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2013年 第31卷 第3期    刊出日期：2013-05-28

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RESEARCHNOTES

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2013, 31(3):  220. 

摘要 ( 1130 )   PDF (416KB) ( 750 )  

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2013, 31(3):  220. 

摘要 ( 532 )   PDF (29KB) ( 874 )  

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通信工程

提高蜂窝系统多播效率的D2D自适应协作重传

周斌1, 胡宏林2,3

2013, 31(3):  221-227.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.001

摘要 ( 1722 )   PDF (2302KB) ( 1922 )  

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针对蜂窝系统中的D2D增强型多播传输，分析了D2D重传效率与重传发射者数目之间的函数关系，推导了求解最优重传发射者的数目及子集划分的闭合表达式. 以此为理论基础，提出了一种基于有限反馈的D2D自适应协作重传方案. 该方案根据D2D链路质量自适应地选择重传发射者数目及最优重传路由，实现了多播增益与
多信道分集增益的联合优化. 仿真表明，该方案可显著提高D2D重传的频谱效率, 逼近理论最优解，提升蜂窝系统多播的吞吐量.

信道预测下的迫零波束形成系统的性能

卢敏， 曾桂根， 酆广增

2013, 31(3):  228-232.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.002

摘要 ( 1930 )   PDF (1558KB) ( 1645 )  

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分析了反馈时延对于迫零(zero-forcing, ZF)波束形成系统和容量性能的影响，提出采用最小均方误差信道预测技术补偿反馈时延. 基于ZF系统信干噪比的概率密度函数，推导了信道信息存在误差时该系统和容量期望的解析表达式. 数值仿真表明，预测器有效利用了信道的时间相关性，补偿了反馈时延带来的容量损失，仿真结果与理论分析结果吻合.

基于信道弱特征随机加扰的宽带系统物理层加密算法

庞宏伟， 金梁， 黄开枝， 吉江

2013, 31(3):  233-238.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.003

摘要 ( 1702 )   PDF (1490KB) ( 1168 )  

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针对无线宽带系统面临的窃听问题，提出一种基于信道时域弱特征随机加扰的物理层加密算法. 发送用户利用特征值分解将非奇异的授权用户信道特征矩阵分解成多个并联子信道，然后选择具有强特征的子信道发送有用信息，将具有弱特征的子信道转化为快时变信道，使授权用户接收信号趋于稳定，窃听用户接收信号质量恶化. 仿真结果表明，该算法通过特征选取可降低对授权用户的信道要求，同时降低窃听用户的SINR使窃听保持较高的误码率，从而提高系统安全性.

三芯LPFG模式耦合及有效折射率计算方法

王雪1， 刘克强2

2013, 31(3):  239-244.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.004

摘要 ( 2196 )   PDF (1614KB) ( 1112 )  

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以耦合模理论为基础，研究了两种不同结构的三芯长周期光纤光栅的模式耦合方式，推导了模式耦合方程. 分析了两种不同结构三芯光纤光栅包层模有效折射率的计算方法，并对包层模有效折射率进行了数值模拟计算. 模拟计算结果表明，不同纤芯排列方式会影响一阶奇次和偶次包层模有效折射率随波长增加而减小的程度. 研究结果为三芯长周期光纤光栅的进一步应用开发提供了潜在的理论指导.

信号与信息处理

MIMO-OFDM 系统基于压缩感知的稀疏信道估计

叶新荣1,2， 朱卫平1， 孟庆民1

2013, 31(3):  245-251.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.005

摘要 ( 2994 )   PDF (1608KB) ( 1726 )  

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为了提高MIMO-OFDM系统稀疏信道估计的准确度及减少导频子载波的数目，利用频率选择性衰落信道的冲激响应在时域具有稀疏性的先验信息，将MIMO-OFDM系统的信道估计建模为压缩感知框架里受到噪声干扰的复数信号重构，提出了分别基于稀疏度自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit, SAMP)和
变量分离近似稀疏重构(sparse reconstruction by separable approximation, SRSA)的两种MIMO-OFDM系统稀疏信道估计方法. 仿真结果表明：与传统最小二乘法的信道估计相比，在相同信噪比条件下能获得相等的估计性能，且这两种方法不必将信道的稀疏度作为先验知识，也能减少40%的导频子载波. 在估计准确度方面，基于SAMP的方法优于采用SRSA的方法，前者的MSE和BER性能更接近Cramer-Rao界；但在算法参数设置方面，后者比前者在实际应用中更容易准确设定.

