【摘 要】
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随着无线通信技术的发展,电磁频谱资源开始变得紧张,认知无线电技术作为一种行之有效的解决方案被提出,但是认知无线电存在被恶意干扰攻击的风险。现代战争中,电磁战不可避免,及时识别敌方干扰与我方设备异常具有重要战略意义。电磁频谱监测与频谱异常检测是无线电频谱管理的重要组成部分,可以帮助检测恶意干扰、非法占用等无线电异常,对保障无线电管理和电磁环境评估等具有重要意义。针对目前电磁频谱监测设备体积大、功耗高
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随着无线通信技术的发展,电磁频谱资源开始变得紧张,认知无线电技术作为一种行之有效的解决方案被提出,但是认知无线电存在被恶意干扰攻击的风险。现代战争中,电磁战不可避免,及时识别敌方干扰与我方设备异常具有重要战略意义。电磁频谱监测与频谱异常检测是无线电频谱管理的重要组成部分,可以帮助检测恶意干扰、非法占用等无线电异常,对保障无线电管理和电磁环境评估等具有重要意义。针对目前电磁频谱监测设备体积大、功耗高、不能灵活部署的问题,本文设计的微型频谱传感器网络协议和微型节点以灵活部署、动态组网、体积小、功耗低为设计目标,可以满足野外、边海防、远洋、岛屿等人员难以到达地区的电磁环境监测需求。针对微型传感器网络系统数据采集量巨大,进行人工频谱异常检测代价高昂,目前频谱异常检测算法不能满足微型频谱传感器网络系统的频谱异常检测需求的问题,提出使用对抗自动编码器进行较宽频带上进行电磁频谱异常检测的算法。本文的主要工作与创新如下:（1）本文首先对微型频谱传感器节点硬件架构进行设计,设计了以ARM处理器为主控模块,FPGA作为数据处理模块的微型频谱监测设备节点的整体架构。针对微型节点产生的数据量大、交互复杂的特点,提出使用UIO中断配合使用ZYNQ芯片内部AXI总线完成主控ARM与数据处理模块FPGA之间的频繁而复杂的交互,同时也对交互流程以及接口进行了设计,为二者提供高速的内部数据通道。同时分析了微型频谱传感器网络的工作流程,对频谱传感器网络的协议栈进行了选型,针对微型频谱传感器网络结构复杂、数据通信稳定性要求高、功能复杂多样的特点,设计出由传输层与业务层两层协议构成的微型频谱传感器网络应用层协议。（2）分析了微型节点在微型频谱传感器网络中的功能需求与非功能需求,并对微型节点的功能进行实现。具体为,设计并实现微型节点网络管理功能,保证数据通信可靠稳定。设计实现单频扫描、数字扫描、跳频信号分析功能为管理中心提供具有重要价值的电磁频谱监测数据。设计实现工作模式切换功能,保障了微型节点可按照管理中心指令切换到指定低功耗的工作模式,延长了微型节点单次充电的运行时间。（3）研究了目前的电磁频谱异常监测算法,针对目前算法需要对不同频带需要训练同一模型的多份拷贝的问题,提出了一种基于对抗自动编解码器改进的无监督异常检测算法。通过使用本文设计的微型频谱传感器节点实际采集的数据对模型进行实验,实验表明基于对抗自动编码器改进的频谱异常检测算法的性能要优于变分自动编码器算法,通过适当增加隐含编码向量维度可以进一步提高检测性能。
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