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面向6G多维扩展的新型多址接入技术综述
逄小玮, 蒋旭, 卢华兵, 赵楠
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231265
[摘要](0) [HTML全文](0)
摘要:
随着移动通信技术的不断演进,第6代移动通信(6G)将实现从万物互联到万物智联的跨越,满足更高的数据需求和更广泛的应用场景。新型多址接入技术和多维扩展技术将在6G中协同发挥作用,为构建高效、智能、可靠的通信网络提供关键支持,满足未来通信的多重需求。该文旨在探讨新型多址接入技术在6G多维扩展通信网络中的应用潜力。首先,该文对比了传统多址接入技术与6G潜在新型多址接入技术,并重点阐述了非正交多址接入技术在提升频谱效率和系统容量方面的优势。然后,详细介绍了卫星通信、无人机(UAV)通信和智能反射面(IRS)等多维扩展技术在6G场景下的优势。进一步,讨论了新型多址技术与卫星通信、UAV以及IRS相结合的优势及协同应用。最后,探讨了基于新型多址接入技术的多维扩展网络中的关键技术挑战,包括大规模多入多出技术、太赫兹技术、通感算一体化、用户信息安全、不完美信道状态信息(CSI)估计,同时对新型编码技术、人工智能和机器学习等研究方向进行了展望。
基于不动点深度学习的IRS辅助毫米波移动通信系统全信道估计
褚宏云, 潘雪, 黄航, 郑凌, 杨梦瑶, 肖戈
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT230692
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1673KB](0)
摘要:
将智能反射面(IRS)与大规模MIMO结合能够保证和提高毫米波通信系统性能。针对基站(BS)-用户直连信道与用户-IRS-BS反射信道混叠场景,该文提出一种自适应的全信道估计方法。首先,引入辅助变量,采用原子范数将直连信道与反射信道的稀疏角度域子空间进行关联;然后,利用原子范数最小化将全信道估计问题建模为连续角度域稀疏矩阵重建规划;最后,基于不动点深度学习网络设计低复杂度的问题求解算法。该算法不仅能够克服传统基于模型解法中非线性估计算子对先验知识的依赖还可根据移动场景变化自适应调节算法复杂度。仿真结果表明,所提算法能够避免传统时分估计策略引起的差错传播效应,具有更高的估计精度和更低的复杂度。
一种基于三角数分解的可配置2-D卷积器优化方法
黄继业, 肖强, 田大海, 高明裕, 王俊帆, 董哲康, 黄汐威
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231123
[摘要](3) [HTML全文](0) [PDF 2809KB](2)
摘要:
多尺寸2-D卷积通过特征提取在检测、分类等计算机视觉任务中发挥着重要作用。然而,目前缺少一种高效的可配置2-D卷积器设计方法,这限制了卷积神经网络(CNN)模型在边缘端的部署和应用。该文基于乘法管理以及奇平方数的三角数分解方法,提出一种高性能、高适应性的卷积核尺寸可配置的2-D卷积器。所提2-D卷积器包含一定数量的处理单元(PE)以及相应的控制单元,前者负责运算任务,后者负责管理乘法运算的组合,二者结合以实现不同尺寸的卷积。具体地,首先根据应用场景确定一个奇数列表,列表中为2-D卷积器所支持的尺寸,并利用三角数分解得到对应的三角数列表;其次,根据三角数列表和计算需求,确定PE的总数量;最后,基于以小凑大的方法,确定PE的互连方式,完成电路设计。该可配置2-D卷积器通过Verilog硬件描述语言(HDL)设计实现,由Vivado 2022.2在XCZU7EG板卡上进行仿真和分析。实验结果表明,相比同类方法,该文所提可配置2-D卷积器,乘法资源利用率得到显著提升,由20%~50%提升至89%,并以514个逻辑单元实现1 500 MB/s的吞吐率,具有广泛的适用性。
体域网中基于多因子优先级的高效资源调度
张政, 易琛, 林金朝, 庞宇, 李国权, 李章勇, 李春国
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT230733
[摘要](3) [HTML全文](2) [PDF 1530KB](0)
摘要:
媒体访问控制(MAC)在确保无线体域网(WBAN)的正常运行方面起着关键的作用。然而,动态环境下紧急数据低延迟和低能耗的高性能需求仍未很好的解决。该文提出一种多因子紧急调度方案(MESS)来满足这样一个严格的需求。首先,针对实际应用场景中数据异质性的特性,设计一种数据分类方法,该方法将数据分为周期数据和紧急数据,这对不同的节点来说更加符合实际情况;其次,设计一种多因子优先级划分方案,包括疾病相关因子、关键程度因子、健康严重程度因子和信息年龄因子,4个因子可以更全面地考虑节点的关键特征;此外,还设计了一种动态时隙分配和排序方法,将节点的时隙依据数据分类和多因子优先级进行动态分配和排序。理论分析和仿真实验结果表明,相较于传统方案所提方案在延迟和能效方面具有明显优势。
空中智能反射面辅助的无线供能通信网络轨迹优化研究
周毅, 晋占齐, 石华光, 田玉香, 石磊, 张延宇
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT230830
[摘要](5) [HTML全文](4) [PDF 2466KB](1)
摘要:
由于无人机(UAV)良好的机动性、可靠性和快速部署等特性,无人机搭载智能反射面(IRS)可以有效解决复杂无线场景中混合接入点和节点之间由于障碍物遮挡导致信息传输和能量传输效率低的问题。该文提出一种基于时间划分的空中智能反射面辅助无线供能通信网络架构,充分利用空中智能反射面的灵活性提高网络性能。该架构针对每一个时隙,采用先收集能量后传输信息方案实现能量和数据的分时传输。在满足节点能量收集阈值的前提下,建立一个联合空中智能反射面飞行轨迹、节点选择关联变量、时隙分配比率和智能反射面相位的多变量耦合优化问题。采用块坐标下降算法把原始优化问题分解为四个子问题分别进行求解。首先根据波束对齐原理求解出智能反射面最优相位的闭式解,然后通过引入辅助变量并采用连续凸近似方法使非凸问题转变为凸问题,最后利用交替优化算法迭代求解。仿真结果表明,该文提出的联合优化方案具有很好的收敛性能并可以显著提高系统平均吞吐量。
小样本学习驱动的无线频谱状态感知
申滨, 李月, 王欣, 王紫昕
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT230377
[摘要](8) [HTML全文](3) [PDF 5007KB](4)
摘要:
频谱状态感知是实现无线频谱资源高效利用及各种用频系统和谐共存的先决条件之一。针对复杂无线传播环境下获取的频谱观测往往存在数据稀疏性、数据类别分布不稳定、标记数据严重不足的情况,该文提出基于插值和小样本学习(FSL)分类的无线频谱状态感知方法。首先,对捕获的稀疏频谱观测数据插值,构建频谱状态地图,作为频谱状态分类器的输入数据。其次,针对频谱数据类别分布不稳定、数据量严重不足的问题,基于小样本学习方法,利用嵌入模块和度量模块协同工作,以实现快速精确的频谱状态分类。具体地,利用嵌入模块将频谱数据映射到嵌入空间,提取频谱数据中的隐含特征;在度量模块的设计中,分别提出基于原型和基于样例的两种类别表示方式,通过计算待分类样本与类别之间的相似度判断待分类样本类别。最后,为了确保分类模型克服测试样本数量少导致过拟合问题,设置A-way B-shot任务训练模型。仿真结果表明,与传统机器学习方法相比,本文模型可以在低信噪比条件下进行精准分类;同时,在测试集样本数很少的情况下,或者在测试集中出现在训练集从未见到的新类时,所训练的模型也可以精准快速判别无线频谱的场景类别。
空地协同通信感知一体化系统的轨迹与资源分配联合优化
张广驰, 顾泽霖, 崔苗
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT230716
[摘要](15) [HTML全文](3) [PDF 2417KB](5)
摘要:
该文研究空地协同通信感知一体化系统,其中无人车(UGV)基站和无人机(UAV)中继集群组成空地协同网络,为用户提供通信服务,同时对目标区域进行探测感知。在更加准确的莱斯衰落信道模型下,研究联合优化无人机集群的通信感知关联、发射功率和飞行轨迹以及无人车基站的发射功率和行进轨迹,在目标区域感知频率和有效感知功率阈值的约束下,最大化用户最小平均通信速率。为了解决变量高度耦合且非凸的整数优化问题,首先利用块坐标下降法将原问题分解成4个子问题;接着引入松弛变量并将整数约束转化为惩罚项,然后证明莱斯信道下的有效感知功率是关于轨迹变量和松弛变量凸复合函数的联合凸函数;再利用连续凸优化法处理非凸项,并提出一种双层迭代算法高效求解次优解。仿真结果表明,与本文几种基准方案相比,所提优化算法在相同感知性能下,提高了用户最小平均通信速率,更好地实现了通信与感知性能之间的权衡,并具有良好的收敛性。
