革兰氏阳性类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)的基因组和蛋白组研究

从西藏墨脱嘎隆拉山海拔3000m土壤中分离出一株革兰氏阳性类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.),用Illumina Hiseq测序平台进行全基因组测序以及通过Prokka1.14.6软件进行基因组注释。结合antiSMASH 7.0和BAGEL 4分析Paenibacillus sp.基因组预测次级代谢产物生物合成基因簇。为了验证代谢产物路径,用不同破碎方法提取菌株全蛋白,通过蛋白质组质谱技术进行分析,结合不同蛋白质组分析软件,共鉴定了3383个蛋白质。通过同源比对,提取的蛋白质中可以检测到套索肽生物合成基因簇中依赖ATP半胱氨酸蛋白酶N端区域B1和ABC转运器。同时,用BAGEL4软件blastp功能从NCBI数据库中获取Paenibacillus sp.基因组中潜在完整的套索肽生物合成基因簇。

COSPAS-SARSAT系统第二代示位标信号的软件无线电设计实现

遇险示位标是全球卫星搜救系统(COSPAS-SARSAT)的一个重要组成部分。目前遇险示位标大多是第一代窄带示位标,采用固定的调制变频架构,存在集成度低、功能单一、升级需要更换硬件电路等问题。针对这些问题,文中设计了一种基于ZYNQ7000+AD9361软件定义无线电集成架构的第二代遇险信标示位标信号产生电路,其优点是信息内容、信号格式、发射参数可软件灵活定义。文中首先根据COSPAS-SARSAT系统第二代遇险示位标信号的格式规范,设计了扩频、滤波、调制等信号处理流程,仿真验证了信号特性;然后,用ZYNQ7000+AD9361软件定义无线电架构完成了PL和PS设计,实现了符合第二代COSPAS-SARSAT示位标规范的发射信号;最后进行了测试,结果表明该设计方法符合设计要求,有效可行。该设计具有分立器件少、集成度很高、高度可编程性、可灵活实现示位标的在线维护升级和信号转换等优点。

MOF基单原子催化剂用于CO_(2)还原的研究进展

CO_(2)资源化利用是实现“双碳”目标的重要途径之一。金属有机框架(metal-organic frameworks,MOF)材料具有高孔隙率、可调节的功能、丰富的活性位点和潜在锚定位点等优点;单原子催化剂(single-atom catalysts,SAC)有独特的电子结构和最大化金属利用率的优点。结合二者的优势,MOF基单原子催化剂在光/电催化CO_(2)还原反应中表现出良好的应用前景。系统地总结了MOF基单原子催化剂在光/电催化CO_(2)还原中的最新研究进展,主要分为2个部分:纯MOF固定的SAC和MOF衍生的SAC,分别探讨了各种制备策略和原理及在光/电催化CO_(2)还原中展现的独特优势,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。最后对以MOF基材料为光/电催化CO_(2)还原催化剂的研究进行了总结和展望。

实测卫星频谱占用状态拟合与预测方法

由于在不同时间、不同空间卫星接收数据底噪是动态起伏的,传统建模固定门限的方法存在缺陷。本文在时间维度上对卫星频谱感知数据的频谱占用模型进行分析,利用自适应阈值法确定噪声门限,对卫星频谱数据进行预处理,得到卫星频谱占用长度序列。为对卫星频谱的态势进行有效的统计分析,利用泊松分布和指数分布方法对频谱占用时间长度序列的概率密度曲线进行拟合,得到了适用于卫星频谱占用时间序列的概率分布模型。基于所得的卫星频谱占用状态模型,通过两状态马尔可夫链计算出卫星信道某一频点的状态转移矩阵,从而预测出信道占用和空闲的概率。利用卫星频谱感知数据构建的数据集进行反向传播(BP)神经网络训练,预测某一频点的占用长度。通过计算BP神经网络与传统的长短期记忆(LSTM)神经网络预测法的均方根误差(RMSE),得到LSTM神经网络的RMSE为2.2081,BP神经网络的RMSE为0.1728。评估结果表明,BP神经网络准确度高。

