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2022年 第44卷 第8期
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2022, 44(8): 2611-2618.
doi: 10.11999/JEIT220191
摘要:
物联网是6G的核心应用场景，然而由于射频频谱资源稀缺，为数以百亿计的物联网设备提供高质量无线覆盖服务面临挑战。可见光通信(Visible Light Communication, VLC)作为射频通信的补充，提供了丰富的高频频谱资源。该文研究多用户VLC无线信能同传网络的可达能量效率(Energy Efficiency, EE)性能界，即在用户信息和能量需求、避免LED谐波失真以及VLC发射机总功率约束下最大化EE。为求解所考虑的问题，结合Dinkelbach方法和连续凸近似方法构建迭代算法优化波束赋形向量和直流偏置。从理论上证明了所提算法的收敛性，并讨论了避免LED谐波失真的工作条件对EE的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性，分析了信息需求、能量需求和VLC发射机总功率对EE的影响规律，并讨论了LED视野对EE和VLC信号传播的影响。
物联网是6G的核心应用场景，然而由于射频频谱资源稀缺，为数以百亿计的物联网设备提供高质量无线覆盖服务面临挑战。可见光通信(Visible Light Communication, VLC)作为射频通信的补充，提供了丰富的高频频谱资源。该文研究多用户VLC无线信能同传网络的可达能量效率(Energy Efficiency, EE)性能界，即在用户信息和能量需求、避免LED谐波失真以及VLC发射机总功率约束下最大化EE。为求解所考虑的问题，结合Dinkelbach方法和连续凸近似方法构建迭代算法优化波束赋形向量和直流偏置。从理论上证明了所提算法的收敛性，并讨论了避免LED谐波失真的工作条件对EE的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性，分析了信息需求、能量需求和VLC发射机总功率对EE的影响规律，并讨论了LED视野对EE和VLC信号传播的影响。
2022, 44(8): 2619-2628.
doi: 10.11999/JEIT220026
摘要:
面向第6代移动通信的发展需求，可见光通信(VLC)是一种极具发展潜力的室内覆盖方案。由于开放性和广播性，VLC的信息安全问题不容忽视。作为一种新型的信息安全技术，隐蔽无线通信近年来得到了广泛研究。然而VLC和无线射频通信存在显著差异，隐蔽无线通信的研究成果并不能直接运用在隐蔽VLC中。鉴于此，该文对隐蔽VLC的基础理论进行了研究。首先，在隐蔽性约束、信号非负性和平均光功率约束下，建立了泛函优化问题，得到了输入信号的最优分布为指数分布，为隐蔽VLC的信号设计提供了参考。接着，利用隐蔽性约束条件，得到了发射机的平均光功率需满足的条件，为发射机设定发送光功率提供了依据。然后，在发射机已知或未知监视者信息情况下，分别推导了隐蔽VLC可以隐蔽传输的最大信息量，揭示了隐蔽VLC的基本性能限。最后，数值结果对理论分析进行了验证。
面向第6代移动通信的发展需求，可见光通信(VLC)是一种极具发展潜力的室内覆盖方案。由于开放性和广播性，VLC的信息安全问题不容忽视。作为一种新型的信息安全技术，隐蔽无线通信近年来得到了广泛研究。然而VLC和无线射频通信存在显著差异，隐蔽无线通信的研究成果并不能直接运用在隐蔽VLC中。鉴于此，该文对隐蔽VLC的基础理论进行了研究。首先，在隐蔽性约束、信号非负性和平均光功率约束下，建立了泛函优化问题，得到了输入信号的最优分布为指数分布，为隐蔽VLC的信号设计提供了参考。接着，利用隐蔽性约束条件，得到了发射机的平均光功率需满足的条件，为发射机设定发送光功率提供了依据。然后，在发射机已知或未知监视者信息情况下，分别推导了隐蔽VLC可以隐蔽传输的最大信息量，揭示了隐蔽VLC的基本性能限。最后，数值结果对理论分析进行了验证。
2022, 44(8): 2629-2638.
doi: 10.11999/JEIT220294
摘要:
在光学相机通信中，经典的多项式拟合算法易丢失条纹细节信息，基于分段自适应的阈值算法可将灰度值数据进行有效解码，却耗时较长，步长选择对解码性能影响较大。针对以上问题，该文提出一种能够保证邻近像素行的影响且较为平稳的指数加权滤波算法，并与参考条纹结合，实现快速解调解码。在解码过程中，首先对每条明暗条纹信息进行估计像素个数，以此判断帧同步头和帧尾位置；再利用帧同步头和帧尾确定有效数据范围以及估计每bit数据所对应像素个数；之后判断有效数据的占空比并转换为逻辑值；最后输出逻辑值代表的信息。实验结果表明：该文算法具有较低的算法复杂度，且在光照为300 lx的室内环境中，在误比特率低于前向纠错阈值的条件下，使用方形LED作为发射端时，信道距离可达30 cm，传输速率1.67 kbps，可满足正常传输需求。
在光学相机通信中，经典的多项式拟合算法易丢失条纹细节信息，基于分段自适应的阈值算法可将灰度值数据进行有效解码，却耗时较长，步长选择对解码性能影响较大。针对以上问题，该文提出一种能够保证邻近像素行的影响且较为平稳的指数加权滤波算法，并与参考条纹结合，实现快速解调解码。在解码过程中，首先对每条明暗条纹信息进行估计像素个数，以此判断帧同步头和帧尾位置；再利用帧同步头和帧尾确定有效数据范围以及估计每bit数据所对应像素个数；之后判断有效数据的占空比并转换为逻辑值；最后输出逻辑值代表的信息。实验结果表明：该文算法具有较低的算法复杂度，且在光照为300 lx的室内环境中，在误比特率低于前向纠错阈值的条件下，使用方形LED作为发射端时，信道距离可达30 cm，传输速率1.67 kbps，可满足正常传输需求。
2022, 44(8): 2639-2648.
doi: 10.11999/JEIT220368
摘要:
为了满足可见光通信(VLC)的照明和高速率数据传输的双重需求，该文提出一种融合可变开关键控(VOOK)和分层正交频分复用(OFDM)的高效频谱混合调制。首先针对分层OFDM调制方法设计了相应的VOOK信号，避免了VOOK对分层OFDM信息传输的干扰。然后，为了保证混合调制信号工作在发光二极管(LED)的线性区间，提出一种全新的重构分层光OFDM(RLO-OFDM)，并构建VOOK-RLO-OFDM混合调制方法，实现了调光控制和高效频谱数据传输的双重功能。混合调制能够并行地进行VOOK和RLO-OFDM的信号检测，同时，RLO-OFDM的信号检测可以采用标准的OFDM接收机，无须依赖串行干扰消除方式，显著地降低了接收复杂度和处理时延。仿真结果表明，所提方法能够实现线性调光控制，且具有高效的频谱效率。
为了满足可见光通信(VLC)的照明和高速率数据传输的双重需求，该文提出一种融合可变开关键控(VOOK)和分层正交频分复用(OFDM)的高效频谱混合调制。首先针对分层OFDM调制方法设计了相应的VOOK信号，避免了VOOK对分层OFDM信息传输的干扰。然后，为了保证混合调制信号工作在发光二极管(LED)的线性区间，提出一种全新的重构分层光OFDM(RLO-OFDM)，并构建VOOK-RLO-OFDM混合调制方法，实现了调光控制和高效频谱数据传输的双重功能。混合调制能够并行地进行VOOK和RLO-OFDM的信号检测，同时，RLO-OFDM的信号检测可以采用标准的OFDM接收机，无须依赖串行干扰消除方式，显著地降低了接收复杂度和处理时延。仿真结果表明，所提方法能够实现线性调光控制，且具有高效的频谱效率。
2022, 44(8): 2649-2658.