一种适用于半互质阵的高精度波达方向估计方法
梁国龙, 腾远鑫, 王晋晋, 付进
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231139
[摘要](15) [HTML全文](10) [PDF 7923KB](3)
摘要:
在半互质阵列(SCA)下,经典波达方向估计(DoA)算法在面对邻近相干信源时估计性能退化。为了解决该问题,该文提出一种适用于半互质阵列的高精度波达方向估计方法。首先,将半互质阵划分为3个均匀线阵并利用常规波束形成算法对子阵1、子阵2和子阵3的阵列输出信号进行处理;然后,对子阵3的输出信号进行加权后与子阵1,2的输出信号加和构建和波束,利用子阵1与子阵2的输出信号做差构建差波束;最后,将上述和差波束做差得到最终输出信号,计算最终信号的功率得到方位谱。该方法基于半互质阵列特点构建和差波束,充分利用了3个子阵的重叠阵元实现估计精度的提高。通过仿真和湖上实测数据验证表明,该方法可以适用于半互质阵列实现波达方向估计,并且在面对邻近相干信源时其波达方向估计性能优于最小方差无失真估计算法(MVDR)和最小处理算法(MP)。
基于深度强化学习的空天地一体化网络资源分配算法
刘雪芳, 毛伟灏, 杨清海
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231016
[摘要](40) [HTML全文](6) [PDF 2620KB](8)
摘要:
空天地一体化网络(SAGIN)通过提高地面网络的资源利用率可以有效满足多种业务类型的通信需求,然而忽略了系统的自适应能力和鲁棒性及不同用户的服务质量(QoS)。针对这一问题,该文提出在空天地一体化网络架构下,面向城区和郊区通信的深度强化学习资源分配算法。基于第3代合作伙伴计划(3GPP)标准中定义的用户参考信号接收功率(RSRP),考虑地面同频干扰情况,以不同域中基站的时频资源作为约束条件,构建了最大化系统用户的下行吞吐量优化问题。利用深度Q网络(DQN)算法求解该优化问题时,定义了能够综合考虑用户服务质量需求、系统自适应能力及系统鲁棒性的奖励函数。仿真结果表明,综合考虑无人驾驶汽车,沉浸式服务及普通移动终端通信业务需求时,表征系统性能的奖励函数值在2 000次迭代下,相较于贪婪算法提升了39.1%;对于无人驾驶汽车业务,利用DQN算法进行资源分配后,相比于贪婪算法,丢包数平均下降38.07%,时延下降了6.05%。
基于混沌映射的抗机器学习攻击强物理不可克隆函数
汪鹏君, 方皓冉, 李刚
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231129
[摘要](11) [HTML全文](3) [PDF 3031KB](4)
摘要:
物理不可克隆函数(PUF)在硬件安全领域具有广阔的应用前景,然而易受到基于机器学习等建模攻击。通过对强PUF电路结构和混沌映射机理的研究,该文提出一种可有效抵御机器学习建模攻击的PUF电路。该电路将原始激励作为混沌映射初始值,利用PUF激励响应映射时间与混沌算法迭代深度之间的内在联系产生不可预测的混沌值,并采用PUF中间响应反馈加密激励,进一步提升激励与响应映射的复杂度,增强PUF的抗机器学习攻击能力。该PUF采用Artix-7 FPGA实现,测试结果表明,即使选用的激励响应对数量高达106组,基于逻辑回归、支持向量机和人工神经网络的攻击预测率仍接近50%的理想值,并具有良好的随机性、唯一性和稳定性。
针对电力线通信信道下脉冲噪声的鲁棒混沌传输系统优化设计综述
苗美媛, 田峰, 王琳, 代洲
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231142
[摘要](44) [HTML全文](15) [PDF 2481KB](12)
摘要:
随着用户的剧增,现有的无线资源已经难以为继。因此,电力线通信(PLC)的重新启用引起了各大研究单位及工业界的关注。其中PLC由于信道环境复杂,现有处理方案复杂度及成本较高,因而导致其发展缓慢。其中针对脉冲噪声的研究工作最为广泛,如何在低成本情况下针对脉冲噪声实现数据传输的鲁棒性尤为重要。该文首先介绍PLC环境中几种主流噪声以及分类,而后描述具有低成本低复杂度的差分混沌键控(DCSK)及多元DCSK(MDCSK)调制技术。分别介绍与分析该系统在PLC中的特性,以及针对各种脉冲噪声种类存在的优势以及改进方式。其次该文将介绍一些相关编码调制新方案以便于提高带限环境下的传输质量。结果表明这些优化工作显著地改善了系统性能,针对PLC整体信道特性系统参数的调制及编码调制传输优化方案将成为未来工作的研究热点。
用户请求感知的边端缓存与用户推荐联合优化策略
王汝言, 蒋昊, 唐桐, 吴大鹏, 钟艾玲
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT230898
[摘要](58) [HTML全文](25) [PDF 2588KB](5)
摘要:
针对当前边缘缓存场景中普遍存在的用户偏好未知与高度异质问题,该文提出一种用户请求感知的边端缓存与用户推荐联合优化策略。首先,建立点击率(CTR)预测基本模型,引入对比学习方法生成高质量的特征表示,辅助因子分解机(FM)预测用户偏好;然后,基于用户偏好设计一种动态推荐机制,重塑不同用户的内容请求概率,从而影响缓存决策;最后,以用户平均内容获取时延最小化为目标建立边端缓存与用户推荐联合优化问题,将其解耦为边端缓存子问题和用户推荐子问题,分别基于区域贪婪算法和一对一交换匹配算法求解,并通过迭代更新获得收敛优化结果。仿真结果表明,相较于基准模型,引入对比学习方法的预测模型在曲线下面积(AUC)和准确率(ACC)上分别提升1.65%和1.30%,且联合优化算法能够有效降低用户平均内容获取时延,提升系统缓存性能。
面向6G全域融合的智能接入关键技术综述
王雪, 孟姝宇, 钱志鸿
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231224
[摘要](15) [HTML全文](17) [PDF 2806KB](6)
摘要:
针对空天地一体化接入网络,该文在总结相关研究的基础上,阐述了未来空天地一体化接入架构的关键技术,分析了空口技术、多址技术、干扰分析、计算技术和人工智能(Artificial Intelligence, AI)技术等几个重点方向的研究进展,提出了多种接入形式并存的灵活性网络架构。针对6G全域融合网络接入的重点研究问题,结合用户的服务质量需求,构建了一体化AI赋能架构,提出了大规模混合多址接入及弹性资源适配策略。基于网络架构立体化、网络协同传输、一体化网络资源管理、未来空天地接入技术以及网络协同计算等未来重点研究方向进行了讨论和展望。
全双工主动窃听非正交多址接入系统智能超表面辅助物理层安全传输技术
阔永红, 曹琳, 吕璐, 贺冰涛, 陈健
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT230296
[摘要](11) [HTML全文](9) [PDF 990KB](0)
摘要:
针对全双工被动窃听和主动干扰攻击下的多用户非正交多址接入(NOMA)系统,该文提出一种智能超表面(RIS)辅助的鲁棒波束赋形方案以实现物理层安全通信。考虑在仅已知窃听者统计信道状态信息的条件下,以系统传输中断概率和保密中断概率作为约束,通过联合优化基站发射波束赋形、RIS相移矩阵、传输速率和冗余速率,来最大化系统的保密速率。为解决上述多变量耦合非凸优化问题,提出一种有效的交替优化算法得到联合优化问题的次优解。仿真结果表明,所提方案可实现较高的保密速率,且通过增加RIS反射单元数,系统保密性能更佳。
基于时间调制阵列的共孔径干扰辅助短包隐蔽通信
马越, 马瑞谦, 杨炜伟, 林志, 缪晨, 吴文
当前状态:  doi: 10.11999/JEIT231115
[摘要](17) [HTML全文](7) [PDF 2125KB](3)
摘要:
该文首次研究了基于时间调制阵列(TMA)的共孔径干扰辅助短包隐蔽通信。首先提出并设计了共口径干扰的TMA架构,提出一种优化方法,能够在最大化目标方向信号增益的同时对非目标方向形成干扰。基于上述模型,推导出隐蔽性约束和隐蔽吞吐量的闭合表达式。在此基础上,该文进一步对发送功率和数据包长进行联合优化,以最大化隐蔽吞吐量。仿真结果表明,存在一个使隐蔽吞吐量最大化的最优包长,所提方案相比基准方案实现了更好的隐蔽通信性能。
封面
2024 年 1 期封面
2024, 46(1).  
