西安电子科技大学学报

一种改进YOLOv3的动态小目标检测方法

崔艳鹏,王元皓,胡建伟

2020, 47(3): 1-7. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.001

摘要 ( 1280 )

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由于低空小型无人机类的动态小目标视觉特征不明显,且在检测过程中尺度可能变化较大,故传统的检测算法在检测该类目标时易受到干扰,检测速度和稳定性较差。针对此问题,提出了一种结合YOLOv3改进模型和超分辨率重建技术的无人机实时检测算法。首先以三帧间差分法筛选可疑区域; 然后使用轻量级卷积神经网络进行可疑区域的超分辨率重建,增强细节信息;再用维度聚类算法重新生成YOLOv3模型的预选框参数并调整预选框分配,使用改进模型扫描全图和可疑区域,进行无人机检测;在视频流检测中,将帧间关系作为依据,强化选定区域的细节特征后再进行目标检测,实现无人机的检测式追踪。该方法在GTX1070Ti处理器加速下, 检测速度可达18帧每秒,模型检测的准确率和召回率分别为96.8%和95.6%。实验结果表明,该方法可以在复杂环境下检测大疆精灵系列无人机,检测有效距离可观,相比传统算法和机器学习类特征提取算法,其处理速度和鲁棒性更佳。

AlN薄膜压电微机械超声换能器的设计与优化

娄利飞,赵建新,梁雅楠,赵明阳,安再芳

2020, 47(3): 8-13. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.002

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由于现有的超声换能器多以锆钛酸铅$Pb(Z_{r_{1-x}}Ti_{x})O_{3})$和氧化锌(ZnO)材料为压电薄膜,而锆钛酸铅(PZT)含铅,氧化锌存在污染互补金属氧化物半导体制造的问题,对此设计了以氮化铝材料作为压电层的圆形双叠片弯曲振动压电超声微机械换能器。对换能器工作原理进行了分析,建立了有限元模型,针对换能器的尺寸参数进行了有限元仿真。研究发现,换能器谐振频率与各层厚度成正比,与换能器半径的平方成反比;当上电极半径为换能器半径的65%左右时,换能器的谐振振幅最大;当振动层硅和压电层氮化铝的厚度比为0.6左右时,其谐振振幅也最大。对优化后的换能器进行仿真,并与原模型进行了对比。结果表明,空气中的工作频率为9.21MHz,机电耦合系数在空气中从21.44%提高至27.16%,在水中从3.55%提高至11.93%。这些结论为医疗成像探头的研究提供了基础数据。

一种网络安全态势自适应预测模型

杨宏宇,张旭高

2020, 47(3): 14-22. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.003

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针对传统网络安全态势预测模型预测精度较低的不足,提出一种网络安全态势自适应预测模型。首先,提取警报要素并利用熵关联法计算得到网络安全态势的时间序列;然后,将该序列作为滑动自适应三次指数平滑法的输入,并生成安全态势初始预测值序列;最后,基于误差状态通过时变加权马尔科夫链预测误差,并修正初始预测值。实验结果表明, 自适应预测模型相比其他模型具有较好的预测精度。

非高斯杂波中机载多进多出雷达动目标检测

张彦飞,孙文杰,孙玉梅,孟祥伟,陈祥光

2020, 47(3): 23-31. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.004

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由于多进多出雷达的机载平台运动,导致机载多进多出雷达的杂波是非高斯的并且是非均匀的,无法获得独立同分布的训练数据来估计杂波的协方差矩阵。为解决这一问题,提出把非高斯杂波的协方差建模为未知随机的且服从逆复威沙特分布的随机过程,其均值建模为杂波协方差矩阵的锐化因子和杂波多普勒谱的阿达马乘积。在此基础上采用贝叶斯方法和广义似然比检验准则,设计了一种新型的自适应检测器。数值仿真结果表明:所设计的检测器的性能要好于目前常用的两种非贝叶斯类检测器。

一种改进的边缘层节点健康态势预估方法

孙骞,张家瑞,高岭,王宇翔,杨建锋

2020, 47(3): 32-39. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.005

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针对现有的基于隐马尔可夫模型的边缘节点状态预估算法存在参数初值选取主观性较强、特征权重设置依赖经验、多维特征节点分析适应性差等问题,提出一种改进的边缘层节点健康状态预估算法。首先在算法的数据处理层,基于聚类实现对模型参数和观测序列量化进行优化;然后在算法的训练层,用多个单特征隐马尔可夫过程对多特征隐马尔可夫模型进行建模;最后在算法优化层,采用基于信息增益的自适应遗传算法对隐马尔可夫模型生成的状态序列进行优化和约简,有效地解决了特征权重设置和参数初值选取主观性强的问题。实验结果表明,与现有算法比较,该算法有效地提高了大规模边缘层节点的高维度健康状态的准确性。

