给出了导频抵消码片均衡算法 (PC MRLS) .PC MRLS算法抑制了导频干扰 ,为MPIC提供了较好的初始判决值 ;MPIC对均衡后多径信号进行抑制 ,进一步提高了系统的性能 .理论分析与计算机模拟结果表明 ,RLS MPIC接收机与传统的Rake接收机、码片均衡器以及多级干扰抵消接收机相比 ,在性能上有较大的改善 .

码片均衡导频抵消Rake联合接收

码片均衡是提高第三代移动通信系统性能的关键技术之一。为了增强码片均衡器的性能,该文提出了一种新的码片均衡导频抵消Rake联合接收机方案,给出了导频抵消算法,分析了3种典型的码片均衡器及低扩频比下的Rake接收与导频抵消的一些特征。计算机模拟结果证明与码片均衡器相比,联合接收机无论在小扩频比还是大扩频比,一股信道还是严重失真信道的条件下,均有较大的性能增益。