doi: 10.11999/JEIT210953
摘要:
为研究面向可见光通信的多功能光子集成芯片，实现可见光信号发射、探测、传输和功率分配的一体化的复合功能，该文提出一种基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料的微型发光二极管(LED)多口分路器结构的光子集成芯片，对集成芯片进行了形貌、光电特性和可见光通信测试等多方面表征，实现了对可见光信号的有效传输和不同比例的多口功率分路，并对分路器不同端口的出射光强进行量化处理，最后，利用信号发生器在微型LED光源发射端加载300 kHz的矩形波电信号，收集分路器末端发射的调制可见光信号，输入/接收信号的波形变化趋势一致，说明该光子集成芯片可实现有效的可见光通信。该研究的主要目的是尝试性将可见光波段的光源和光电探测器集成在氮化物晶圆上，为可见光通信的全光网络的可见光信号片上集成式处理提供新的研究思路和方案，为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。
为研究面向可见光通信的多功能光子集成芯片，实现可见光信号发射、探测、传输和功率分配的一体化的复合功能，该文提出一种基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料的微型发光二极管(LED)多口分路器结构的光子集成芯片，对集成芯片进行了形貌、光电特性和可见光通信测试等多方面表征，实现了对可见光信号的有效传输和不同比例的多口功率分路，并对分路器不同端口的出射光强进行量化处理，最后，利用信号发生器在微型LED光源发射端加载300 kHz的矩形波电信号，收集分路器末端发射的调制可见光信号，输入/接收信号的波形变化趋势一致，说明该光子集成芯片可实现有效的可见光通信。该研究的主要目的是尝试性将可见光波段的光源和光电探测器集成在氮化物晶圆上，为可见光通信的全光网络的可见光信号片上集成式处理提供新的研究思路和方案，为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。
2022, 44(8): 2659-2665.
doi: 10.11999/JEIT220142
摘要:
该文首次研究了可见光通信(VLC)与射频(RF) 聚合系统稳健波束成形设计。具体来说，在VLC和RF信道状态信息(CSIs)都不完美的情况下，该文提出了稳健波束成形设计方案，研究了同时满足最小速率要求和调光控制约束的总传输功率最小化问题。然而，稳健波束成形设计问题存在无限多的约束，这是难以处理的。通过半正定松弛(SDR)，首先对非凸原问题进行松弛，然后利用\begin{document}$\mathcal{S}$\end{document} ![]()
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该文首次研究了可见光通信(VLC)与射频(RF) 聚合系统稳健波束成形设计。具体来说，在VLC和RF信道状态信息(CSIs)都不完美的情况下，该文提出了稳健波束成形设计方案，研究了同时满足最小速率要求和调光控制约束的总传输功率最小化问题。然而，稳健波束成形设计问题存在无限多的约束，这是难以处理的。通过半正定松弛(SDR)，首先对非凸原问题进行松弛，然后利用
2022, 44(8): 2666-2676.
doi: 10.11999/JEIT220379
摘要:
针对光电混合的星空地融合网络上行链路，该文研究了多天线波束成形技术和上行非正交多址接入(NOMA)技术相结合的系统遍历和速率性能。首先，在无人机采用多天线和上行NOMA技术条件下，为实现系统和速率最大化，提出了一种基于统计信道状态信息的波束成形方案。接着，假设卫星-无人机链路采用自由空间光链路且服从伽马-伽马衰落，无人机-地面用户链路采用射频链路且服从相关瑞利衰落，推导了系统和速率的闭合表达式。最后，通过数值仿真验证了理论分析的正确性。仿真结果表明，与正交多址接入(OMA)方案相比，所提方案提高了系统性能，并且与基准波束成形(BF)方案相比，所提方案具有更好的性能优势。
针对光电混合的星空地融合网络上行链路，该文研究了多天线波束成形技术和上行非正交多址接入(NOMA)技术相结合的系统遍历和速率性能。首先，在无人机采用多天线和上行NOMA技术条件下，为实现系统和速率最大化，提出了一种基于统计信道状态信息的波束成形方案。接着，假设卫星-无人机链路采用自由空间光链路且服从伽马-伽马衰落，无人机-地面用户链路采用射频链路且服从相关瑞利衰落，推导了系统和速率的闭合表达式。最后，通过数值仿真验证了理论分析的正确性。仿真结果表明，与正交多址接入(OMA)方案相比，所提方案提高了系统性能，并且与基准波束成形(BF)方案相比，所提方案具有更好的性能优势。
2022, 44(8): 2677-2685.
doi: 10.11999/JEIT211568
摘要:
发光二极管(LED)照明的普及为高精度室内定位提供了一种绿色低成本的解决方案，作为最经济的LED调制方式，开关键控(OOK)由于开关速度、响应时间和节点间同步等的限制，存在定位精度差等问题。该文提出一种基于新型开关键控编码脉冲对的室内信标构造方法及其对应的异步可见光定位模型，各LED仅需按所提规则进行开关键控，光电探测器(PD)端可以获得最大后验概率准则下的最优位置估计。经验证，当信道(含LED和接收机)具有理想带宽、200 MHz和100 MHz带宽时，在30 dB的信噪比(SNR)条件下，终端以90%的概率使得定位精度分别可以达到6 mm, 7 mm和1 cm。在相同条件下，与异步码分多址(CDMA)进行定位、传统OOK基于指纹进行定位以及传统OOK基于接收信号强度进行定位这3种方法相比，该文提出的方法可以获得明显较好的定位效果。另外，当带内信噪比从30 dB恶化至15 dB时，终端的定位精度还能稳健地保持在厘米量级。
发光二极管(LED)照明的普及为高精度室内定位提供了一种绿色低成本的解决方案，作为最经济的LED调制方式，开关键控(OOK)由于开关速度、响应时间和节点间同步等的限制，存在定位精度差等问题。该文提出一种基于新型开关键控编码脉冲对的室内信标构造方法及其对应的异步可见光定位模型，各LED仅需按所提规则进行开关键控，光电探测器(PD)端可以获得最大后验概率准则下的最优位置估计。经验证，当信道(含LED和接收机)具有理想带宽、200 MHz和100 MHz带宽时，在30 dB的信噪比(SNR)条件下，终端以90%的概率使得定位精度分别可以达到6 mm, 7 mm和1 cm。在相同条件下，与异步码分多址(CDMA)进行定位、传统OOK基于指纹进行定位以及传统OOK基于接收信号强度进行定位这3种方法相比，该文提出的方法可以获得明显较好的定位效果。另外，当带内信噪比从30 dB恶化至15 dB时，终端的定位精度还能稳健地保持在厘米量级。
2022, 44(8): 2686-2694.
doi: 10.11999/JEIT220027
摘要:
传统的直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统通过添加直流偏置(DC)和限幅获得单极性信号，由于傅里叶逆变换(IDFT)输出时域信号的随机性，固定的直流偏置会产生较大的非线性限幅失真。该文提出设计自适应直流偏置光正交频分复用(ADCO-OFDM)系统，以双边限幅前、后符号之间的均方误差(MSE) 最小化为优化目标，求解使非线性限幅失真最小的DC。介绍了ADCO-OFDM系统原理、推导了子载波比特信噪比(SNR)，建立了均方误差最小化优化模型，并给出了最优直流偏置的求解过程。采用蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真方法分析了误码率(BER)和光功率消耗，验证了系统设计和性能分析的正确性。
传统的直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统通过添加直流偏置(DC)和限幅获得单极性信号，由于傅里叶逆变换(IDFT)输出时域信号的随机性，固定的直流偏置会产生较大的非线性限幅失真。该文提出设计自适应直流偏置光正交频分复用(ADCO-OFDM)系统，以双边限幅前、后符号之间的均方误差(MSE) 最小化为优化目标，求解使非线性限幅失真最小的DC。介绍了ADCO-OFDM系统原理、推导了子载波比特信噪比(SNR)，建立了均方误差最小化优化模型，并给出了最优直流偏置的求解过程。采用蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真方法分析了误码率(BER)和光功率消耗，验证了系统设计和性能分析的正确性。
2022, 44(8): 2695-2702.