共形阵列LFM信号DOA和极化参数的联合估计

张树银， 郭英， 齐子森， 苏令华

2013, 31(3):  252-258.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.006

摘要 ( 2227 )   PDF (1682KB) ( 1140 )  

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利用分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)对线性调频(linear frequency modulation,LFM)信号的能量匹配聚焦特性来简化共形阵列的数据模型，根据子空间拟合原理提出一种信源DOA和极化参数的去耦联合估计方法. 直接进行DOA估计涉及求解难度较大的多维多峰参数搜索过程，于是通过重构噪声子空间
和流形矩阵建立了单峰的目标函数，然后用PSO算法估计信源方位角和俯仰角，在此基础上利用ESPRIT实现极化参数估计. 仿真实验表明，去耦参数估计方法能在保证算法性能的前提下简化问题复杂度，有效降低运算量.

基于子词PSPL的汉语语音文档索引

陆明明， 张连海， 屈丹

2013, 31(3):  259-265.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.007

摘要 ( 1946 )   PDF (1330KB) ( 1028 )  

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针对汉语语音文档检索中最优识别单元和检索单元不一致的问题，提出一种基于子词(position specific posterior lattices, PSPL)的语音文档索引方法；该方法以词为识别单元对语音文档进行解码，得到PSPL；然后对PSPL进行子词切分，并根据子词弧与原始词弧的后验概率关系，将PSPL转换为相应的子词PSPL，以子词PSPL为索引进行查询项检索. 实验结果表明，所提出的方法在利用丰富语言信息的同时，解决了词解码器存在的边界分割不正确的问题，检索性能明显优于目前普遍使用的识别单元和检索单元均为词的PSPL索引方法.

根据反射声波相位信息识别分层介质结构

王露贤1， 王朔中1， 陈云飞2， 王润田3， 邹婷婷1

2013, 31(3):  266-270.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.008

摘要 ( 1609 )   PDF (2330KB) ( 1340 )  

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通过提取分层介质声回波的相频特征信息，对物理性质未知的分层材料实现了有效的分类识别. 分类对象为单层材料、包含两种不同声速和密度的两种双层材料、外层较硬中间较软的三层结构，硬和软是指两种材料c值的相对大小. 数值模拟表明该方法对4种分层结构能进行有效识别. 采用优化的分类流程可减小测量的工
作量.

对称双二叉树PTS相位搜索

何选森， 曾庆芳， 吴良敏

2013, 31(3):  271-277.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.009

摘要 ( 1913 )   PDF (2183KB) ( 998 )  

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为降低OFDM系统中部分传输序列的计算复杂度，提出一种对称双二叉树的相位搜索方法，将最优相位因子的搜索映射为满二叉树中代价最小通路的搜索. 通过选择中间节点数量与二叉树的搜索深度，在有效抑制OFDM峰值平均功率比的同时大幅度降低了计算复杂度. 仿真结果表明，该方法能很好地协调OFDM系统性
能和计算复杂度.

基于水印信息重排序的多流攻击反制方法

王振兴1， 张连成1， 郭毅1， 李硕2

2013, 31(3):  278-284.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.010

摘要 ( 1883 )   PDF (1548KB) ( 1083 )  

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网络流水印是一种网络攻击源主动追踪技术，但根据其流间依赖关系实施的多流攻击对流水印可用性构成严重威胁. 提出基于水印信息重排序的多流攻击反制方法，对于不同的目标数据流，采用不同的随机种子来随机选择水印信息的不同排列进行嵌入，有效消除了已标记数据流之间的依赖关系. 分析与实验结果表明，该方法可抵御多流攻击. 与嵌入位置随机化方法相比，误报率低，而且对水印检测器性能影响小，是一种抵御多流攻击的有效方法.

控制与系统

一种新型自适应粒子群优化粒子滤波算法及应用

陈志敏， 薄煜明， 吴盘龙， 宋公飞， 段文勇

2013, 31(3):  285-293.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.011

摘要 ( 2018 )   PDF (2356KB) ( 789 )  

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基于粒子群优化的粒子滤波算法精度不高，运算复杂度大，难以在实际工程中应用. 为此，文中提出一种新型邻域自适应调整的动态粒子群优化粒子滤波算法. 该算法考虑了粒子的邻域信息，利用多样性因子、邻域扩展因子和邻域限制因子共同对粒子的邻域粒子数量进行自适应调整，控制粒子对邻域的影响，减轻局部最优现象，达到收敛速度和寻优能力的最佳平衡. 利用UNGM模型、目标跟踪模型以及故障检测模型对算法的性能进行仿真测试，结果表明：该算法与PSO-PF相比提高了精度和运算速度，具有实际工程应用价值.