基于天基干扰绘图的星地一体化系统频谱共享研究

针对未来星地一体化系统中新入低轨道地球卫星(LEO)组件的用频需求和现任地面组件聚合干扰影响的问题,面向天基认知系统提出频谱感知和频谱数据库辅助的交织模式频谱共享方案。首先,针对低轨认知系统节点稀疏分布属性对频谱感知和干扰绘图带来的负面影响,提出“认知节点位置”概念。其次,研究低轨认知系统的双门限混合频谱感知和干扰绘图的机制,构建频谱数据库。最后,面向多状态虚拟网络模型,提出卫星组件上行频谱共享方案,实现LEO组件和地面组件之间的同频共存工作。仿真结果表明,所提双门限混合感知和干扰绘图能以较低密度的低轨认知节点实现高可靠性的频谱空间态势认知;所提基于频谱数据库和交织模式的LEO组件协作接入方案可以实现与地面组件的频谱共享,且不会显著增加LEO组件的端到端时延。

基于多波束/TDOA技术的双星干扰源定位

单星多波束干扰源定位方法需要在3个以上的同频波束都能接收到干扰源信号的情况下才能实现定位。由于同频波束的数量有限以及干扰源位置的随机性,往往会出现能接收到干扰源信号的同频波束少于3个,或接收增益过低影响定位精度的情况。【目的】针对只有两个可用波束的定位问题以及进一步提高干扰源的定位精度,提出了通过邻星与主星建立基于多波束天线与到达时间差(TDOA)技术的双星联合定位模型。【方法】通过建立双星联合定位模型,并联立出定位方程组证明了该模型的可行性。同时,基于定位几何稀疏精度因子(GDOP)对定位模型的接收增益误差、波束指向误差、到达时间差误差以及位置预测误差4个方面进行了定位误差分析,并使用Matlab进行仿真对比。【结果】仿真实验表明,基于多波束天线与TDOA技术的双星联合定位方法的定位精度明显优于传统的单星多波束定位方法。【结论】基于多波束天线与TDOA技术的双星联合定位方法利用了TDOA对定位精度影响较小的优势,使其代替部分波束参与到卫星定位中,不仅减少了对定位波束数量的需求,而且减少了测量增益的误差与波束指向的误差,大大提高了定位的精度并提升了可靠性,较单星多波束定位更具优势。

基于Chirp波形的物联信号在低轨卫星信道上的适应性分析

以远距离无线电(Long Range Radio, LoRa)体制为代表的啁啾(Chirp)波形在低功耗广覆盖的物联网(Internet of Things, IoT)技术中具有广泛的应用。针对低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星IoT(Satellite-based IoT,SIoT)场景下,Chirp波形在LEO高动态信道上的适应性问题,在传统LoRa体制的基础上提出了一种参数可配置和可扩展的物联波形设计方法,基于ZYNQ+AD9361的软件无线电(Software Defined Radio, SDR)平台,终端侧实现了带宽(Band Width, BW)、扩频因子(Spread Factor, SF)等参数可配置、可扩展的LoRa信号调制功能,网关侧实现了接收信号时频同步以及快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)解调算法。研究分析了LoRa调制的各项参数配置,在LEO卫星信道中的适应性;通过误比特率(Bit Error Ratio, BER)测试验证了LoRa调制的通信性能,并证明了参数可配置、可扩展的LoRa调制比传统LoRa调制,在LEO卫星信道下有更好的适应性。说明以LoRa体制为代表且基于Chirp波形的这一类物联信号在LEO SIoT场景下具有应用前景。

卫星物联网中多域联合活跃用户辨识方法

在卫星物联网上行免授权接入场景下,用户直接将数据发送给卫星,不需要进行动态资源分配,这将导致接收端难以事先区分活跃用户。为恢复传输数据,需进行活跃用户检测(AUD)。目前,多使用码域方法进行活跃用户辨识,但物联网密度远超移动通信用户,仅依靠码域辨识会导致地址码维度激增,降低帧效率,并且较多采集类与监测类物联网终端自身能力弱,无法实现自身位置的上报,导致这一维接入辅助信息的缺失,不利于活跃用户检测的性能提升。本文面向未来星载相控阵发展趋势,引入空域辨识思想,通过空域与码域的级联辨识,采用多域联合方法进行活跃用户检测。仿真结果表明,本文方法能够提升地址码冲突时的辨识能力。