doi: 10.11999/JEIT210758
摘要:
利用可见光信号作为新型信息载体的光通信技术近些年来得到长足发展，为了开发新一代光子集成芯片作为可见光通信网络的终端器件，满足可见光信号发射、接收、传输与处理的复合需求，该文基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料，设计了一种集成可见光波段微型发光二极管(LED)光源、波导定向耦合器、微型光电探测器于一体的光子集成芯片。该芯片利用InGaN/GaN多量子阱材料的发光探测共存现象，实现了上述复合功能。微型LED光源作为发射端，可以发射出蓝色波段的可见光信号，其发光强度受到注入电流的线性调制，可实现调幅可见光通信，适合作为可见光通信的发射端。微型LED光源发射的可见光信号传输进入波导定向耦合器，实现了片内有效传输耦合和光功率平均分配。经过耦合传输的可见光信号进入微型光电探测器，可以监测到与耦合传输的光信号强度相匹配的光电流。最后，可见光通信测试也表明该芯片可实现有效的可见光通信。该研究为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。
利用可见光信号作为新型信息载体的光通信技术近些年来得到长足发展，为了开发新一代光子集成芯片作为可见光通信网络的终端器件，满足可见光信号发射、接收、传输与处理的复合需求，该文基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料，设计了一种集成可见光波段微型发光二极管(LED)光源、波导定向耦合器、微型光电探测器于一体的光子集成芯片。该芯片利用InGaN/GaN多量子阱材料的发光探测共存现象，实现了上述复合功能。微型LED光源作为发射端，可以发射出蓝色波段的可见光信号，其发光强度受到注入电流的线性调制，可实现调幅可见光通信，适合作为可见光通信的发射端。微型LED光源发射的可见光信号传输进入波导定向耦合器，实现了片内有效传输耦合和光功率平均分配。经过耦合传输的可见光信号进入微型光电探测器，可以监测到与耦合传输的光信号强度相匹配的光电流。最后，可见光通信测试也表明该芯片可实现有效的可见光通信。该研究为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。
2022, 44(8): 2703-2709.
doi: 10.11999/JEIT220328
摘要:
垂直结构GaN LED能够提高器件的出光效率和调制带宽，是可见光通信的关键器件。该文面向水下蓝光通信的重大应用需求，基于亚波长理想LED模型，设计、制备了垂直结构蓝光LED器件，在NRZ-OOK调制下可实现10 Mbps的无线光通信。该文进一步搭建了水下可见光通信系统，采用基于该器件，实现了调制速率2 Mbps的全双工水下蓝光通信。
垂直结构GaN LED能够提高器件的出光效率和调制带宽，是可见光通信的关键器件。该文面向水下蓝光通信的重大应用需求，基于亚波长理想LED模型，设计、制备了垂直结构蓝光LED器件，在NRZ-OOK调制下可实现10 Mbps的无线光通信。该文进一步搭建了水下可见光通信系统，采用基于该器件，实现了调制速率2 Mbps的全双工水下蓝光通信。
2022, 44(8): 2710-2716.
doi: 10.11999/JEIT220112
摘要:
直流偏置光正交频分复用系统(DCO-OFDM)存在较高的峰均比(PAPR)、易受多径干扰和噪声频偏等影响。因此该文将载波索引调制(IM)引入DCO-OFDM中，提出适合可见光通信(VLC)的DCO-OFDM-IM调制方案。该方案采用基于组合索引与欧氏距离相结合的信号映射约束模型对子载波进行分块组合索引，不仅可在信号域使用传统星座调制传递信息，还可通过频率域利用载波索引额外携带信息，有效改善了系统峰均比及误码率性能。推导了DCO-OFDM-IM系统的理论误码率(BER)，利用蒙特卡罗方法对其进行仿真验证。结果表明：相对传统DCO-OFDM系统，当子载波数为256，调制阶数为4，系统误码率为10–3时，DCO-OFDM-IM系统所需信噪比平均改善了约2 dB；当误码率为10–3时，采用组合索引与欧氏距离相结合的算法较随机选取载波组合系统所需信噪比平均改善约2 dB；当系统互补累计分布函数(CCDF)为10–1时，DCO-OFDM-IM原始信号峰均比比DCO-OFDM下降了约2.4 dB。
直流偏置光正交频分复用系统(DCO-OFDM)存在较高的峰均比(PAPR)、易受多径干扰和噪声频偏等影响。因此该文将载波索引调制(IM)引入DCO-OFDM中，提出适合可见光通信(VLC)的DCO-OFDM-IM调制方案。该方案采用基于组合索引与欧氏距离相结合的信号映射约束模型对子载波进行分块组合索引，不仅可在信号域使用传统星座调制传递信息，还可通过频率域利用载波索引额外携带信息，有效改善了系统峰均比及误码率性能。推导了DCO-OFDM-IM系统的理论误码率(BER)，利用蒙特卡罗方法对其进行仿真验证。结果表明：相对传统DCO-OFDM系统，当子载波数为256，调制阶数为4，系统误码率为10–3时，DCO-OFDM-IM系统所需信噪比平均改善了约2 dB；当误码率为10–3时，采用组合索引与欧氏距离相结合的算法较随机选取载波组合系统所需信噪比平均改善约2 dB；当系统互补累计分布函数(CCDF)为10–1时，DCO-OFDM-IM原始信号峰均比比DCO-OFDM下降了约2.4 dB。
2022, 44(8): 2717-2724.
doi: 10.11999/JEIT220366
摘要:
作为下一代网络的重点候选技术，可见光通信(VLC)以其超高的传输速率有望提供严格的时延服务质量(QoS)保障。现有VLC研究大多假设终端在接收信号过程中始终保持垂直向上。然而，在实际VLC系统中，终端晃动将对接收端入射角产生较大的影响，从而对VLC的信道增益与传输速率产生影响。该文针对统计时延QoS约束下多光源VLC系统晃动终端的可达传输速率展开研究。首先，基于3维离散时间马尔可夫链，提出VLC终端3自由度晃动模型，从时间相关性的角度刻画了VLC终端的随机晃动过程；其次，将终端晃动下多光源VLC系统的矢量传输过程映射为马尔可夫式服务过程，基于有效容量理论，研究支持终端晃动的VLC系统在统计时延QoS约束下的可达传输速率；最后，通过仿真实验说明了终端晃动对VLC系统容量的影响并验证了所推导有效容量的准确性。
作为下一代网络的重点候选技术，可见光通信(VLC)以其超高的传输速率有望提供严格的时延服务质量(QoS)保障。现有VLC研究大多假设终端在接收信号过程中始终保持垂直向上。然而，在实际VLC系统中，终端晃动将对接收端入射角产生较大的影响，从而对VLC的信道增益与传输速率产生影响。该文针对统计时延QoS约束下多光源VLC系统晃动终端的可达传输速率展开研究。首先，基于3维离散时间马尔可夫链，提出VLC终端3自由度晃动模型，从时间相关性的角度刻画了VLC终端的随机晃动过程；其次，将终端晃动下多光源VLC系统的矢量传输过程映射为马尔可夫式服务过程，基于有效容量理论，研究支持终端晃动的VLC系统在统计时延QoS约束下的可达传输速率；最后，通过仿真实验说明了终端晃动对VLC系统容量的影响并验证了所推导有效容量的准确性。
2022, 44(8): 2725-2729.
doi: 10.11999/JEIT211559
摘要:
通信感知一体化是6G关键技术之一。氮化镓量子阱二极管的发射光谱和光探测谱存在重叠区，量子阱二极管光探测器能够吸收具有相同量子阱结构的光发射器件发出的短波长光子，生成光电流。该文基于该物理现象，研制同质集成光发射光接收器件的氮化镓光电子芯片，由于单个量子阱二极管芯片器件自身发光干扰导致感知外界光信号弱，但是收发分离芯片又存在效率低、紧凑性弱、鲁棒性差等问题，将具有相同量子阱结构的量子阱二极管器件制备在同一块芯片上，分别作为发光和接收器件，构建自由空间逆向光通信系统，探索可见光通信感知一体化芯片及关键技术。
通信感知一体化是6G关键技术之一。氮化镓量子阱二极管的发射光谱和光探测谱存在重叠区，量子阱二极管光探测器能够吸收具有相同量子阱结构的光发射器件发出的短波长光子，生成光电流。该文基于该物理现象，研制同质集成光发射光接收器件的氮化镓光电子芯片，由于单个量子阱二极管芯片器件自身发光干扰导致感知外界光信号弱，但是收发分离芯片又存在效率低、紧凑性弱、鲁棒性差等问题，将具有相同量子阱结构的量子阱二极管器件制备在同一块芯片上，分别作为发光和接收器件，构建自由空间逆向光通信系统，探索可见光通信感知一体化芯片及关键技术。
2022, 44(8): 2730-2738.