[摘要](79) [PDF 5175KB](25)
摘要:
2024 年 1 期目次
2024, 46(1): .  
[摘要](54) [HTML全文](25) [PDF 278KB](12)
摘要:
“水声传感技术与应用”专题
水声通信及网络技术综述
杨健敏, 王佳惠, 乔钢, 刘凇佐, 马璐, 何鹏
2024, 46(1): 1-21.   doi: 10.11999/JEIT230424
[摘要](454) [HTML全文](338) [PDF 3803KB](233)
摘要:
水声通信(UAC)及网络技术在海洋环境监测、商业领域和军事领域等诸多方面发挥着重要作用,关心海洋、认识海洋、经略海洋离不开水声通信及网络技术的发展。该文对水声通信技术和水声通信网络(UACN)进行综述,首先回顾了水声通信技术和水声通信网络的发展,总结了水声信道的特点。然后,对于水声通信技术中的非相干调制技术、相干调制技术以及以应用需求为导向的新型通信技术进行陈述。随后,对于水声通信网络中数据链路层媒介接入控制协议、网络层的路由协议和跨层设计进行分类探讨。最后,对目前水声通信及网络技术的不足进行总结,并且对未来水声通信及网络技术的发展进行展望。
基于图分级的水下有向传感器网络栅栏覆盖策略
常娟, 申晓红, 王海燕, 赵红言, 李祥祥
2024, 46(1): 22-30.   doi: 10.11999/JEIT221304
[摘要](235) [HTML全文](84) [PDF 3149KB](64)
摘要:
栅栏覆盖问题近年来已成为水下传感器网络研究的热点,但水下有向传感器网络的栅栏覆盖问题尚未得到足够的重视。随机部署前提下的水下静态有向传感器网络的栅栏覆盖难度较大,因此目前关于该问题的相关研究成果较少。为弥补这方面研究的不足,该文提出一种基于图分级的有向传感器网络首次栅栏覆盖策略。首先,该策略深入研究了多种位置关系下两个相邻节点之间满足强(弱)连接的条件;其次,利用位置关系条件构建分级图,从中选取合适节点进行栅栏的首次构建。仿真实验结果表明:采用该算法对静态有向传感器网络进行栅栏首次构建在确保较高成功率的前提下采用的节点数更少,保证了较高的网络检测概率和较长的网络寿命。
基于向量投影的立体阵定位算法
孙大军, 蔡珩, 郑翠娥, 程驰宇
2024, 46(1): 31-40.   doi: 10.11999/JEIT230344
[摘要](183) [HTML全文](56) [PDF 4478KB](63)
摘要:
传统适配立体阵型的超短基线定位算法计算量大、定位误差难以通过解析式精确表征。针对这些问题,该文提出基于向量投影的立体阵定位算法,从向量投影的角度构建立体阵中各基线向量与目标方位之间的观测方程,实现对传统算法定位模型的简化。该文算法通过求解线性方程组即可实现对目标方位的估计,时间复杂度远小于传统算法。此外,基于该文算法简洁的观测方程,给出了适配立体阵的定位误差精确解析表征。仿真结果表明,该文算法消耗的运算时间远小于传统算法,且定位误差变化规律与基于理论解析式得到的结论相符。湖试试验结果表明,该文算法的定位精度与传统算法几乎一致,且计算效率更高。
一种基于模型概率单调性变化的自适应IMM-UKF改进算法
王平波, 陈强, 卫红凯, 贾耀君, 沙浩然
2024, 46(1): 41-48.   doi: 10.11999/JEIT230380
[摘要](181) [HTML全文](85) [PDF 3922KB](50)
摘要:
针对现有交互式多模型(IMM)算法模型间切换迟滞和转换速率慢的缺点,提出一种基于模型概率单调性变化的自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波改进算法(mIMM-UKF)。该算法利用后验信息模型概率的单调性,对马尔可夫转移概率矩阵及模型估计概率进行二次修正,加快了匹配模型的切换速度及转换速率。仿真结果表明,与现有算法相比,该算法通过快速切换匹配模型,有效提高了水下目标跟踪精度。
融合深度调整和自适应转发的水声网络机会路由
金志刚, 梁嘉伟, 羊秋玲
2024, 46(1): 49-57.   doi: 10.11999/JEIT230026
[摘要](110) [HTML全文](37) [PDF 4442KB](32)
摘要:
针对水声传感器网络路由过程中的空洞问题和数据传输中能效低下的问题,该文提出了融合深度调整和自适应转发的水声网络机会路由(OR-DAAF)。针对路由空洞,区别于传统绕路策略,OR-DAAF提出一种基于拓扑控制的空洞恢复模式算法—利用剩余能量对空洞节点分级,先后调整空洞节点到新的深度以克服路由空洞,恢复网络联通。针对数据传输中的能效低下问题,OR-DAAF提出了转发区域划分机制,通过转发区域的选择自适应转发面积以抑制冗余包,并提出基于加权推进距离,能量和链路质量的多跳多目标路由决策指标,综合考虑区域能量,链路质量和推进距离实现能效平衡。实验数据表明,相比DVOR协议,OR-DAAF的包投递率和生命周期分别提高10%和48.7%,端到端时延减少22%。
相似网络构建与表征的水下声信号检测
张红伟, 王海燕, 闫永胜, 申晓红
2024, 46(1): 58-66.   doi: 10.11999/JEIT230253
[摘要](138) [HTML全文](91) [PDF 2760KB](43)
摘要:
水下声信号检测在海洋防御系统中扮演着不可或缺的角色,同时也广泛应用于民用领域。然而,在没有目标信号先验信息的情况下,目前仍缺乏行之有效的水下声信号检测方法。为此,该文提出了一种新的算法—相似网络,以解决在复杂海洋背景下水下目标检测的难题。该方法结合了信息几何和复杂网络理论,通过将节点相似度度量问题转化为矩阵流形上的几何问题,测量不同时间尺度上数据之间的相似性,并构建时间序列数据的网络表示。同时还引入了图信号处理理论,以提取目标信号内部隐藏的动力学特性,从而实现无目标先验信息下的水下声信号检测。通过对仿真和实测数据的研究验证,证明了该方法的有效性。结果表明,相似网络方法优于现有的网络构建和目标信号被动检测方法,能够更有效地检测水下声信号,实现无目标先验信息下的水下声信号检测。
考虑锚节点位置不确定的水下目标定位算法研究
闫敬, 张婷, 尤康林, 商志刚, 杨晛, 罗小元
2024, 46(1): 67-73.   doi: 10.11999/JEIT221563
[摘要](214) [HTML全文](98) [PDF 3234KB](58)
摘要:
考虑时钟异步和声波分层效应的影响,该文研究了当测量过程受到未知噪声干扰,且锚节点位置不确定时水下目标节点的定位问题。首先构造了水下节点间飞行时间模型,设计了一种交互式异步通信协议,建立了最小化定位误差的优化目标函数。然后提出了一种基于深度强化学习的水下目标定位算法,并采用层归一化来改进深度神经网络,进一步提高模型的泛化能力。最后,仿真和实验结果验证所提方法的有效性。
船舶辐射噪声分类卷积神经网络的可视化分析和卷积核剪枝
徐源超, 蔡志明, 孔晓鹏, 黄炎
2024, 46(1): 74-82.   doi: 10.11999/JEIT230149
[摘要](131) [HTML全文](81) [PDF 6001KB](31)
摘要:
当前基于深度神经网络的船舶辐射噪声分类研究主要关注分类性能,对模型的解释性关注较少。本文首先采用导向反向传播和输入空间优化,基于DeepShip数据集,构建以对数谱为输入的船舶辐射噪声分类卷积神经网络(CNN),提出了一种船舶辐射噪声分类CNN的可视化分析方法。结果显示,多帧特征对齐算法改进了可视化效果,深层卷积核检测线谱和背景两类特征。其次,基于线谱是船舶分类的稳健特征这一知识,提出了一种卷积核剪枝方法,不仅提升了CNN分类性能,且训练过程更加稳定。导向反向传播可视化结果表明,卷积核剪枝后的CNN更加关注线谱信息。
