2023年, 第43卷, 第02期　
刊出日期：2025-06-18

  

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  基于频率分集探地雷达的介质参数估计方法

  黄帅, 廖可非, 欧阳缮, 谢宁波

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 87-92. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.012

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  针对地下目标体周围介质参数估计问题，提出一种基于图像熵的介质参数估计方法。首先推导了介质条件下频率分集阵列探地雷达的点扩展函数，分析了点扩展函数与后向投影成像算法之间的联系，然后将频率分集探地雷达与超宽带探地雷达成像结果做了对比分析。对于同一块包含目标的待成像区域而言，介质参数对电磁波的传播速度有较大的影响，当采用不同的介质参数分别对该区域进行成像时，得到的成像结果亦不相同。对不同参数下的成像结果进行图像熵的计算，成像结果的图像熵值越小，则在使用该参数时成像的聚焦度越好，所对应的介质参数越接近其真实值。实验结果表明：在介质的电导率不为零时，频率分集探地雷达较超宽带探地雷达在目标定位成像方面具有更好的效果，且当目标为细长目标体时，所提出的参数估计方法能够对目标体周围介质参数进行有效估计。
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  基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法

  胡梦伊, 廖可非, 欧阳缮, 李晶晶

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 93-98. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.006

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  针对频率分集阵列三维合成孔径雷达(3D-FDA-SAR)成像方法阵元数目多、阵元利用率低的问题，提出一种基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法。将3D-FDA-SAR切航迹向的频率分集阵列改为多输入多输出频率分集阵列，多输入多输出频率分集阵列随运动平台运动，在沿航迹向形成综合孔径，结合切航迹向的实阵列，合成虚拟二维频率分集阵列平面，获得对目标的下视三维成像能力。首先建立多输入多输出3D-FDA-SAR成像模型与信号模型，利用多输入多输出技术，在发射端发送波形正交信号单频窄带信号，在接收端通过全频接收方式，接收所有发射阵元经目标反射后的回波信号，经正交匹配滤波器进行信号分离，获得不同收发通道的回波数据，再利用后向投影算法对回波数据进行成像处理，最终获得目标的三维成像结果。仿真结果表明，基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法使用少量阵元，提高了阵元利用率，获得了对下视目标的三维成像能力。
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  基于聚类相参叠加的频率分集阵列雷达目标成像方法

  罗晓萍, 廖可非, 欧阳缮, 杜毅

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 99-105. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.011

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  针对后向投影算法(BP算法)对多目标进行成像时存在目标位置模糊以及旁瓣高的问题，在分析FDA目标回波幅值所具有的累加特性后，提出了一种基于聚类相参叠加的频率分集阵列雷达目标成像方法。在分析及仿真BP算法成像过程中，发现目标点具有能量集中特性且与虚像点能量存在差异性，而K均值聚类算法能充分利用目标点的这些特性，对雷达成像区域目标点进行特征提取及分类，并只对分类后特定簇的网格点进行时延补偿，之后将回波幅值进行叠加，从而得到成像区域中时延补偿网格点的能量值，最终实现多目标清晰二维成像。仿真实验结果表明，该方法可有效解决BP算法对多目标进行成像时目标位置模糊及旁瓣高的问题，同时提高了成像结果的精确度。
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  基于压缩感知的频率分集阵列SAR三维成像方法

  崔昆仑, 欧阳缮, 廖可非, 李晶晶

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 106-113. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.008

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  基于宽带发射信号的相控阵三维合成孔径雷达(SAR)系统硬件设计复杂且接收信号不易分离。通过将频率分集阵列应用到三维SAR中，线阵各阵元只需发射单频信号便可获得宽带观测性能，可大大降低系统硬件要求，但由于频率分集阵列的回波信号具有空间-频率稀疏特性，采用基于匹配滤波思想的传统后向投影算法成像时，分辨率受限且图像旁瓣较高。针对此问题，提出一种基于压缩感知的随机频率分集阵列SAR三维成像方法。该方法通过在切航迹向随机稀疏选取阵元，在沿航迹向随机稀疏选取观测位置，实现对回波数据的二维稀疏采样。在成像部分，采用正交匹配追踪算法对空间目标散射系数进行重构。仿真和实测实验结果表明，该压缩感知成像方法不仅可以减少频率分集阵列三维SAR系统的数据处理量，还能够有效抑制雷达图像旁瓣，成像质量显著提高。利用压缩感知算法，频率分集阵列三维SAR可以在回波稀疏的情况下准确重构目标信息，验证了所提方法的合理性和有效性。
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  基于匹配优化与距离辅助的Wi-Fi定位算法