doi: 10.11999/JEIT210600
摘要:
信息安全是影响物联网(IoT)应用的关键因素之一，物理层安全是解决物联网信息通信安全问题的有效技术。该文针对物联网中带有主动攻击的全双工窃听者，利用无人机(UAV)辅助发射人工噪声的方法，提升系统物理层安全性能。为了跟踪窃听者位置移动，首先采用贝叶斯测距和最小二乘法迭代估计窃听者位置，然后提出基于Q-learning的无人机轨迹优化算法，以达到在窃听者移动情况下系统保密性能最优。仿真结果表明，该算法能快速收敛，并且无人机能够跟踪窃听者移动来确定自身最佳位置，对窃听信道实施有效干扰，从而保证系统可达安全速率最大。
信息安全是影响物联网(IoT)应用的关键因素之一，物理层安全是解决物联网信息通信安全问题的有效技术。该文针对物联网中带有主动攻击的全双工窃听者，利用无人机(UAV)辅助发射人工噪声的方法，提升系统物理层安全性能。为了跟踪窃听者位置移动，首先采用贝叶斯测距和最小二乘法迭代估计窃听者位置，然后提出基于Q-learning的无人机轨迹优化算法，以达到在窃听者移动情况下系统保密性能最优。仿真结果表明，该算法能快速收敛，并且无人机能够跟踪窃听者移动来确定自身最佳位置，对窃听信道实施有效干扰，从而保证系统可达安全速率最大。
2022, 44(8): 2739-2748.
doi: 10.11999/JEIT210540
摘要:
扩散现象在农业真菌传播、大气污染等现实场景广泛存在，扩散源参数估计也因此在农业、工业等实际应用中具有重要意义。目前针对扩散源参数估计提出的方法大多针对理想的瞬时点源信号，对于非瞬时的实际扩散过程存在模型失配问题，极大地限制了算法的实际应用场景。为了解决模型不匹配的问题，同时有效估计扩散源持续时间参数，该文将扩散源信号模型拓展为脉宽可变信号，并提出相应的非瞬时点源模型的参数估计算法。该算法中，利用无线传感网络采样得到实际测量值，找到一个组合系数将实际测量值线性组合为指数函数，再根据有限新息率(FRI)采样理论对组合后的数据用零化滤波器方法求解扩散源参数。仿真结果表明，在信噪比20 dB，位置参数重构MAE能够达到0.008左右，脉宽参数能够达到0.1左右，持续时间参数能够达到0.05左右，这验证了非瞬时点源参数估计的准确性。同时我们分析了传感器个数等因素对参数恢复性能的影响。
扩散现象在农业真菌传播、大气污染等现实场景广泛存在，扩散源参数估计也因此在农业、工业等实际应用中具有重要意义。目前针对扩散源参数估计提出的方法大多针对理想的瞬时点源信号，对于非瞬时的实际扩散过程存在模型失配问题，极大地限制了算法的实际应用场景。为了解决模型不匹配的问题，同时有效估计扩散源持续时间参数，该文将扩散源信号模型拓展为脉宽可变信号，并提出相应的非瞬时点源模型的参数估计算法。该算法中，利用无线传感网络采样得到实际测量值，找到一个组合系数将实际测量值线性组合为指数函数，再根据有限新息率(FRI)采样理论对组合后的数据用零化滤波器方法求解扩散源参数。仿真结果表明，在信噪比20 dB，位置参数重构MAE能够达到0.008左右，脉宽参数能够达到0.1左右，持续时间参数能够达到0.05左右，这验证了非瞬时点源参数估计的准确性。同时我们分析了传感器个数等因素对参数恢复性能的影响。
2022, 44(8): 2749-2756.
doi: 10.11999/JEIT210571
摘要:
针对目前关于非正交多址接入(NOMA)的研究均局限于线性调制的问题，且考虑到实际系统中不完全的信道状态信息(CSI)，基于最小频移键控类(MSK-type)调制，该文提出一种不完全CSI下的非线性波形NOMA系统。首先，分别采用过采样和匹配滤波技术对两用户的上行异步和同步系统进行了建模。进一步，基于矩阵分解理论和连续干扰消除(SIC)机制，分别推导出完全或不完全CSI下系统吞吐量达到最大时的发射功率和归一化时延。最后，数值仿真结果表明了完全与不完全CSI下系统吞吐量与帧长、响应长度、波形以及频率脉冲等系统参数的关系。
针对目前关于非正交多址接入(NOMA)的研究均局限于线性调制的问题，且考虑到实际系统中不完全的信道状态信息(CSI)，基于最小频移键控类(MSK-type)调制，该文提出一种不完全CSI下的非线性波形NOMA系统。首先，分别采用过采样和匹配滤波技术对两用户的上行异步和同步系统进行了建模。进一步，基于矩阵分解理论和连续干扰消除(SIC)机制，分别推导出完全或不完全CSI下系统吞吐量达到最大时的发射功率和归一化时延。最后，数值仿真结果表明了完全与不完全CSI下系统吞吐量与帧长、响应长度、波形以及频率脉冲等系统参数的关系。
2022, 44(8): 2757-2766.
doi: 10.11999/JEIT210663
摘要:
针对提高Wi-Fi指纹室内定位技术性能，该文首先提出一种基于卷积神经网络(CNN)的信道状态信息(CSI)指纹室内定位方法。该方法在离线阶段联合CSI幅度差和相位差信息对CNN模型进行训练。在廊厅和实验室两种不同室内定位场景进行了定位实验，分别获得了25 cm和48 cm的平均定位误差；然后，在此基础上重点针对提高基于CNN的CSI室内定位时效性，引入卷积自编码器(CAE)实现CSI的降维处理，在保证原始定位方法精度的前提下，定位时间提高了40%，同时将内存消耗降低到原算法的1/15，实验结果验证了所提算法的有效性。
针对提高Wi-Fi指纹室内定位技术性能，该文首先提出一种基于卷积神经网络(CNN)的信道状态信息(CSI)指纹室内定位方法。该方法在离线阶段联合CSI幅度差和相位差信息对CNN模型进行训练。在廊厅和实验室两种不同室内定位场景进行了定位实验，分别获得了25 cm和48 cm的平均定位误差；然后，在此基础上重点针对提高基于CNN的CSI室内定位时效性，引入卷积自编码器(CAE)实现CSI的降维处理，在保证原始定位方法精度的前提下，定位时间提高了40%，同时将内存消耗降低到原算法的1/15，实验结果验证了所提算法的有效性。
2022, 44(8): 2767-2776.
doi: 10.11999/JEIT210535
摘要:
设备到设备(D2D)通信中信息传输过程不仅受物理通信条件影响，还与用户动态属性密切相关。为探讨信息传输与用户意识扩散之间的内在关系，该文将信息传输与用户意识扩散视作两种传播过程，并引入过程影响因子刻画两者相互作用。进一步地，建立了一种信息与用户意识耦合传播动力学模型，并进行了全面分析。其中，理论分析证明了模型平衡点的存在唯一性及其全局稳定性，这揭示了D2D通信中信息与用户意识耦合传播的最终状态。实验分析也验证了该理论结果。同时，与传统模型和未考虑过程影响的传播模型对比发现所提模型能扩大信息传播规模且能更准确刻画信息传播过程。
设备到设备(D2D)通信中信息传输过程不仅受物理通信条件影响，还与用户动态属性密切相关。为探讨信息传输与用户意识扩散之间的内在关系，该文将信息传输与用户意识扩散视作两种传播过程，并引入过程影响因子刻画两者相互作用。进一步地，建立了一种信息与用户意识耦合传播动力学模型，并进行了全面分析。其中，理论分析证明了模型平衡点的存在唯一性及其全局稳定性，这揭示了D2D通信中信息与用户意识耦合传播的最终状态。实验分析也验证了该理论结果。同时，与传统模型和未考虑过程影响的传播模型对比发现所提模型能扩大信息传播规模且能更准确刻画信息传播过程。
2022, 44(8): 2777-2784.
doi: 10.11999/JEIT210520
摘要:
随着高清视频直播、虚拟现实等高速率业务不断兴起，单一的网络很难满足用户的业务需求。利用多种异构链路实现并发传输，可以有效聚合带宽资源，提高服务质量。但是，在异构无线网络中，由于链路状况复杂多变，多条链路质量不一，现有的多路径并发传输算法并不能自适应地根据复杂的网络状况做出最优的决策。该文提出了一种自适应网络编码的多路径并发传输控制算法，引入Asynchronous Advantage Actor-Critic(A3C)强化学习，通过自适应的网络编码，根据当前网络状况智能地选择编码分组大小和冗余大小，从而解决数据包的乱序问题。仿真结果表明，该算法能够提高10%左右的传输速率，提升了用户体验。
随着高清视频直播、虚拟现实等高速率业务不断兴起，单一的网络很难满足用户的业务需求。利用多种异构链路实现并发传输，可以有效聚合带宽资源，提高服务质量。但是，在异构无线网络中，由于链路状况复杂多变，多条链路质量不一，现有的多路径并发传输算法并不能自适应地根据复杂的网络状况做出最优的决策。该文提出了一种自适应网络编码的多路径并发传输控制算法，引入Asynchronous Advantage Actor-Critic(A3C)强化学习，通过自适应的网络编码，根据当前网络状况智能地选择编码分组大小和冗余大小，从而解决数据包的乱序问题。仿真结果表明，该算法能够提高10%左右的传输速率，提升了用户体验。
2022, 44(8): 2785-2791.