一种卫星物联网上行干扰分析高效计算方法

低轨卫星物联网(IoT)作为空间信息网络的重要组成部分,由于其星座规模激增,卫星平台动态性强,终端数量多,在与其他通信系统进行干扰分析及协调时,存在干扰计算复杂度较高的问题。实际中,物联网终端的分布与地理和人口高度相关,但由于单颗卫星覆盖面积大,面临多种密度和部署终端,采用静态遍历计算的方式将带来运算量爆炸。本文从同频干扰产生的机理出发,以区域化发射场强作为密集物联网终端上行集总干扰的建模核心,并引入泊松点过程(PPP)分布模型对地面终端进行等效建模,使区域化的上行集总干扰仅与分布参数及发射参数有关,而与终端确切位置、数量均无关。仿真结果表明,本文方法与传统链路分析结果相比误差较小,对不同数量终端的拟合性能均较好,并能有效降低长时分析的计算复杂度,能够用于高效干扰分析与计算。

LEO卫星通信终端的RTT定位技术

低地球轨道(LEO)卫星通信互联网是未来满足万物智联、天空地一体化网络连接的6G移动通信网络重要组成部分。LEO卫星通信终端的移动性管理是LEO卫星网络运行管理的基本功能,而获取卫星终端的位置是实现移动性管理的基础。目前,全球卫星导航系统(GNSS)能够提供比较高的定位精度,但是当GNSS位置服务在受到环境遮蔽、外部干扰时可能失效,因此卫星通信终端需要一种独立于外部GNSS服务的自主定位方案。以未来LEO卫星互联网的通信信号为背景,提出一种基于往返时延(Round Trip Time,RTT)测量的LEO卫星通信终端自主定位体制,对OFDM卫星互联网信号的时延估计算法精度以及定位误差进行了理论计算和数字仿真,获得了本定位方案的均方根误差(RMSE)和几何稀度因子(GDOP),计算结果表明可以实现百米量级的快速定位,满足了移动性管理所需的千米量级位置信息的应用需求。

融合Stackelberg博弈和联邦学习的多星协作频谱认知方法研究

针对低成本和小型化低轨卫星的监测角度和方向分辨率相对较低、处理能力和峰值功率受限等因素造成单颗低轨卫星频谱认知能力弱的问题,提出了融合Stackelberg博弈和联邦学习的多星协作频谱认知方法。首先,结合各频谱认知卫星的可用算力、认知性能、处理与传输时延等特性,建立面向多频谱认知任务的协作卫星选择与算力资源分配算法;其次,基于所选择的节点和所分配的算力,设计低复杂度的多星协作频谱认知策略,其可自动辨识频谱空洞、检测干扰和识别调制模式。仿真实验结果表明,相比于单节点认知方法,所设计多星协作频谱认知策略能显著提升认知性能,且相比于对比模型,所设计策略中的模型可在不损失性能时,模型的参数量和浮点运算量降低分别可达96.69%和93.32%。

基于多特征融合的卫星信号调制方式识别

面向卫星通信中常用的QPSK类调制方式识别问题,提出了一种联合了谱特征、瞬时统计特征、高阶累积量特征和幅度分布特征的调制识别算法。算法在信号预处理与频域检测的基础上,首先利用速率信号谱特征和二次方谱特征识别出OQPSK和BPSK,然后分别利用频谱重心法和速率信号法估计信号的载频、带宽和符号速率等参数,并从正交下变频及匹配滤波后的符号定时同步后的复信号中提取高阶累积量特征参数,将剩余信号分类为调相信号和幅相调制信号,最后联合四次方谱特征和幅度分布特征完成所有调制方式的识别。仿真结果表明算法对频偏不敏感,于16APSK和32QAM的识别性能也比传统的基于高阶谱的方法要好,且算法在信噪比为6 dB时除16QAM和64QAM外的调制方式识别率为100%。最后,用信号源和采集卡搭建测试平台,九种实采信号的分类结果验证了算法的有效性,由于经频谱重心法估计出的载频存在一定误差,再次证明了该算法对频偏不敏感。