  马星, 王守华, 尤志奇, 吴桐桐, 孙希延

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 114-119. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.009

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  针对排序聚类定位算法类匹配精度较低，且用于位置解算的指纹点中存在异常指纹点的问题，提出一种匹配优化与距离辅助的Wi-Fi定位算法。根据用户前后位置、距离和步长，设计了一种类匹配偏差检测模型，用来判断用户位置异常和匹配偏差；将排序后的接收信号强度向量中相邻元素作差，并与设定阈值相比较，确定待定位点排序特征向量变化位置，进行交换，以达到校正的目的，进而得到校正合并的类匹配结果；根据定位时前m时间段内所确定的用户位置与匹配类中指纹点的距离远近，剔除用于位置解算指纹点中的异常指纹点，实现更为精确的室内定位。仿真实验结果表明，该算法类匹配精度提高了17%,平均定位精度提高了22%。
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  基于SOM聚类平滑图信号生成的MFR工作模式识别方法

  罗健, 仇洪冰, 周陬, 顾宇, 王若楠, 费文浩

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 120-127. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.007

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  针对无人机集群截获的信号样本难以直接融合分析，以及训练样本较少且工作模式样本不平衡条件下多功能雷达(MFR)工作模式识别精度低的问题，提出了一种基于自组织映射(SOM)聚类平滑图信号生成的MFR工作模式识别方法。首先，利用分布式SOM算法对截获的信号样本集进行聚类，提取样本之间的相似性；然后，依据聚类结果将信号样本集以平滑图信号的方式表征，建立同一工作模式下信号样本的关联；最后，采用图注意力网络对上述图信号进行图节点数据融合与分类，完成MFR工作模式识别。实验结果表明，在工作模式样本不平衡度约为10∶1,每种类别训练样本数为25时，该方法的识别准确率和F1指数相对现有方法分别提高了22.8%、22.34%,且能适用于存在一定噪声干扰的情况。
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  一种空时信号的分布式在线重构算法

  池源, 蒋俊正

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 128-134. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.004

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  空时信号的在线重构问题可归结为对差分平滑的时变图信号的恢复问题。对于该凸优化问题，现有的基于梯度下降法的分布式重构算法在优化问题的海森矩阵条件数较大时收敛速度极慢，在单个观测区间内算法最大迭代次数受限时重构误差较大。针对该问题，提出了一种基于近似牛顿法的分布式在线重构算法。首先通过子图划分将原优化问题分解为一系列子图上的局部优化问题，并求出该局部问题的解，然后对子图间的局部解作融合平均计算，得到近似的全局最优解，再依据近似解与实际最优解之间的差距，证明以此方式求得的子图划分与融合矩阵具有稀疏性，且可作为原优化问题的海森逆近似矩阵，最后将该近似矩阵替换至经典的牛顿法迭代公式，并利用该近似矩阵的结构化稀疏性实现分布式运算。仿真结果表明，与现有算法相比，该算法收敛速度更快，重构误差更小，所需通信量更少。
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  一种针对AES密码芯片的相关功耗分析方法

  周阳, 张海龙, 韦永壮

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 135-141. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.002

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  针对经典相关功耗分析过程中存在噪声等因素的影响，基于汉明重量与功耗轨迹之间存在线性相关的特性，提出一种针对AES密码芯片的相关功耗分析方法。根据密码算法S盒输出中间值汉明重量分布不均匀的特性，利用区分比将正确密钥与错误密钥进行筛选，得到与功耗轨迹相关性较强的一组明文。在密钥恢复阶段，通过观察这组明文输入找到前2个S盒的泄漏点后，利用分别猜测法逐一找出剩余14个S盒的泄漏区间，而无需遍历所有功耗轨迹即可捕获剩余字节的密钥信息。AT89S52芯片实验分析表明，采用此方法仅需9条明文和对应功耗轨迹即可以90%的成功率正确恢复出AES的单个字节密钥信息，计算复杂度仅为经典相关功耗分析的4.1%,显著提升了相关功耗分析的效率。
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  轻量级认证加密算法ASCON的差分功耗分析