考虑输入饱和的直接自适应神经网络跟踪控制

李俊方， 李铁山

2013, 31(3):  294-302.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.012

摘要 ( 2192 )   PDF (1300KB) ( 1274 )  

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基于Lyapunov稳定性定理和backstepping方法，针对一类受输入饱和限制的单输入单输出非线性不确定系统，提出了一种考虑输入饱和的直接自适应神经网络控制算法. 采用动态面控制方法和直接自适应神经网络控制方法，避免了传统控制设计中的“计算量膨胀”问题和潜在的控制器奇异值问题. 借助一种饱和内补偿辅助系统处理系统中的输入饱和限制问题，以保证系统的稳定性和控制性能. 该算法不但保证了闭环系统信号一致最终有界，而且使系统输出能收敛到零的一个较小邻域. 以大连海事大学远洋实习船“育龙”轮为例进行仿真，验证了所提控制器的有效性.

网络控制系统的自适应预测控制

田中大， 高宪文， 李琨

2013, 31(3):  303-308.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.013

摘要 ( 2086 )   PDF (5132KB) ( 865 )  

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针对具有随机时延的网络控制系统，提出一种自适应预测控制方法. 利用Elman神经网络对网络控制系统的随机时延进行在线预测，然后采用一种增加微分作用的改进隐式广义预测控制方法对网络时延进行补偿，实现了随机时延网络控制系统的自适应预测控制. 仿真结果表明，该方法对网络随机时延有很好的补偿效果，可明显改善系统输出性能，保证控制的稳定性与快速性.

船舶横摇运动姿态与波浪增阻的关系研究

金鸿章， 刘志全， 姜述强

2013, 31(3):  309-314.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.014

摘要 ( 2408 )   PDF (1871KB) ( 1595 )  

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随着日益强烈的节能减排需求，在船舶运动控制系统设计时，引入了波浪增阻对船舶航行性能和控制质量影响的研究. 文中根据势流理论对船舶横摇运动波浪增阻进行分析，给出了模型解析表达式. 利用水动力计算软件ANSYS-AQWA对船舶横摇运动产生的波浪增阻进行计算. 通过回归分析确定了模型中的未知参数，验证了模型的可行性. 基于该数学模型，分析了船舶横摇运动姿态与波浪增阻的具体时域关系，为航速损失最小的船舶减摇控制策略研究提供理论依据.

未知环境下多UAV搜索的区域再入

杜继永1， 张凤鸣2， 毛红保3， 杨骥1， 张超1

2013, 31(3):  315-320.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.015

摘要 ( 1785 )   PDF (4563KB) ( 1229 )  

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针对未知环境下多无人机(unmanned aerial vehicles, UAV)协同搜索问题展开研究，通过网格化的环境规则描述，给出了UAV的运动规则及UAV系统的预测模型. 考虑实际战术需求，建立了满足UAV机动性能约束的区域再次进入数学模型，给出了最短再入路径的求解方法. 引入了“伸缩式”协同搜索机制，增加对未知环境的
适应性，同时设计了系统的全局信息库，从而充分利用UAV实时探测的环境信息，实施在线滚动规划. 通过仿真验证了方法的有效性.

四旋翼飞行器的分散式容错控制

杨成顺1， 杨忠1， 黄宵宁2， 许德智1

2013, 31(3):  321-330.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2013.03.016

摘要 ( 2323 )   PDF (2154KB) ( 1196 )  

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针对存在复合干扰和执行器故障的四旋翼飞行器姿态系统提出一种故障调节策略. 首先给出了四旋翼飞行器的姿态模型和存在复合干扰情况下的姿态模型，并给出执行器的失效故障表达形式. 针对姿态控制系统的复合干扰和执行器失效故障，分别给出一种复合干扰估计和局部故障诊断和辨识(fault diagnosis and identification,FDI)算法. 复合干扰估计器由干扰估计误差驱动，并非直接与传统的状态跟踪或预测误差有关. 针对执行器失效故障的局部FDI结构类似于模型参考自适应，基于复合干扰估计和局部FDI设计出四旋翼飞行器姿态系统backstepping容错控制器. 仿真实验验证了文中所提容错控制策略的正确性和有效性.