基于低轨卫星PCMA信号的信道估计算法研究

【目的】随着天地一体化信息网络的发展,低轨卫星通信系统迎来发展热潮,成对载波多址(PCMA)技术凭借其节省带宽资源的优点也逐渐向低轨卫星通信发展。然而,传统PCMA技术多用于高轨卫星中,无法适应低轨卫星信道高动态的衰落信道特性,使得PCMA接收端误码性能大大下降,其中的瓶颈在于重叠信号的信道估计与均衡技术。【方法】针对低轨卫星信道特点,文章提出了一种联合训练序列估计与自回归(AR)模型预测的信道估计方案。借鉴叠加训练序列信道估计的思想,引入了适用于PCMA混合信号信道估计的迭代方法,通过迭代提升训练序列信道估计的精确度;并利用AR模型实时预测数据序列的信道状态信息(CSI),同时也通过AR模型预测达到降低训练序列信道估计频次的目的,以适应低轨卫星信道的动态性。【结果】仿真结果表明,叠加训练序列信道估计的思路可以适用于PCMA信号中,经过迭代可以获得精确信道估计值。文章所提方法可以有效提高信道估计的精确性,且经过信号分离以及解调后,在信噪比>9 dB时误码率可以达到10-3量级。【结论】文章所提信道估计方案并入PCMA接收方案中后,误码率损失在可接受范围内,可以支持PCMA技术在低轨卫星通信中的应用,算法结构简单,复杂度低,具有实际可行性。

基于加窗互模糊函数估计的卫星搜救定位技术

【目的】随着卫星技术的不断发展,将卫星应用于地面信息网络低覆盖区域进行人员搜救已普及,卫星搜救定位技术作为人员和设施位置指示的有效手段,广泛应用于海上、航空和个人遇险救援行动。而全球卫星搜救系统的发展和研究中,搜救源高精度和快速的定位是其主要目标。【方法】针对卫星搜救信号突发特点,采用双星时频差定位作为卫星搜救定位方法,其所需的到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)参数估计是提高定位精度的关键。为了提高双星时频差定位技术的参数估计性能和定位精度,文章提出了一种基于时域加窗的互模糊函数(CAF)时频差估计搜救定位技术方案,通过时域加窗CAF来提高时频差估计的精准度,并利用估计值代入双星时频差定位方程组从而解算出搜救信号源位置,即通过高效地提高时频差参数估计精度达到定位精度提高的目的,以准确找到搜救源。【结果】仿真结果表明,加窗下的CAF时频差参数估计方法可用于搜救定位中,能够获得精确时频差估计值,且加入傅里叶变换后可以减少参数估计时间,进而优化定位性能。将时差误差控制在4μs内、频差误差控制在0.2 Hz以内时,定位精度可以达到千米量级。【结论】文章所提方案并入卫星搜救定位技术后定位性能得到改善,能够支持卫星搜救定位技术在搜救系统中的应用,算法结构简单,复杂度低,具有实际可行性。

跳波束波位优化与干扰避免的跳变图案设计

跳波束技术利用时间分片的方式提高了通信系统的资源利用率,但现有的跳波束波位相对固定,不能随业务需求的变化而变化;且跳变波束服务的波束越多,系统排队时延越大;当多个波束同时工作时,同频干扰也不容忽视。对此,本文在波位优化的基础上,进一步提出一种将时隙分配与跳波束图案设计联合优化的资源分配算法。以最大化系统吞吐量为目标,首先利用相控阵天线可波束赋形的特点,根据业务需求,配置合适大小的波位;其次利用遗传算法对跳波束图案进行设计,从而避免共信道干扰。对比联合优化前后系统性能参数,结果表明,该方法能够提高系统吞吐量和业务满意度,降低系统排队时延。