doi: 10.11999/JEIT210543
摘要:
第3代合作伙伴计划(3GPP)模式4提供了一种直连通信的接入方式，以支持车联网C-V2X应用。然而V2X网络动态变化的业务负载和车辆移动性导致信道质量不稳定，加剧了传输过程中分组碰撞问题。为了满足高可靠低时延的V2X通信需求，该文针对动态负载环境下的高效分布式资源分配策略，提出一种预留-重用联合的Q学习型半持续调度(RRC-QSPS)算法。该文首先对模式4中现有的半持续调度(SPS)算法分组碰撞问题进行理论建模，分析了影响碰撞概率的关键参数，继而提出了动态业务环境下车辆智能体的强化Q学习模型，建立包括预留-重用联合的动作空间与Q目标函数，并通过\begin{document}$ \varepsilon $\end{document} ![]()
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第3代合作伙伴计划(3GPP)模式4提供了一种直连通信的接入方式，以支持车联网C-V2X应用。然而V2X网络动态变化的业务负载和车辆移动性导致信道质量不稳定，加剧了传输过程中分组碰撞问题。为了满足高可靠低时延的V2X通信需求，该文针对动态负载环境下的高效分布式资源分配策略，提出一种预留-重用联合的Q学习型半持续调度(RRC-QSPS)算法。该文首先对模式4中现有的半持续调度(SPS)算法分组碰撞问题进行理论建模，分析了影响碰撞概率的关键参数，继而提出了动态业务环境下车辆智能体的强化Q学习模型，建立包括预留-重用联合的动作空间与Q目标函数，并通过
2022, 44(8): 2792-2801.
doi: 10.11999/JEIT210450
摘要:
存在恶意终端的超密集异构无线网络中，针对高并发接入请求带来的资源分配效率降低和拥塞问题，该文提出一种考虑终端安全和资源调度的垂直切换算法(CTSRS-VHA)。首先，在网络侧通过基于有限状态机的攻击检测算法，构建终端安全评估模型，计算得到终端安全度。其次，结合网络拥塞度、用户数据传输速率和终端安全度构建了一个多目标优化函数。再次，分析网络与终端之间的综合效益，把多目标优化函数转换成单目标优化函数求解，证明了该解为帕累托最优解。最后，仿真结果及分析表明，该算法能够提高网络的接入安全水平和总吞吐量，降低网络拥塞度和切换失败率。
存在恶意终端的超密集异构无线网络中，针对高并发接入请求带来的资源分配效率降低和拥塞问题，该文提出一种考虑终端安全和资源调度的垂直切换算法(CTSRS-VHA)。首先，在网络侧通过基于有限状态机的攻击检测算法，构建终端安全评估模型，计算得到终端安全度。其次，结合网络拥塞度、用户数据传输速率和终端安全度构建了一个多目标优化函数。再次，分析网络与终端之间的综合效益，把多目标优化函数转换成单目标优化函数求解，证明了该解为帕累托最优解。最后，仿真结果及分析表明，该算法能够提高网络的接入安全水平和总吞吐量，降低网络拥塞度和切换失败率。
2022, 44(8): 2802-2813.
doi: 10.11999/JEIT210533
摘要:
针对无线传感器网络全网多跳自适应时间同步效率低的问题，在接收端与接收端同步模型基础上，该文提出一种自适应高效无线传感器网络时间同步优化算法(AEO)。首先，双节点同步时，从节点接收来自参考节点的同步消息并进行确认，在同步周期结束后通过拟合估计和数据更新完成时间修正，构建交互参数同步包，并与主节点进行信息交换完成同步过程。其次，全网同步时，建立Voronoi多边形拓扑结构，认定拓扑结构中参考节点和邻域节点身份(ID)，参考节点覆盖区域间通过邻域节点交换同步信息，实现自适应多区域节点联合时间同步。仿真结果表明该算法在双节点时间同步中能够保证同步误差较小，网络能耗较低；同时，Voronoi拓扑相较于其他典型拓扑，在连通效率和收敛时间方面均有所改进。
针对无线传感器网络全网多跳自适应时间同步效率低的问题，在接收端与接收端同步模型基础上，该文提出一种自适应高效无线传感器网络时间同步优化算法(AEO)。首先，双节点同步时，从节点接收来自参考节点的同步消息并进行确认，在同步周期结束后通过拟合估计和数据更新完成时间修正，构建交互参数同步包，并与主节点进行信息交换完成同步过程。其次，全网同步时，建立Voronoi多边形拓扑结构，认定拓扑结构中参考节点和邻域节点身份(ID)，参考节点覆盖区域间通过邻域节点交换同步信息，实现自适应多区域节点联合时间同步。仿真结果表明该算法在双节点时间同步中能够保证同步误差较小，网络能耗较低；同时，Voronoi拓扑相较于其他典型拓扑，在连通效率和收敛时间方面均有所改进。
2022, 44(8): 2814-2823.
doi: 10.11999/JEIT210608
摘要:
为提高复杂电磁环境下跳频异步组网的抗干扰性能，该文提出一种基于集中式训练和分散式执行框架的多智能体模糊深度强化学习(MFDRL-CTDE)算法。针对多种干扰并存的复杂电磁环境和异步组网结构，设计了相应的状态-动作空间和奖赏函数。为应对智能体之间的相互影响和动态的环境，引入集中式训练和分散式执行(CTDE)框架。该文提出基于模糊推理系统的融合权重分配策略，用于解决网络融合过程中各智能体的权重分配问题。采用竞争性深度Q网络算法和优先经验回放技术以提高算法的效率。仿真结果表明，该算法在收敛速度和最佳性能方面都具有较大优势，且对多变复杂电磁环境具有较好的适应性。
为提高复杂电磁环境下跳频异步组网的抗干扰性能，该文提出一种基于集中式训练和分散式执行框架的多智能体模糊深度强化学习(MFDRL-CTDE)算法。针对多种干扰并存的复杂电磁环境和异步组网结构，设计了相应的状态-动作空间和奖赏函数。为应对智能体之间的相互影响和动态的环境，引入集中式训练和分散式执行(CTDE)框架。该文提出基于模糊推理系统的融合权重分配策略，用于解决网络融合过程中各智能体的权重分配问题。采用竞争性深度Q网络算法和优先经验回放技术以提高算法的效率。仿真结果表明，该算法在收敛速度和最佳性能方面都具有较大优势，且对多变复杂电磁环境具有较好的适应性。
2022, 44(8): 2824-2832.
doi: 10.11999/JEIT210523
摘要:
针对由超密集异构无线网络的超高动态性而引起掉话率不断增长的问题，并考虑到以往基于模糊逻辑相关垂直切换算法的较大时间开销，该文提出一种改善用户体验的垂直切换算法。首先利用5G核心访问和移动管理功能发现终端附近的所有候选网络，同时，利用自组织网络技术的环境感知能力，随时监测网络的运行状况，主动维护网络之间的邻居关系表。然后，引入动态模糊神经网络(DFNN)算法来执行切换判决，将获取到的网络参数数据作为该系统的输入，动态生成对垂直切换有效的规则库，经学习之后，计算得到输出判决值，从而为终端选择最佳接入网络。最后，仿真结果表明，该算法能够明显改善垂直切换过程中的掉话情况，降低切换失败概率。同时，与其他同类算法的时间消耗相比，该算法能够维持在一个较低的水平。
针对由超密集异构无线网络的超高动态性而引起掉话率不断增长的问题，并考虑到以往基于模糊逻辑相关垂直切换算法的较大时间开销，该文提出一种改善用户体验的垂直切换算法。首先利用5G核心访问和移动管理功能发现终端附近的所有候选网络，同时，利用自组织网络技术的环境感知能力，随时监测网络的运行状况，主动维护网络之间的邻居关系表。然后，引入动态模糊神经网络(DFNN)算法来执行切换判决，将获取到的网络参数数据作为该系统的输入，动态生成对垂直切换有效的规则库，经学习之后，计算得到输出判决值，从而为终端选择最佳接入网络。最后，仿真结果表明，该算法能够明显改善垂直切换过程中的掉话情况，降低切换失败概率。同时，与其他同类算法的时间消耗相比，该算法能够维持在一个较低的水平。
2022, 44(8): 2833-2841.