低复杂度水声多输入多输出正交时频空调制通信方法研究
王彪, 方梓德, 朱雨男, 郭晓鹏, 朱柏宇
2024, 46(1): 83-91.   doi: 10.11999/JEIT230183
[摘要](127) [HTML全文](81) [PDF 2333KB](32)
摘要:
在多输入多输出正交时频空调制(MIMO-OTFS)水声通信系统中,基于消息传递(MP)算法的MIMO-OTFS通信的计算复杂度较高,在实际应用中会增加设备成本。针对上述问题,该文提出一种基于2维虚拟时间反转镜(VTRM)的MIMO-OTFS均衡算法,该算法利用VTRM的时频空聚焦特性,有效提高了均衡性能,并通过改进的2维比例归一化最小均方(IPNLMS)算法进行信道估计,该算法利用时延-多普勒域信道的稀疏特性以较低的复杂度提高了收敛速度,最后通过2维自适应判决反馈均衡算法消除残余的码间串扰,进一步提高系统性能。仿真结果表明,所提均衡算法具有可行性,且在保证相同性能时,复杂度低于MP算法。
基于时-频注意力机制网络的水声目标线谱增强
古天龙, 张清智, 李晶晶
2024, 46(1): 92-100.   doi: 10.11999/JEIT230217
[摘要](225) [HTML全文](142) [PDF 10984KB](78)
摘要:
为提高被动声纳对水下低噪声安静型目标的检测,研究者开始关注基于深度学习的线谱增强方法,其中,基于LSTM的线谱增强网络由于同时具有时域和频域的非线性处理能力,具有很强的灵活性,然而其性能还需要进一步提升。为此,该文提出了基于时-频注意力机制的网络模型(TFA-Net),通过在LSTM模型的基础上同时增加时域注意力机制和频域注意力机制,充分利用了目标信号在时域和频域的双重重要特征,提升了对LOFAR谱的线谱增强效果。TFA-Net中的时域注意力机制利用LSTM隐藏状态之间的关联性,增加了模型在时域的注意力,频率注意力机制通过将深度残差收缩网络中收缩子网络的全链接层设计为1维卷积层,增加了模型在频域的注意力。相比于LSTM,TFA-Net具有更高的系统信噪比增益:在输入信噪比为–3 dB的情况下,将系统信噪比增益由2.17 dB提升到12.56 dB;在输入信噪比为–11 dB的情况下,将系统信噪比增益由0.71 dB提升到10.6 dB。仿真和实测数据的实验结果表明,TFA-Net可以有效提升LOFAR谱的线谱增强效果,解决低信噪比下水下目标的检测问题。
基于FPDE-SIFT的声呐干涉图像配准方法
刘伟陆, 周天, 闫振宇, 杜伟东
2024, 46(1): 101-108.   doi: 10.11999/JEIT230337
[摘要](168) [HTML全文](98) [PDF 2895KB](34)
摘要:
图像配准是声呐进行高精度干涉测量的保障,该文针对水下目标的声呐图像配准,提出了一种基于4阶偏微分方程尺度不变特征变换的声呐干涉图像配准方法。该方法聚焦声呐图像配准的难点,首先基于4阶偏微分方程构建尺度空间,在保持图像细节的前提下滤除噪声,提高特征提取的准确度;对于残余噪声造成的特征点误检,借助特征点的相位一致性信息加以筛选,精简特征点样本集;最后对特征点匹配策略进行优化,提出改进的快速样本一致性匹配策略剔除特征点的误匹配。算法增加了匹配点对的数量,提高了匹配点对的准确度,实现了声呐干涉图像的精确配准。水池实验和外场试验表明,该文所提出的算法相较现有算法对声呐图像有着更好的适用性,配准后的均方根误差与留一法均方根均小于1像素,达到了亚像素配准精度。
基于不确定区域的水下纯方位目标跟踪方案
李海鹏, 聂朝阳
2024, 46(1): 109-117.   doi: 10.11999/JEIT230375
[摘要](185) [HTML全文](96) [PDF 4109KB](58)
摘要:
围绕水下被动目标跟踪问题,目前的研究通常以最优估计点迹表征被测目标跟踪状态,而点估计无法表达示向性的位置误差信息,导致无法较好地为实际战场提供决策支持。针对上述问题,该文提出一种基于不确定区域(AOU)的水下纯方位目标跟踪方案。首先,提出一种基于变权解析的定位算法以获得精确的目标位置信息,将目标位置作为AOU构建算法的先验知识。然后,分别通过有无滤波不确定区域构造算法,输出目标位置不确定区域。通过对不同仿真态势下AOU的评估指标进行统计分析,结果表明利用该目标跟踪方案均能对目标实现可靠精确的位置估计,说明该文提出的基于不确定区域的目标跟踪方案能够有效完成目标跟踪任务。该方案优势在于,目标估计结果包含示向性位置误差和区间估计的置信度,为后续决策提供清晰的容错与判断区域,具有更好的参考价值及实用价值。
基于多路混合注意力机制的水下图像增强网络
李云, 孙山林, 黄晴, 井佩光
2024, 46(1): 118-128.   doi: 10.11999/JEIT230495
[摘要](207) [HTML全文](125) [PDF 5982KB](64)
摘要:
光线在水下被吸收或者散射使得水下图像成像出现色偏、模糊遮挡等问题,影响水下视觉任务。传统的图像增强方法分别采用直方图均衡、伽马矫正和白平衡方法较好地增强水下图像。然而,3种方法融合增强水下图像的互补性和相关性方面的研究较少。因此,该文提出一种基于多路混合注意力机制的水下图像增强网络。首先,提出多路特征提取模块,对图像进行直方图均衡支路、伽马矫正支路和白平衡支路的多路特征提取,提取图像的对比度、亮度和颜色特征;然后,融合直方图均衡、伽马矫正和白平衡3支路特征,增强3支路特征融合的互补性;最后,设计混合注意力学习模块,深度挖掘3支路在对比度、亮度和颜色的相关性矩阵,并引入跳跃连接增强图像输出。在多个数据集上的实验结果表明,该方法能够有效恢复水下图像色偏、模糊遮挡和提高图像明亮度。
无线通信与物联网
IRS增强信息与能量同传赋能物联网的鲁棒公平性资源分配算法
李世党, 陈锦, 陈影影, 龙春梅, 徐劲松, 李春国
2024, 46(1): 129-137.   doi: 10.11999/JEIT221509
[摘要](160) [HTML全文](74) [PDF 1169KB](57)
摘要:
针对6G物联网中信道误差影响与用户采集能量的公平性问题,该文在用户信干噪比受限、发射功率约束和反射相位模一约束的条件下,研究了智能反射面(IRS)辅助的信息与能量同传(SWIPT)系统中公平性采集能量最大化问题。为了解决该非凸问题,分别运用Schur-Complement和S-Procedure将无限维约束转换为有限维的矩阵线性不等式,然后利用罚函数和连续凸逼近的方法将难以求解的原问题转化为标准的凸优化问题,进而提出了一种迭代的鲁棒公平性能量采集算法。数值结果表明,所提鲁棒优化算法能够明显提升网络采集的公平性能量。
基于分布式联邦学习的毫米波通信系统波束配置方法
薛青, 来东, 徐勇军, 闫莉
2024, 46(1): 138-145.   doi: 10.11999/JEIT221536
[摘要](248) [HTML全文](120) [PDF 3690KB](56)
摘要:
针对超密集组网中毫米波通信系统复杂的波束配置问题,该文提出一种基于分布式联邦学习(DFL)的波束配置算法(BMDFL),旨在利用有限的波束资源实现用户覆盖率最大化。考虑到传统集中式学习存在用户数据安全问题,基于分布式联邦学习框架构建系统模型,从而减少用户隐私信息的泄露。为了实现波束的智能化配置,引入双深度Q学习算法(DDQN)训练系统模型,并通过马尔可夫决策过程将长期的动态优化问题转化为相应的数学模型进行求解。仿真结果从系统的网络吞吐量和用户覆盖率方面验证了该方法的有效性和鲁棒性。