基于TDD的低轨卫星跳波束资源分配算法

低轨(LEO)卫星跳波束技术可以灵活分配系统资源,适用于业务分布不均匀的场景。时分双工(TDD)方式可以减少星载和地面终端设备的天线数量,有效降低其复杂度,并有利于开展上下行非对称业务。本文提出一种基于TDD的LEO卫星跳波束资源分配算法,在满足业务需求的基础上,以最小化时域资源消耗为目标,建立支持跳波束和多频时分多址接入(MF-TDMA)机制的LEO卫星反向链路资源分配模型;综合考虑星地动态时延补偿,采取一种多层次的跳波束时隙架构设计,以最大化可用时隙为目标,建立上下行时隙切换模型,并提出一种基于TDD的跳波束时隙排布优化方法。仿真结果表明,对比于传统的MF-TDMA资源分配方法或固定多波束均分算法,本文提出的算法能有效提高系统的时隙利用率和吞吐量。

实体识别技术研究进展综述

实体识别技术作为知识图谱构建的重要步骤,已广泛用于语义网络、机器翻译、问答系统等自然语言处理中,在推动自然语言处理技术落地实践的过程中起着非常关键的作用。本文根据实体识别技术的发展历程调研了现有的实体识别方法,主要为早期基于规则和词典的实体识别方法、基于机器学习的以及基于深度学习的命名实体识别方法;整理了每种实体识别方法的关键思路、优缺点和具有代表性的模型,特别对目前使用较多的基于双向长短期记忆网络(BiLSTM)模型和基于Transformer模型的实体识别方法进行了概述;介绍了目前主流的数据集以及评价标准。最后,面向未来机器类通信的语义需求,总结了实体识别技术面临的挑战,并对其未来在物联网业务数据方面的发展进行了展望。

面向低轨巨型星座的多目标卫星接入优化

低轨巨型星座可以提供全球无缝覆盖的卫星通信服务,但也会导致用户被卫星多重覆盖,如何选择最优的卫星进行接入,成为低轨巨型星座接入技术的关键问题。对此,提出一种基于粒子群的多目标卫星接入优化算法。综合考虑星地距离、卫星剩余可服务时间和卫星剩余负载等目标函数,根据不同业务类型的QoS需求,对参数赋予相应的权值;针对可视卫星数量多且动态变化的特点,通过粒子群算法进行低复杂度求解。仿真表明,相较于对比算法,所提算法对星地距离和卫星剩余可服务时间进行了优化折中,保障了服务时间和通信质量,提高了接入成功率,能够灵活满足用户的不同业务类型需求,适应用户业务不同时空分布以及业务离散化的场景。

智能超表面辅助低轨卫星通信技术综述

卫星通信能够提供超视距、大容量的通信服务,但在城市区域、峡谷森林等视线受遮蔽严重的区域,会出现视距衰落严重、多径效应显著等问题,影响通信质量。近年来出现的智能超表面(RIS)可以通过动态控制反射单元的电磁性质,构建可控电磁环境,为改善低轨(LEO)卫星通信质量提供新的思路。本文基于RIS基本原理与优势,对RIS用于LEO卫星通信中信道建模、信道估计、波束成形等关键技术进行探讨,最后分析了目前RIS在实际应用中面临的主要挑战,以期为LEO卫星场景下的RIS研究提供参考。

面向卫星通信的混合多址通信接收方案研究

卫星通信场景中,随着卫星通信的发展,频谱资源日益紧缺,利用率过低。卫星信道的开放性且过长的卫星链路使得卫星传输隐蔽性差,难以保证信号的安全传输。为了应对频谱资源紧张与安全传输的需求,借鉴非正交多址(Non Orthogonal Multiple Access,NOMA)的思想,叠加传输扩频信号与非扩频信号,在接收端设计分离方案,并设计循环迭代消除流程。仿真表明,所提方案可以保证信息的安全传输,且分离后的误码率损失可以通过循环迭代改善,符合实际应用。