doi: 10.11999/JEIT210458
摘要:
服务功能链(SFC)路径生成旨在为用户提供高速率、低延迟的多样化网络功能定制服务。现有的SFC路径选择算法大多都针对特定网络拓扑结构或使用单一评价指标，存在泛化性弱、评价标准单一的问题。针对此，该文提出基于图注意力网络(GAT)的SFC路径选择优化模型(SFC-GAT)，其核心不再固定网络拓扑结构，而是将SFC路径选择问题建模为路径注意力问题。通过重新设计路径选择图和路径更新策略方式，增强模型泛化性；从时延和负载能力综合角度评价路径优化效果，解决路径性能单一评价问题。仿真实验结果表明：相比于约束下最短路径和最小过载路径选择策略，SFC-GAT至少能提高12%和7%选择路径综合性能。
服务功能链(SFC)路径生成旨在为用户提供高速率、低延迟的多样化网络功能定制服务。现有的SFC路径选择算法大多都针对特定网络拓扑结构或使用单一评价指标，存在泛化性弱、评价标准单一的问题。针对此，该文提出基于图注意力网络(GAT)的SFC路径选择优化模型(SFC-GAT)，其核心不再固定网络拓扑结构，而是将SFC路径选择问题建模为路径注意力问题。通过重新设计路径选择图和路径更新策略方式，增强模型泛化性；从时延和负载能力综合角度评价路径优化效果，解决路径性能单一评价问题。仿真实验结果表明：相比于约束下最短路径和最小过载路径选择策略，SFC-GAT至少能提高12%和7%选择路径综合性能。
2022, 44(8): 2842-2851.
doi: 10.11999/JEIT210422
摘要:
超宽带(UWB)定位系统中，针对复杂的环境下，信号的遮挡、直达信号的错误判断严重影响定位精度问题，该文基于信道冲激响应(CIR)提出一种新型特征参量——饱和度(S)，结合前人提出的特征参量利用Relief算法和互信息特征选择(MIFS)算法进行特征选择，在相关性的基础上赋予特征相应的权重，选择最优的特征子集进行加权K-近邻(WKNN)分类，提高了非视距(NLOS)识别系统准确度。并且分析了WKNN算法中的训练数据集数量与近邻数K对算法的影响，确定优选方案，减小了算法计算量，提高了NLOS识别系统实时性。在不同环境下进行实验验证，结果表明，该方法具备较高的识别准确度和环境适用性，识别精度达到95%。
超宽带(UWB)定位系统中，针对复杂的环境下，信号的遮挡、直达信号的错误判断严重影响定位精度问题，该文基于信道冲激响应(CIR)提出一种新型特征参量——饱和度(S)，结合前人提出的特征参量利用Relief算法和互信息特征选择(MIFS)算法进行特征选择，在相关性的基础上赋予特征相应的权重，选择最优的特征子集进行加权K-近邻(WKNN)分类，提高了非视距(NLOS)识别系统准确度。并且分析了WKNN算法中的训练数据集数量与近邻数K对算法的影响，确定优选方案，减小了算法计算量，提高了NLOS识别系统实时性。在不同环境下进行实验验证，结果表明，该方法具备较高的识别准确度和环境适用性，识别精度达到95%。
2022, 44(8): 2852-2858.
doi: 10.11999/JEIT210489
摘要:
该文研究了阵元位置互质的线性阵列(CLA)的互耦分析和角度估计问题。首先，给出了阵元位置互质的线性阵列的定义，证明了其导向矢量是不模糊的。随后，利用高阶累积量，建立了阵列输出信号的3阶张量模型，并通过张量分解得到导向矢量的估计。最后，利用得到的导向矢量估计，推导了一种无模糊的信号角度估计的方法。CLA可将相邻阵元间的间距设计远大于半波长，因此可显著降低阵列互耦效应。通过阻抗匹配互耦模型比较了CLA和常用典型阵列结构的互耦与角度估计性能，表明了CLA的有效性。
该文研究了阵元位置互质的线性阵列(CLA)的互耦分析和角度估计问题。首先，给出了阵元位置互质的线性阵列的定义，证明了其导向矢量是不模糊的。随后，利用高阶累积量，建立了阵列输出信号的3阶张量模型，并通过张量分解得到导向矢量的估计。最后，利用得到的导向矢量估计，推导了一种无模糊的信号角度估计的方法。CLA可将相邻阵元间的间距设计远大于半波长，因此可显著降低阵列互耦效应。通过阻抗匹配互耦模型比较了CLA和常用典型阵列结构的互耦与角度估计性能，表明了CLA的有效性。
2022, 44(8): 2859-2866.
doi: 10.11999/JEIT210582
摘要:
针对面阵米波(VHF)雷达低仰角目标2维DOA估计问题，该文提出一种基于交替乘子法(ADMM)的快速2维DOA估计算法。该方法首先利用均匀面阵条件下方位、俯仰角无耦合的特性，将2维角度估计问题转化为两个1维角度估计问题，通过方位、俯仰维波束合成实现对目标信息提取；其次根据信号模型建立信号空域超完备表达式，利用ADMM方法完成对方位、俯仰角估计。该方法避免了2维联合估计复杂计算量，复杂度大大降低，且运算过程无需特征分解，进一步提高了运算效率。仿真结果表明了该算法的优越性。
针对面阵米波(VHF)雷达低仰角目标2维DOA估计问题，该文提出一种基于交替乘子法(ADMM)的快速2维DOA估计算法。该方法首先利用均匀面阵条件下方位、俯仰角无耦合的特性，将2维角度估计问题转化为两个1维角度估计问题，通过方位、俯仰维波束合成实现对目标信息提取；其次根据信号模型建立信号空域超完备表达式，利用ADMM方法完成对方位、俯仰角估计。该方法避免了2维联合估计复杂计算量，复杂度大大降低，且运算过程无需特征分解，进一步提高了运算效率。仿真结果表明了该算法的优越性。
2022, 44(8): 2867-2877.
doi: 10.11999/JEIT210565
摘要:
微多普勒效应是由目标(或其部件)的转动、振动、进动等微动引起的频率调制现象，能够反映目标的几何结构和运动状态。该文全面分析了近、远场探测条件下目标扇叶转动引起的微动回波的时频分布特性。首先建立了近、远场雷达微动回波模型。然后从远场微动回波模型中推导其瞬时频率表达式，结果表明远场微动回波的时频图中包含由叶尖散射点、叶彀散射点和镜面反射点引入的正弦型flash、零频flash和矩形flash。最后，在近场条件下，直接推导得到上述3类局部散射点的瞬时频率表达式，表明近场微动回波时频图呈现类正弦型flash，零频flash和部分余弦型flash的组合。该文还从积分运算性质和电磁散射理论两方面解释了上述flash的形成机理，揭示了它们与扇叶数目、尺寸、转速等参数之间的关系。该文结果将有助于目标精细化建模、分类识别等应用。仿真和实测数据结果均证明了分析结果的正确性。
微多普勒效应是由目标(或其部件)的转动、振动、进动等微动引起的频率调制现象，能够反映目标的几何结构和运动状态。该文全面分析了近、远场探测条件下目标扇叶转动引起的微动回波的时频分布特性。首先建立了近、远场雷达微动回波模型。然后从远场微动回波模型中推导其瞬时频率表达式，结果表明远场微动回波的时频图中包含由叶尖散射点、叶彀散射点和镜面反射点引入的正弦型flash、零频flash和矩形flash。最后，在近场条件下，直接推导得到上述3类局部散射点的瞬时频率表达式，表明近场微动回波时频图呈现类正弦型flash，零频flash和部分余弦型flash的组合。该文还从积分运算性质和电磁散射理论两方面解释了上述flash的形成机理，揭示了它们与扇叶数目、尺寸、转速等参数之间的关系。该文结果将有助于目标精细化建模、分类识别等应用。仿真和实测数据结果均证明了分析结果的正确性。
2022, 44(8): 2878-2883.