  潘力, 韦永壮

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 142-148. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.005

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  针对轻量级认证加密算法ASCON的结构，提出一种差分功耗分析方法。该方法结合算法S盒实现特点，利用汉明重量模型作为功耗区分函数，将功耗曲线分组，并恢复出加密用的主密钥。进一步地，对于DPA攻击中出现的“魅峰”,给出一种功耗曲线预处理方法，先将曲线根据明文分组并求均值，再对预处理后的曲线发起DPA攻击。通过采集s^a置换泄露的1 500条功耗曲线，能快速恢复出其主密钥的44 bit。此外，直接攻击原始曲线所需时间为21 849.888 9 ms,引入预处理技术后，攻击预处理的曲线所需时间为198.911 3 ms,约为直接攻击原始曲线所需时间的1/109。
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  D2D辅助星地双边协作的部分计算卸载

  裴雪松, 王俊义, 李燕龙

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 149-156. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.003

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  星地卸载场景中，地面节点集向低轨卫星边缘服务器卸载计算任务时会导致传输能耗高的问题。为了提高节点集续航时间并有效利用网络中的计算资源，结合D2D(device-to-device)通信提出一种双边协作的部分计算卸载方案。考虑到计算任务的处理时延与低轨卫星边缘服务器的负载均受限，将优化问题建模为最小化地面节点集卸载过程中的总能耗，用改进的遗传算法将种群中个体按适应度值大小降序排列并依次两两交叉，且赋予适应度越小的个体越高的变异概率。仿真结果表明，改进遗传算法在不同的时延要求与任务节点数下均良好地收敛，有效减少了卸载过程中地面节点集的总能耗。
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  基于三谐振吸收峰的超材料太赫兹传感器

  张晓, 胡放荣, 张隆辉, 江明珠

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 157-164. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.001

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  设计了一种基于三谐振吸收峰的超材料太赫兹传感器，其单元结构由金属超表面、聚酰亚胺（PI）介质层和金属底板构成。金属超表面包含内外2个对称的多开口环和2根位于内环中央的金属短棒。用时域有限积分法对传感器的性能进行了仿真，结果表明，传感器在f₁=0.498 2 THz,f₂=0.713 8 THz和f₃=0.960 2 THz处具有3个窄带谐振吸收峰，吸收率分别为93.92%、99.95%和99.91%。当传感器表面覆盖分析物时，3个谐振吸收峰的灵敏度分别为71.5、121、190.3 GHz/RIU,且各谐振峰的频移量、频移量均值都与分析物的折射率呈线性关系。
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  空间静态偏振调制干涉光谱系统的设计与仿真

  陈智佳, 叶松, 熊伟, 李树, 王新强, 王方原

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(02): 165-172. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.02.010

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  为了更好地获取目标物的光谱偏振信息，设计了一套空间静态偏振调制干涉光谱系统。该系统结合了空间外差光谱和偏振光谱强度调制技术，只需一次采样便可同步获取目标的分辨偏振光谱信息以及高光谱分辨率的Stokes矢量偏振光谱。首先从偏振光谱强度调制和空间外差光谱仪的光学理论入手，对该系统的光谱信息采集和偏振信息调制解调过程进行数学推导。然后根据调制模块中高阶相位延迟器的厚度与光谱仪带宽之间的对应关系，发现现有的光谱仪带宽过窄，导致延迟器厚度过大，无法适应宽波段的光谱测量需求。结合延迟器厚度与光谱复原分辨率的约束关系，在极限厚度下得出了空间外差光谱仪的最小拓宽光谱范围。最后根据改进的参数匹配设计，对探测过程进行了计算机数值模拟。研究结果表明：在空间外差光谱仪的最小拓宽工作波段内，对CCD探测器记录的干涉图进行基于傅里叶变换的解调处理，能够高保真地复原输入光信号的Stokes参量的偏振光谱信息，从而验证了该系统的可行性。