面向6G通信感知一体化的40~50 GHz毫米波信道反射和透射特性研究
王洋, 刘越洋, 廖希, 周继华, 宋浩正, 任明浩, 陈前斌
2024, 46(1): 146-154.   doi: 10.11999/JEIT221560
[摘要](215) [HTML全文](92) [PDF 4164KB](66)
摘要:
为解决毫米波信道反射和透射特性测量数据不足、多层材料传播系数计算不准确和传播特性表征不明的问题,该文开展面向6G通信感知一体化(ISAC)的40~50 GHz毫米波信道反射和透射特性研究。首先,基于菲涅尔理论和射线弹跳追踪原理,提出一种室内多层建筑材料传播系数计算方法;然后,利用基于矢量网络分析仪的毫米波信道测量平台,开展40~50 GHz频率范围内多层木板和多层玻璃的反射和透射系数测量活动。结果表明,该方法与测量值间高度吻合,传播系数误差低于0.1,能够准确地刻画毫米波信道反射和透射特性变化规律。此外,研究还发现反射系数谐振特性和有效布儒斯特角特性依赖于电波极化、入射角和材料厚度。
车联网POI查询中的位置隐私和查询隐私联合保护机制
赵国锋, 吴昊, 王杉杉, 徐川, 唐雯钰
2024, 46(1): 155-164.   doi: 10.11999/JEIT221599
[摘要](188) [HTML全文](111) [PDF 2541KB](32)
摘要:
在车联网中,基于位置的服务(LBS)的兴趣点(POI)查询被广泛用于车载应用中。但是,由于攻击者容易获取车辆位置、查询内容以及其它额外信息,单独对位置隐私或查询隐私进行保护很难保障车载用户的隐私安全,使得对位置隐私和查询隐私开展联合保护越发关键。为此,该文提出一种基于虚拟序列的位置隐私和查询隐私联合保护机制。首先根据POI查询的限制,分析位置隐私和查询隐私的相关性,运用欧几里得距离和关联规则算法对其建模描述,得到相关性判断模型;然后基于虚拟序列,根据影响隐私保护的因素和真实查询的相关性值,将联合保护转化为虚拟序列的选择问题,建立联合保护优化模型,得到匿名程度高且匿名区域大的匿名查询集,防止攻击者识别出真实查询。最后,实验结果表明,与现有方案相比,所提联合保护机制能抵御针对位置隐私和查询隐私的联合攻击(语义范围攻击、时间关联攻击和长期观察攻击),能更有效地保护用户的LBS隐私。
智能反射面辅助的多天线通信系统鲁棒安全资源分配算法
徐勇军, 符加劲, 黄琼, 黄东
2024, 46(1): 165-174.   doi: 10.11999/JEIT221554
[摘要](475) [HTML全文](190) [PDF 3156KB](149)
摘要:
为了解决蜂窝通信系统中因窃听者、障碍物阻挡和信道不确定性导致安全性低和传输质量差的问题,该文提出一种智能反射面(IRS)辅助的多天线通信系统鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑合法用户的安全速率约束、最大发射功率约束和IRS相移约束,基于有界信道不确定性,建立了一个联合优化基站主动波束、IRS被动波束的鲁棒资源分配问题。然后,利用S-程序、连续凸近似、交替优化和罚函数等方法对含参数摄动的原非凸问题进行转换,得到可直接求解的确定性凸优化问题。最后,提出一种基于迭代的鲁棒能效最大化算法。仿真结果表明,该文算法具有较好的能效和较强的鲁棒性。
面向绿色计算的车辆协同任务卸载方法
张红霞, 吕智豪, 席诗语, 刘佳敏, 郭加树, 张培颖
2024, 46(1): 175-183.   doi: 10.11999/JEIT230051
[摘要](153) [HTML全文](77) [PDF 3020KB](39)
摘要:
车辆边缘计算(VEC)为处理计算密集、延迟敏感型任务提供了新的范式,然而边缘服务器在整合可再生能源方面的能力较差。因此,为了提高边缘服务器的能效,该文设计了一种面向绿色计算的车辆协同任务卸载框架。在该框架中,车辆配备能源收集(EH)设备,通过彼此间共享绿色能源和计算资源协作执行任务。为有效促进车辆的参与积极性,该文通过动态定价激励车辆,并综合考虑了车辆的移动性、任务优先级等。为了使卸载决策适应动态环境的变化,该文提出了一种基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)的任务卸载方法,以在最大化所有车辆平均任务完成效用的同时减少边缘端电网电力的使用。最后,仿真结果验证了该方法的有效性,相比基于深度确定性策略梯度(DDPG)和基于贪心原则(GPE)的方法在性能上分别提升了7.34%和37.47%。
基于延迟和抖动感知的多播服务功能树嵌入算法
刘亮, 陈翔, 桂晓菁, 徐勇军, 杜娅荣, 侯泽天, 段洁
2024, 46(1): 184-194.   doi: 10.11999/JEIT230015
[摘要](187) [HTML全文](67) [PDF 3028KB](28)
摘要:
针对软件定义网络/网络功能虚拟化(SDN/NFV)架构中,多播请求流(MRs)需满足严格时延和抖动约束下遍历由多个虚拟网络功能(VNFs)依序组成的服务功能树(SFT)问题。该文提出一种基于最优链路选择函数进行深度优先搜索构建SFT的路由算法。首先,提出网络资源相对成本函数,以保证网络负载自动均衡。其次,联合考虑网络资源、VNF动态放置及多播流延迟和抖动约束,构建SFT动态嵌入问题的整数线性规划模型(ILP)。最后,针对该NP难问题,设计辅助边权图和最优链路选择函数进行路由路径选择,并以最小化资源消耗成本为目标提出具有延迟和抖动感知的SFT嵌入算法(SFT-EA)。仿真结果表明,SFT-EA在吞吐量,流接受率和网络负载均衡方面具有更好的性能。
边缘计算网络中区块链赋能的异步联邦学习算法
黄晓舸, 邓雪松, 陈前斌, 张杰
2024, 46(1): 195-203.   doi: 10.11999/JEIT221517
[摘要](318) [HTML全文](183) [PDF 3666KB](90)
摘要:
由于数据量激增而引起的信息爆炸使得传统集中式云计算不堪重负,边缘计算网络(ECN)被提出以减轻云服务器的负担。此外,在ECN中启用联邦学习(FL),可以实现数据本地化处理,从而有效解决协同学习中边缘节点(ENs)的数据安全问题。然而在传统FL架构中,中央服务器容易受到单点攻击,导致系统性能下降,甚至任务失败。本文在ECN场景下,提出基于区块链技术的异步FL算法(AFLChain),该算法基于ENs算力动态分配训练任务,以提高学习效率。此外,基于ENs算力、模型训练进度以及历史信誉值,引入熵权信誉机制评估ENs积极性并对其分级,淘汰低质EN以进一步提高AFLChain的性能。最后,提出基于次梯度的最优资源分配(SORA)算法,通过联合优化传输功率和计算资源分配以最小化整体网络延迟。仿真结果展示了AFLChain的模型训练效率以及SORA算法的收敛情况,证明了所提算法的有效性。
基于用户窃听的MU-MISO反向散射通信系统鲁棒资源分配算法
徐勇军, 徐然, 周继华, 陈量, 黄东
2024, 46(1): 204-212.   doi: 10.11999/JEIT221508
[摘要](79) [HTML全文](51) [PDF 1798KB](28)
摘要:
针对反向散射通信系统信道估计不准、信息容易被窃听等问题,该文提出一种基于用户窃听的多用户-多输入单输出(MU-MISO)反向散射通信系统鲁棒资源分配算法,以提高系统传输鲁棒性与信息安全性。首先,考虑基站最大功率、时间分配、信道不确定性、能量收集和保密率等约束,建立一个MU-MISO的反向散射通信系统鲁棒资源分配问题。其次,基于非线性能量收集模型和有界球形信道不确定性模型,利用变量松弛法和S过程将原NP-hard问题转化为确定性问题,随后利用连续凸近似、半正定松弛与块坐标下降法将其转化为凸优化问题求解。仿真结果表明,与传统非鲁棒算法对比,所提算法具有较高的系统容量和较低的中断概率。
雷达、声呐、阵列信号处理
单脉冲测角的二维分级主旁瓣干扰联合抑制方法
张仁李, 朱蕾, 邱爽, 盛卫星
2024, 46(1): 213-221.   doi: 10.11999/JEIT221577
[摘要](198) [HTML全文](173) [PDF 2674KB](73)
摘要:
针对矩形平面阵列天线同时存在主、旁瓣干扰的单脉冲测角问题,该文设计了2维分级自适应单脉冲波束形成算法(TDHJ-ADBF)。TDHJ-ADBF算法将矩形平面阵分为方位维和俯仰维两个正交维度,采用2维分级处理架构:第1级处理在测角维进行,采用低运算量的压缩多重信号分类法对测角维主瓣干扰进行快速识别与方向估计,构造阻塞矩阵滤除主瓣干扰,获得仅含旁瓣干扰和噪声的协方差矩阵,进而对和、差波束方向图进行指向与鉴角曲线联合约束,完成测角维旁瓣干扰抑制与波束形成处理;第2级在非测角维对残留的测角维主瓣干扰进行抑制。通过2维分级处理实现主、旁瓣干扰联合对抗,并保持单脉冲测角的鉴角曲线线性度。仿真结果表明,TDHJ-ADBF算法实现了对主、旁瓣干扰联合抑制,具有高精度的单脉冲测角性能。
可重构智能表面辅助双功能雷达通信系统的联合波束优化
王华华, 孙宸, 朱鹏云
2024, 46(1): 222-228.   doi: 10.11999/JEIT221537
[摘要](310) [HTML全文](233) [PDF 1152KB](61)
摘要:
双功能雷达通信系统(DFRC)是有效解决未来网络频谱资源拥挤问题的理想技术之一,该文引入了可重构智能表面(RIS)技术,旨在提升用户的加权和速率和系统的探测性能。首先在雷达功率约束和可重构智能表面的恒定模约束以及通信的整体功率预算下,构建了通信用户的加权和速率和系统探测性能最大化的优化模型。通过联合优化基站的主动波束和可重构智能表面的无源被动波束形成,该文设计了一种有效的基于加权最小均方误差、分式规划和流形优化的交替优化算法,将非凸优化问题转化为两个子问题并利用迭代进行求解。仿真结果表明,所提方案对解决该问题的有效性和对用户加权和速率在较低迭代次数下达到收敛,并且可使用户的加权和速率上限提升0.86 bit/(s·Hz)和使系统探测更具方向性。
重叠阵元时分复用MIMO雷达多目标参数估计方法研究
田丰, 刘万, 符渭波, 张浩宇
2024, 46(1): 229-239.   doi: 10.11999/JEIT230039
[摘要](264) [HTML全文](209) [PDF 5628KB](59)
摘要:
针对多普勒-角度耦合和速度模糊问题,该文提出一种基于重叠阵元MIMO阵列的多目标参数估计方法。该方法基于虚拟孔径原理,在传统MIMO天线阵列中引入重叠阵元,构建重叠阵元MIMO天线阵列。通过在角度快速傅里叶变换(FFT)算法中引入循环迭代的方法估计阵列位置参数,利用重叠阵元回波信号的相位差值进行频率估计。同时,引入频谱搬移方法对速度区间进行转换,实现多目标的距离和速度估计。通过蒙特卡罗仿真实验,信噪比15 dB 的条件下,解模糊正确率为100%,速度误差为0.1 m/s,角度误差为0.1°。基于城市交通场景采集的车辆数据集进行测试,测试结果表明,该方法能够实现对车辆目标的速度和角度精确估计,可满足交通雷达对车辆信息监测的实时性和准确性需求。
阵元位置互质的线性阵列:阵列校正和波束形成
梁梦薇, 何劲, 舒汀, 郁文贤
2024, 46(1): 240-248.   doi: 10.11999/JEIT221539
[摘要](203) [HTML全文](72) [PDF 2291KB](48)
摘要:
该文研究了阵元位置互质的线性阵列(CLA)的阵列校正和波束形成问题。在假设CLA天线单元部分校准的条件下,基于同时干扰定位与阵列校正(SILAC)技术,设计了一种适用于CLA的阵列校正和波束形成方法:CLA-SILAC-INCM算法。从理论上分析证明了,当CLA中包含有Lc≥3个完全校准的天线单元,使用SILAC技术可以高精度无模糊地实现干扰源角度和阵列天线幅相误差估计,并在此基础上完成干扰噪声协方差矩阵(INCM)重建和波束形成最优权向量构造。通过仿真实验验证了,提出的CLA-SILAC-INCM算法具有比其他常用算法更好的性能,尤其是信噪比接近干噪比时,CLA-SILAC-INCM算法的优势更为明显。
基于同心方形网格插值处理的柱面SAR成像算法
丁丽, 何华港, 王韬, 储得苗
2024, 46(1): 249-257.   doi: 10.11999/JEIT221507
[摘要](115) [HTML全文](91) [PDF 8850KB](36)
摘要:
柱面毫米波合成孔径雷达(CSAR)是近距离非接触成像领域的重要技术之一。基于傅里叶变换理论的高分辨成像算法需要通过2维插值消除波数域数据在方位维和距离维的非均匀性。但是这两个维度呈现出同心圆环状的高度耦合,导致传统基于2维逐点遍历的插值方法时间复杂度高,成像算法效率低。为此,该文基于解析解的CSAR成像算法推导,提出了同心方形网格的插值分解方法。通过补0、径向1维插值和分区处理消除波数域方位维和距离维的强耦合性,并在两个分区进行独立的1维插值实现2维非均匀波数域的均匀重采样,获得最终同心方形环带均匀填充的波数域样式。通过实验验证了所提算法能有效降低2维插值的时间复杂度,并且所提算法插值处理速度比传统算法提升了7倍,与算法复杂度理论分析结果吻合。
图像与智能信息处理
基于投票机制的暖通空调空气处理单元传感器故障诊断
严颖, 蔡骏, 吴奇, 张欣, 杨溢
2024, 46(1): 258-266.   doi: 10.11999/JEIT221506
[摘要](254) [HTML全文](121) [PDF 2806KB](38)
摘要:
现有暖通空调(HVAC)空气处理单元(AHU)的故障诊断研究往往是集中式的。少量的分布式方法大多需要求解大量耗时的优化问题,使得无法及时完成故障诊断。针对以上挑战,该文提出一种基于投票机制的分布式故障诊断方法。在该方法中,建立一个玻尔兹曼机来描述传感器网络,通过传感器之间的相互投票来确定玻尔兹曼机的边权值,基于边权值对玻尔兹曼机的状态也就是传感器的状态进行迭代,从而定位传感器的故障。设计了一种基于欧氏距离的投票策略确定投票值。开发了一种方法,通过在玻尔兹曼机中增加一个额外的节点来重置其权值矩阵,在将玻尔兹曼机对称化的同时,保持原来各传感器之间的投票关系,以保证玻尔兹曼机状态的迭代收敛。该方法不需要求解大量的优化问题,相较于当前的分布式方法计算量小。使用ASHRAE Project RP-1312提供的实际数据对所提方法进行验证。实验结果表明所提方法可以精确且高效地诊断出空气处理单元传感器的偏差故障和漂移故障。
基于改进顶帽变换的红外弱小目标检测
张晶晶, 曹思华, 崔文楠, 张涛
2024, 46(1): 267-276.   doi: 10.11999/JEIT221562
[摘要](268) [HTML全文](144) [PDF 10038KB](97)
摘要:
天空背景下的红外弱小目标检测技术较为成熟,但在近地复杂背景下,红外弱小目标的检测存在准确率不高、虚警目标多、实时性差的问题。针对以上问题,该文提出一种基于改进顶帽变换的红外弱小目标检测算法(OTHOLCM)。该算法采用基于改进顶帽变换的图像预处理算法(OTH),通过对不同灰度值的图像采取不同的策略针对性地处理图像,达到目标增强、背景抑制的效果。并在此基础上,采用基于改进多尺度局部对比度的红外弱小目标检测算法(OLCM),通过针对目标尺寸特点进行尺度设计,使得在保证算法实时性的基础上扩大目标尺寸检测范围。实验证明:OTHOLCM算法可以保证实时性并明显提高目标检测准确率、减少虚警目标数量。与3层模板局部差异度量算法(TTLDM)、基于边角感知的时空张量模型(ECASTT)等先进算法相比,OTHOLCM算法可使真阳性率分别提高近79%, 61%,假阳性率分别降低近77%, 73%,目标检测速度达到每秒25帧。
双鉴别器盲超分重建方法研究
卢迪, 于国梁
2024, 46(1): 277-286.   doi: 10.11999/JEIT221502
[摘要](125) [HTML全文](156) [PDF 5850KB](20)
摘要:
图像超分变率重建方法在公共安全检测、卫星成像、医学和照片恢复等方面有着十分重要的用途。该文对基于生成对抗网络的超分辨率重建方法进行研究,提出一种基于纯合成数据训练的真实世界盲超分算法(Real-ESRGAN)的UNet3+双鉴别器Real-ESRGAN方法(Double Unet3+ Real-ESRGAN, DU3-Real-ESRGAN)。首先,在鉴别器中引入UNet3+结构,从全尺度捕捉细粒度的细节和粗粒度的语义。其次,采用双鉴别器结构,一个鉴别器学习图像纹理细节,另一个鉴别器关注图像边缘,实现图像信息互补。在Set5, Set14, BSD100和Urban100数据集上,与多种基于生成对抗网络的超分重建方法相比,除Set5数据集外,DU3-Real-ESRGAN方法在峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)和无参图像考评价指标(NIQE)都优于其他方法,产生了更直观逼真的高分辨率图像。
基于拍卖多智能体深度确定性策略梯度的多无人车分散策略研究
郭宏达, 娄静涛, 杨珍珍, 徐友春
2024, 46(1): 287-298.   doi: 10.11999/JEIT221582
[摘要](150) [HTML全文](86) [PDF 4019KB](32)
摘要:
多无人车(multi-UGV)分散在军事作战任务中应用非常广泛,现有方法较为复杂,规划时间较长,且适用性不强。针对此问题,该文提出一种基于拍卖多智能体深度确定性策略梯度(AU-MADDPG)算法的多无人车分散策略。在单无人车模型的基础上,建立基于深度强化学习的多无人车分散模型。对MADDPG结构进行优化,采用拍卖算法计算总路径最短时各无人车所对应的分散点,降低分散点分配的随机性,结合MADDPG算法规划路径,提高训练效率及运行效率;优化奖励函数,考虑训练过程中及结束两个阶段,全面考虑约束,将多约束问题转化为奖励函数设计问题,实现奖励函数最大化。仿真结果表明:与传统MADDPG算法相比,所提算法在训练时间上缩短了3.96%,路径总长度减少14.50%,解决分散问题时更为有效,可作为此类问题的通用解决方案。
基于内外混合图像先验与图像融合的DIP改进降噪模型
徐少平, 陈晓军, 罗洁, 程晓慧, 肖楠
2024, 46(1): 299-307.   doi: 10.11999/JEIT221580
[摘要](177) [HTML全文](135) [PDF 4643KB](46)
摘要:
为提高无监督深度图像先验(DIP)降噪模型的降噪性能,该文提出了一种基于内外混合图像先验与图像融合的DIP改进降噪模型(IDIP),该模型由样本生成和样本融合两个相继执行的模块组成。在样本生成阶段,首先利用2个分别来自内部和外部先验且有代表性的降噪算法(模型)处理噪声图像以产生2张初始降噪图像。基于这2张初始降噪图像,使用空间随机混合器按照各自50%混合比例随机生成足够多的混合图像作为DIP降噪模型的第2目标图像并与第1目标图像(即噪声图像)构成双目标图像。然后,每次使用不同的随机输入和双目标图像,多次执行标准DIP降噪流程生成多张具有互补性的样本图像;在样本融合阶段,首先为了获得更好的随机性和稳定性,随机丢弃50%的样本图像。然后,采用无监督融合网络在样本图像上完成自适应融合,获得的融合图像的图像质量相对参与融合的样本图像得到再次提升,作为最终降噪图像。在人工合成噪声图像上实验表明:IDIP降噪模型较原DIP降噪模型在峰值信噪比评价指标上有约2 dB的提升,且较大幅度超过了其他无监督降噪模型,逼近了有监督降噪模型。而在实际真实噪声图像上,其降噪性能较各对比方法更具鲁棒性。
混合数据的多集群系统中数据价值与信息年龄的联合优化
罗佳, 陈前斌, 唐伦
2024, 46(1): 308-316.   doi: 10.11999/JEIT230023
[摘要](198) [HTML全文](75) [PDF 999KB](43)
摘要:
信息年龄(AoI)是一种业界新兴的时间相关指标,其经常用于评估接收数据的新鲜度。该文考虑了一个视频数据与环境数据混合的多集群视频直播系统,并制定调度策略以联合优化系统数据价值与信息年龄。为克服优化问题中动作空间过大导致难以实现有效求解的问题,该文将优化问题的调度策略分解为相互关联的内外两层策略,外层策略利用深度强化学习实现集群间的信道分配,内层策略则基于构造的虚拟队列实现集群内的链路选择。双层调度策略将每个集群的内层策略嵌入到外层策略中进行训练,仿真结果显示,与现有调度策略相比,该文所提的调度策略可以提高时间平均的接收数据价值并降低时间平均的信息年龄。
基于生物脉冲信号的视觉神经编码验证方法研究
张燚钧, 刘健, 黄铁军
2024, 46(1): 317-326.   doi: 10.11999/JEIT221441
[摘要](255) [HTML全文](145) [PDF 4329KB](34)
摘要:
研究界对如何对神经编码模型的性能度量还没有达成一个统一的评价标准。现有的主要编码度量方法是对神经编码模型的编码响应与真实生理响应之间的相似度进行度量。该文提出一种通过神经解码验证神经编码模型性能的方法。基于此方法构建了包括传统编码度量方法和神经解码度量方法的视觉脉冲信号编码验证框架,并基于动态视觉刺激下采集的蝾螈视网膜神经节细胞(RGC)脉冲信号数据集对此框架进行了实验验证。选择了具有动态视觉刺激脉冲响应编码能力的编码模型与性能先进的神经解码模型作为标准度量模型。实验从不同神经编码方式和不同维度全面地对3种神经编码模型的编码性能进行了度量。此外,实验结果表明,脉冲频率编码和脉冲计数编码两种编码方式对脉冲编码性能存在不可忽略的影响。
密码学与网络信息安全
RAIN-128算法的中间相遇攻击
杜小妮, 郑亚楠, 梁丽芳, 李锴彬
2024, 46(1): 327-334.   doi: 10.11999/JEIT221593
[摘要](163) [HTML全文](67) [PDF 2298KB](50)
摘要:
RAIN是一族SPN结构的轻量级分组密码算法,该算法具有软硬件实现效率高、安全性强等特点。中间相遇攻击被广泛应用于分组密码算法的安全性分析中。该文通过分析RAIN-128的结构特性和截断差分特征,利用差分枚举技术分别构造了4轮和6轮中间相遇区分器,给出了8轮及10轮的中间相遇攻击。当攻击轮数为8轮时,预计算阶段的时间复杂度为\begin{document}$ {2^{68}} $\end{document}次8轮RAIN-128加密,存储复杂度为\begin{document}$ {2^{75}} $\end{document} bit,在线攻击阶段的时间复杂度为\begin{document}$ {2^{109}} $\end{document}次8轮加密,数据复杂度是\begin{document}$ {2^{72}} $\end{document}个选择明文;当攻击轮数为10轮时,预计算阶段的时间复杂度为\begin{document}$ {2^{214}} $\end{document}次10轮加密,存储复杂度为\begin{document}$ {2^{219}} $\end{document} bit,在线攻击阶段的时间复杂度为\begin{document}$ {2^{109}} $\end{document}次10轮加密,数据复杂度是\begin{document}$ {2^{72}} $\end{document}个选择明文,分析结果显示,RAIN-128可以抵抗中间相遇攻击,并具有较高的安全冗余。
基于迹函数的negabent函数构造
赵海霞, 李文宇, 韦永壮
2024, 46(1): 335-343.   doi: 10.11999/JEIT230001
[摘要](144) [HTML全文](57) [PDF 751KB](43)
摘要:
Negabent函数是一种具有最优自相关性、较高非线性度的布尔函数,在密码学、编码理论及组合设计中都有着广泛的应用。该文基于有限域上的迹函数,将其与置换多项式相结合,提出两种构造negabent函数的方法。所构造的两类negabent函数均具备\begin{document}${\text{Tr}}_1^k(\lambda {x^{{2^k} + 1}}) + {\text{Tr}}_1^n(ux){\text{Tr}}_1^n(vx) + {\text{Tr}}_1^n(mx){{\rm{Tr}}} _1^n(dx)$\end{document}形式:构造方法1通过调整\begin{document}$\lambda ,{\text{ }}u,{\text{ }}v,{\text{ }}m$\end{document}中的3个参数来获得negabent函数,特别地,当\begin{document}$\lambda $\end{document}≠1时,能得到\begin{document}$({2^{n - 1}} - 2)({2^n} - 1)({2^n} - 4)$\end{document}个negabent函数;构造方法2通过调整\begin{document}$\lambda ,{\text{ }}u,{\text{ }}v,{\text{ }}m,{\text{ }}d$\end{document}中的4个参数来获得negabent函数,特别地,当\begin{document}$\lambda$\end{document}≠1时,至少能够得到\begin{document}${2^{n - 1}}[({2^{n - 1}} - 2)({2^{n - 1}} - 3) + {2^{n - 1}} - 4]$\end{document}个negabent函数。
电路与系统设计
基于比特重组快速模约简的高面积效率椭圆曲线标量乘法器设计
刘志伟, 张琦, 黄海, 杨晓秋, 陈冠百, 赵石磊, 于斌
2024, 46(1): 344-352.   doi: 10.11999/JEIT221446
[摘要](196) [HTML全文](100) [PDF 2362KB](11)
摘要:
针对现有椭圆曲线密码标量乘法器难以兼顾灵活性和面积效率的问题,该文设计了一种基于比特重组快速模约简的高面积效率标量乘法器。首先,根据椭圆曲线标量乘的运算特点,设计了一种可实现乘法和模逆两种运算的硬件复用运算单元以提高硬件资源使用率,并采用Karatsuba-Ofman算法提高计算性能。其次,设计了基于比特重组的快速模约简算法,并实现了支持secp256k1, secp256r1和SCA-256(SM2标准推荐曲线)快速模约简计算的硬件架构。最后,对点加和倍点的模运算操作调度进行了优化,提高乘法与快速模约简的利用率,降低了标量乘计算所需的周期数量。所设计的标量乘法器在55 nm CMOS工艺下需要275 k个等效门,标量乘运算速度为48309次/s,面积时间积达到5.7。
基于介质谐振器的薄导电板侧向回射增强设计
尚玉平, 冯桂生, 廖成
2024, 46(1): 353-361.   doi: 10.11999/JEIT221479
[摘要](164) [HTML全文](105) [PDF 4325KB](42)
摘要:
该文提出了基于无源介质谐振器腔内磁偶极子谐振的准超方向性再辐射,旨在增强薄导电板受到平面电磁波侧向照射时的后向散射截面。在平面电磁波激励下,设计适当的长方介质体中可诱导产生具有磁偶极子再辐射特征的混合电磁谐振模式。以长方介质体为基本谐振单元,将两个相同的介质体沿入射波传播方向紧密级联以组成一个超单元。超单元的两个介质体中的磁场强度与电场强度矢量均呈现相反的方向且相近的幅度,接近等幅而反相的内部场分布使超单元类似一个二元准超方向性磁偶极子阵列,由此产生的准超方向性再辐射有效地贡献于后向散射截面增强。进一步,由镜像原理,将超单元剖面厚度减半并加载于薄导电板表面。结果表明,剖面厚度仅为0.078λ0的介质谐振器形成基于磁偶极子的准超方向性再辐射,在谐振频率处可显著修改薄导电板的侧向回射特性,进而在相对宽带宽角范围内对侧向入射波实现有效的后向散射截面增强。
基于相关性分离的逻辑电路敏感门定位算法
蔡烁, 何辉煌, 余飞, 尹来容, 刘洋
2024, 46(1): 362-372.   doi: 10.11999/JEIT230012
[摘要](142) [HTML全文](98) [PDF 2530KB](45)
摘要:
随着CMOS器件特征尺寸进入纳米量级,因高能粒子辐射等造成的电路失效问题日益严重,给电路可靠性带来严峻挑战。现阶段,准确评估集成电路可靠性,并以此为依据对电路进行容错加固,以提高电路系统可靠性变得刻不容缓。然而,由于逻辑电路中存在大量扇出重汇聚结构,由此引发的信号相关性导致可靠性评估与敏感单元定位面临困难。该文提出一种基于相关性分离的逻辑电路敏感门定位算法。先将电路划分为多个独立电路结构(ICS);以ICS为基本单元分析故障传播及信号相关性影响;再利用相关性分离后的电路模块和反向搜索算法精准定位逻辑电路敏感门单元;最后综合考虑面向输入向量空间的敏感门定位及针对性容错加固。实验结果表明,所提算法能准确、高效地定位逻辑电路敏感单元,适用于大规模及超大规模电路的可靠性评估与高效容错设计。
国家自然科学基金信息
“电子科学与技术”领域2023年度国家自然科学基金项目申请与资助情况综述
孙玲, 刘晶, 文珺, 何杰, 刘克
2024, 46(1): 373-382.   doi: 10.11999/JEIT240000
[摘要](301) [HTML全文](71) [PDF 5147KB](108)
摘要:
国家自然科学基金委员会信息科学部一处“电子科学与技术”领域涉及电路与系统、电磁场与波、电子学及应用等相关研究。本文介绍了2023年度该领域“人才”和“研究”两大项目系列中部分项目的申请与资助情况,并从申请代码、申请人年龄、依托单位分布及其近五年的变化趋势等角度进行了分析,旨在为广大科研人员了解该领域的研究热点和未来发展方向提供参考。
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