doi: 10.11999/JEIT210476
摘要:
为了克服正交磁环天线结构误差角造成的测向角度(测角)误差较大的问题，该文提出一种结构上改进的三磁环测向天线设计方案。阐述了两两呈60°夹角磁环嵌套结构的三磁环天线的测向原理，建立了三磁环天线测角误差关于结构误差角的仿真模型。仿真分析表明，在相同结构误差角的条件下，相比正交磁环天线，三磁环天线测角误差最大值理论上能够降低50%。低频(f<200 kHz)情况下的对比实验结果表明，相比于正交磁环天线，三磁环天线测角误差最大值降低65%，测角误差总体优化约50%，实验与仿真结果符合较好。
为了克服正交磁环天线结构误差角造成的测向角度(测角)误差较大的问题，该文提出一种结构上改进的三磁环测向天线设计方案。阐述了两两呈60°夹角磁环嵌套结构的三磁环天线的测向原理，建立了三磁环天线测角误差关于结构误差角的仿真模型。仿真分析表明，在相同结构误差角的条件下，相比正交磁环天线，三磁环天线测角误差最大值理论上能够降低50%。低频(f<200 kHz)情况下的对比实验结果表明，相比于正交磁环天线，三磁环天线测角误差最大值降低65%，测角误差总体优化约50%，实验与仿真结果符合较好。
2022, 44(8): 2884-2892.
doi: 10.11999/JEIT210567
摘要:
针对基于稀疏恢复的空时自适应处理(STAP)目标参数估计方法中字典失配导致估计性能下降的问题，该文提出一种基于稀疏贝叶斯字典学习的高精度目标参数估计方法。该方法首先通过目标方位信息补偿多个阵元数据构建联合稀疏恢复数据，然后对补偿后的每个阵元数据利用双线性变换进行加速度和速度项分离。最后构建速度参数和加速度参数的泰勒级数动态字典，对机动目标参数进行高精度贝叶斯字典学习稀疏恢复。仿真实验证明，该方法能有效提高字典失配情况下目标参数估计精度，估计性能优于已有字典固定离散化的稀疏恢复空时目标参数估计方法。
针对基于稀疏恢复的空时自适应处理(STAP)目标参数估计方法中字典失配导致估计性能下降的问题，该文提出一种基于稀疏贝叶斯字典学习的高精度目标参数估计方法。该方法首先通过目标方位信息补偿多个阵元数据构建联合稀疏恢复数据，然后对补偿后的每个阵元数据利用双线性变换进行加速度和速度项分离。最后构建速度参数和加速度参数的泰勒级数动态字典，对机动目标参数进行高精度贝叶斯字典学习稀疏恢复。仿真实验证明，该方法能有效提高字典失配情况下目标参数估计精度，估计性能优于已有字典固定离散化的稀疏恢复空时目标参数估计方法。
2022, 44(8): 2893-2902.
doi: 10.11999/JEIT210484
摘要:
浅海环境中运动目标可以生成稳定的干涉声场，干涉声场结构中蕴含目标的距离、速度等信息。该文提出一种利用运动目标干涉声场进行被动距离速度估计的方法——匹配干涉场处理方法。首先对浅海波导环境中的干涉现象和结构特性进行理论分析，推导了匹配干涉场方法聚焦原理。然后将运动目标的时间-频率干涉场转换成与目标距离速度相关的距离-频率干涉场，与拷贝声场进行相关处理实现目标距离速度同时估计。进一步分析了算法估距性能以及海深、声速剖面、海底海面等环境对估距性能的影响，给出了算法宽容性的仿真结论。最后通过实际运动目标的海上试验数据处理验证了所提方法的有效性。
浅海环境中运动目标可以生成稳定的干涉声场，干涉声场结构中蕴含目标的距离、速度等信息。该文提出一种利用运动目标干涉声场进行被动距离速度估计的方法——匹配干涉场处理方法。首先对浅海波导环境中的干涉现象和结构特性进行理论分析，推导了匹配干涉场方法聚焦原理。然后将运动目标的时间-频率干涉场转换成与目标距离速度相关的距离-频率干涉场，与拷贝声场进行相关处理实现目标距离速度同时估计。进一步分析了算法估距性能以及海深、声速剖面、海底海面等环境对估距性能的影响，给出了算法宽容性的仿真结论。最后通过实际运动目标的海上试验数据处理验证了所提方法的有效性。
2022, 44(8): 2903-2913.
doi: 10.11999/JEIT210556
摘要:
差分计算分析(DCA)是一种应用于白盒实现安全性分析的侧信道分析手段，其高效性在白盒高级数据加密标准(AES)的分析工作中已得到验证。该文针对白盒SM4方案提出一种类差分计算分析的自动化分析方法，该分析以白盒SM4方案中的查找表结果为分析对象，采用统计分析的方法提取密钥，称为中间值平均差分分析(IVMDA)。相比于已有的白盒SM4的分析方法，中间值平均差分分析所需要的条件更少，分析效率更高。在对白盒SM4方案进行成功分析后，该文提出一种软件对策以提高白盒SM4方案的安全性，该对策利用非线性部件对白盒方案中的中间状态进行混淆，消除中间状态与密钥之间的相关性。实验证明该对策可以有效抵抗中间值平均差分分析。
差分计算分析(DCA)是一种应用于白盒实现安全性分析的侧信道分析手段，其高效性在白盒高级数据加密标准(AES)的分析工作中已得到验证。该文针对白盒SM4方案提出一种类差分计算分析的自动化分析方法，该分析以白盒SM4方案中的查找表结果为分析对象，采用统计分析的方法提取密钥，称为中间值平均差分分析(IVMDA)。相比于已有的白盒SM4的分析方法，中间值平均差分分析所需要的条件更少，分析效率更高。在对白盒SM4方案进行成功分析后，该文提出一种软件对策以提高白盒SM4方案的安全性，该对策利用非线性部件对白盒方案中的中间状态进行混淆，消除中间状态与密钥之间的相关性。实验证明该对策可以有效抵抗中间值平均差分分析。
2022, 44(8): 2914-2923.
doi: 10.11999/JEIT210441
摘要:
MIBS密码算法是一个Feistel结构的轻量级分组密码，广泛适用于资源严格受限的环境。该文利用多重集和有效的差分枚举方法，构造了8轮MIBS中间相遇区分器，并在新区分器的基础上，实现了12轮和13轮MIBS-80密码的中间相遇攻击。攻击过程利用差分传递的性质筛选明文对，利用MIBS-80密钥扩展算法中主密钥和轮密钥的关系减少密钥的猜测量，攻击12轮MIBS-80的时间复杂度为253.2，攻击13轮MIBS-80的时间复杂度为262。与已有中间相遇攻击的结果相比，该文对MIBS-80中间相遇攻击的轮数提高了2轮。
MIBS密码算法是一个Feistel结构的轻量级分组密码，广泛适用于资源严格受限的环境。该文利用多重集和有效的差分枚举方法，构造了8轮MIBS中间相遇区分器，并在新区分器的基础上，实现了12轮和13轮MIBS-80密码的中间相遇攻击。攻击过程利用差分传递的性质筛选明文对，利用MIBS-80密钥扩展算法中主密钥和轮密钥的关系减少密钥的猜测量，攻击12轮MIBS-80的时间复杂度为253.2，攻击13轮MIBS-80的时间复杂度为262。与已有中间相遇攻击的结果相比，该文对MIBS-80中间相遇攻击的轮数提高了2轮。
2022, 44(8): 2924-2931.
doi: 10.11999/JEIT210466
摘要:
高分辨率遥感影像中地物目标往往与所处场景类别息息相关，如能充分利用场景对地物目标的约束信息，有望进一步提升目标检测性能。考虑到场景信息和地物目标之间的关联关系，提出全局关系注意力(RGA)引导场景约束的高分辨率遥感影像目标检测方法。首先在多尺度特征融合检测器的基础网络之后，加入全局关系注意力学习全局场景特征；然后以学到的全局场景特征作为约束，结合方向响应卷积模块和多尺度特征模块进行目标预测；最后利用两个损失函数联合优化网络实现目标检测。在NWPU VHR-10数据集上进行了4组实验，在场景信息约束的条件下取得了更好的目标检测性能。
高分辨率遥感影像中地物目标往往与所处场景类别息息相关，如能充分利用场景对地物目标的约束信息，有望进一步提升目标检测性能。考虑到场景信息和地物目标之间的关联关系，提出全局关系注意力(RGA)引导场景约束的高分辨率遥感影像目标检测方法。首先在多尺度特征融合检测器的基础网络之后，加入全局关系注意力学习全局场景特征；然后以学到的全局场景特征作为约束，结合方向响应卷积模块和多尺度特征模块进行目标预测；最后利用两个损失函数联合优化网络实现目标检测。在NWPU VHR-10数据集上进行了4组实验，在场景信息约束的条件下取得了更好的目标检测性能。
2022, 44(8): 2932-2939.
doi: 10.11999/JEIT211444
摘要:
光在水中传播时受到水的吸收和悬浮粒子散射作用，导致水下图像颜色失真、对比度低、可视性差。针对上述退化问题，该文提出一种基于蓝绿通道自适应色彩补偿水下图像增强方法。首先，该方法分析水下成像模型的特点，根据蓝、绿色通道均值在3通道均值和的占比，将水下场景深度划分3个等级，利用光衰减率特性自适应补偿色彩，实现多场景色彩校正。然后对色彩补偿后的图像划分暗调、中间暗调、中间亮调、亮调4个区域，利用暗区域映射函数将图像暗区域映射到亮区域，在提升对比度的同时抑制噪声的产生。最后采用双线性插值解决分块处理产生的区域块效应。真实水下数据集实验结果表明，与现有方法相比，该方法可以提升多种场景的水下图像质量。
光在水中传播时受到水的吸收和悬浮粒子散射作用，导致水下图像颜色失真、对比度低、可视性差。针对上述退化问题，该文提出一种基于蓝绿通道自适应色彩补偿水下图像增强方法。首先，该方法分析水下成像模型的特点，根据蓝、绿色通道均值在3通道均值和的占比，将水下场景深度划分3个等级，利用光衰减率特性自适应补偿色彩，实现多场景色彩校正。然后对色彩补偿后的图像划分暗调、中间暗调、中间亮调、亮调4个区域，利用暗区域映射函数将图像暗区域映射到亮区域，在提升对比度的同时抑制噪声的产生。最后采用双线性插值解决分块处理产生的区域块效应。真实水下数据集实验结果表明，与现有方法相比，该方法可以提升多种场景的水下图像质量。
2022, 44(8): 2940-2948.
doi: 10.11999/JEIT210545
摘要:
光场图像的深度估计是3维重建、自动驾驶、对象跟踪等应用中的关键技术。然而，现有的深度学习方法忽略了光场图像的几何特性，在边缘、弱纹理等区域表现出较差的学习能力，导致深度图像细节的缺失。该文提出了一种基于语义导向的光场图像深度估计网络，利用上下文信息来解决复杂区域的不适应问题。设计了语义感知模块的编解码结构来重构空间信息以更好地捕捉物体边界，空间金字塔池化结构利用空洞卷积增大感受野，挖掘多尺度的上下文内容信息；通过无降维的自适应特征注意力模块局部跨通道交互，消除信息冗余的同时有效融合多路特征；最后引入堆叠沙漏串联多个沙漏模块，通过编解码结构得到更加丰富的上下文信息。在HCI 4D光场数据集上的实验结果表明，该方法表现出较高的准确性和泛化能力，优于所比较的深度估计的方法，且保留较好的边缘细节。
光场图像的深度估计是3维重建、自动驾驶、对象跟踪等应用中的关键技术。然而，现有的深度学习方法忽略了光场图像的几何特性，在边缘、弱纹理等区域表现出较差的学习能力，导致深度图像细节的缺失。该文提出了一种基于语义导向的光场图像深度估计网络，利用上下文信息来解决复杂区域的不适应问题。设计了语义感知模块的编解码结构来重构空间信息以更好地捕捉物体边界，空间金字塔池化结构利用空洞卷积增大感受野，挖掘多尺度的上下文内容信息；通过无降维的自适应特征注意力模块局部跨通道交互，消除信息冗余的同时有效融合多路特征；最后引入堆叠沙漏串联多个沙漏模块，通过编解码结构得到更加丰富的上下文信息。在HCI 4D光场数据集上的实验结果表明，该方法表现出较高的准确性和泛化能力，优于所比较的深度估计的方法，且保留较好的边缘细节。
2022, 44(8): 2949-2956.
doi: 10.11999/JEIT210537
摘要:
针对目前图像隐写检测模型中线性卷积层对高阶特征表达能力有限，以及各通道特征图没有区分的问题，该文构建了一个基于多层感知卷积和通道加权的卷积神经网络(CNN)隐写检测模型。该模型使用多层感知卷积(Mlpconv)代替传统的线性卷积，增强隐写检测模型对高阶特征的表达能力；同时引入通道加权模块，实现根据全局信息对每个卷积通道赋予不同的权重，增强有用特征并抑制无用特征，增强模型提取检测特征的质量。实验结果表明，该检测模型针对不同典型隐写算法及不同嵌入率，相比Xu-Net, Yedroudj-Net, Zhang-Net均有更高的检测准确率，与最优的Zhu-Net相比，准确率提高1.95%～6.15%。
针对目前图像隐写检测模型中线性卷积层对高阶特征表达能力有限，以及各通道特征图没有区分的问题，该文构建了一个基于多层感知卷积和通道加权的卷积神经网络(CNN)隐写检测模型。该模型使用多层感知卷积(Mlpconv)代替传统的线性卷积，增强隐写检测模型对高阶特征的表达能力；同时引入通道加权模块，实现根据全局信息对每个卷积通道赋予不同的权重，增强有用特征并抑制无用特征，增强模型提取检测特征的质量。实验结果表明，该检测模型针对不同典型隐写算法及不同嵌入率，相比Xu-Net, Yedroudj-Net, Zhang-Net均有更高的检测准确率，与最优的Zhu-Net相比，准确率提高1.95%～6.15%。
2022, 44(8): 2957-2965.
doi: 10.11999/JEIT210472
摘要:
针对孪生网络对旋转变化目标特征表达能力不足的问题，该文提出了基于非对称卷积的孪生网络跟踪算法。首先利用卷积核的可加性构建非对称卷积核组，可以将其应用于任意卷积核大小的已有网络结构。接着在孪生网络跟踪框架下，对AlexNet的卷积模块进行替换，并在训练和跟踪阶段对网络进行分别设计。最后在网络的末端并联地添加3个非对称卷积核，分别经过相关运算后得到3个响应图，进行加权融合后选取最大值即为目标的位置。实验结果表明，相比于SiamFC，在OTB2015数据集上精度提高了8.7%，成功率提高了4.5%。
针对孪生网络对旋转变化目标特征表达能力不足的问题，该文提出了基于非对称卷积的孪生网络跟踪算法。首先利用卷积核的可加性构建非对称卷积核组，可以将其应用于任意卷积核大小的已有网络结构。接着在孪生网络跟踪框架下，对AlexNet的卷积模块进行替换，并在训练和跟踪阶段对网络进行分别设计。最后在网络的末端并联地添加3个非对称卷积核，分别经过相关运算后得到3个响应图，进行加权融合后选取最大值即为目标的位置。实验结果表明，相比于SiamFC，在OTB2015数据集上精度提高了8.7%，成功率提高了4.5%。
2022, 44(8): 2966-2976.
doi: 10.11999/JEIT211459
摘要:
单细胞固有生物物理学特征，主要包括结构特征如细胞直径和细胞核直径，以及电学特征如细胞膜比电容和细胞质电导率，已经被应用于细胞亚类型分类和细胞状态评估，在生物医学研究和临床诊断方面具有广阔的应用前景。该文综述了不同类型的单细胞结构和电学特征检测方法，介绍了固定式、流动式以及基于微流控的方法。归纳总结了这些方法的工作原理、发展和主要优缺点，探讨了单细胞结构和电学特征检测所面临的挑战以及未来的研究机遇。
单细胞固有生物物理学特征，主要包括结构特征如细胞直径和细胞核直径，以及电学特征如细胞膜比电容和细胞质电导率，已经被应用于细胞亚类型分类和细胞状态评估，在生物医学研究和临床诊断方面具有广阔的应用前景。该文综述了不同类型的单细胞结构和电学特征检测方法，介绍了固定式、流动式以及基于微流控的方法。归纳总结了这些方法的工作原理、发展和主要优缺点，探讨了单细胞结构和电学特征检测所面临的挑战以及未来的研究机遇。