结合深度轮廓特征的改进孪生网络跟踪算法

余志超,张瑞红

2020, 47(3): 40-49. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.006

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针对现有的孪生网络目标跟踪算法存在跟踪漂移的问题,提出了一种结合深度轮廓生成网络的改进孪生网络跟踪模型,以实现复杂背景下对任何目标的稳定检测与跟踪。首先,轮廓检测网络自动获取目标的封闭轮廓信息,并利用泛洪聚类算法获得轮廓模板;然后将轮廓模板与搜索区域输入到改进的孪生网络,获得最优跟踪评分值,并自适应地更新轮廓模板。若目标被遮挡或跟踪丢失,则采用检测网络全视场搜索目标,实现全过程稳定跟踪。大量定性及定量仿真试验结果表明,这种改进模型不仅能够提高复杂背景下目标的跟踪性能,还能提升机载系统的反应时间,适合于工程应用。

跨层精度自动调节的k均值聚类近似计算方法

李钊,袁文浩,任崇广,黄程程,董霄霄

2020, 47(3): 50-57. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.007

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随着人工智能在嵌入式平台上的应用,k均值聚类算法作为人工智能方法的基础,促使其在嵌入式平台上实现,而能耗是制约算法在嵌入式平台上实现的关键。为了降低k均值聚类在嵌入式平台上的能耗,提出一种针对k均值聚类的跨层精度自动调节的近似计算方法。首先, 分别从数据点到质心的距离和数据点变化趋势两个方面对迭代过程进行约束,提出精度自动调节的方法; 然后, 从结构级设计外部存储器的数据重组与访问方法,实现存储器的近似访问; 设计精度自动调节的近似加法器与乘法器,最终实现k均值聚类算法的近似计算。实验结果表明,这种近似计算方法在基本不影响聚类质量的前提下,与精确计算相比较可降低55%~58%的能耗,节省能耗的比例最高。

Sigmoid函数的低复杂度概率分段线性拟合法

NGUYEN Van-Truong,蔡觉平,魏琳育,褚洁

2020, 47(3): 58-65. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.008

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针对传统的Sigmoid激活函数拟合方法准确度不高、消耗大量资源等问题,提出了一种基于各层神经元值分布概率的Sigmoid函数分段线性拟合方法,以便在仅使用加法电路的情况下,提高神经网络的识别精度。首先以Sigmoid函数的二阶导数为基础,将Sigmoid函数划分为3个固定区域;其次根据每层神经元值的概率变化,将每个固定区域的曲线再划分成不同数量、长度的子区域,以减少近似误差, 提高识别精度。分段线性函数斜率设为2 ^- ⁿ,有效地降低了Sigmoid函数的硬件实现复杂度。最后,设计了拟合函数的硬件电路结构,并在Xilinx FPGA-XC7A200T上实现MNIST手写数字识别,对所提出的拟合方法进行验证。实验结果表明,该方法的识别准确率在深度神经网络中约达到97.45%,而在卷积神经网络中约达到98.42%。与其他仅使用加法电路的拟合方法对比,准确率分别提高了约0.84%和0.57%。

一种深度残差学习的含噪图像轮廓重建方法

王晓明,张淑艳,张婕,原思聪

2020, 47(3): 66-71. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.009

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为了提高识别含噪图像的能力,提出一种基于深度残差学习的含噪图像轮廓重建方法。采用锐化模板匹配技术进行含噪图像信息的增强处理; 利用图像的局部灰度信息构建图像的边缘活动轮廓模型; 采用活动轮廓套索方法进行图像高分辨重构; 提取含噪图像的局部灰度能量项与局部梯度能量项特征量,构建卷积神经网络分类器进行特征分类; 结合图像灰度直方图的相似性判断学习的卷积神经网络的学习深度,提升图像细节信息的分辨能力,实现含噪图像的轮廓高分辨重建。仿真结果表明,采用该方法进行含噪模糊图像重建的分辨能力较高,输出峰值信噪比较高,有效地提升了图像的识别能力。

一种空间目标轨道状态动态推理方法

卢万杰,蓝朝桢,吕亮,施群山,徐青

2020, 47(3): 72-79. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.010

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针对非合作空间目标轨道状态的不确定性,提出一种基于动态贝叶斯网络的空间目标轨道状态动态推理方法。首先建立了空间目标轨道状态语义模型,明确了轨道状态与轨道类型、轨道变化间的语义关系;其次,分析了轨道状态的特性,构建了轨道变化中共面变轨和异面变轨的等级划分方法;然后,基于动态贝叶斯网络建立空间目标轨道状态推理模型,利用空间目标轨道类型、轨道变化和轨道状态之间的关系,推理轨道状态的动态变化过程;最后,以不同轨道类型的空间目标为案例对提出的方法进行验证,并与实际情况进行对比。实验结果表明,这种空间目标轨道状态动态推理方法能够对具有不确定性的轨道状态进行推理,获取轨道状态的变化过程。构建的空间目标轨道状态动态推理方法能够为进一步的决策提供支持和辅助。

认知无线传感器网络频谱分配的一种改进方法

周杰,徐梦颖,王娇娇,卢毅

2020, 47(3): 80-85. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.011

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为有效地分配和使用空闲频谱,提升认知无线传感器网络的频谱利用率,需要设计高效的频谱分配算法。针对认知无线传感器网络的频谱分配问题,提出了一种频谱分配的改进方法,设计了新的混沌动态克隆进化算法,建立了图论着色模型,推导了相应的适应度函数。设计了新的混沌算子、自适应算子和克隆算子以加快算法的收敛速度。通过仿真, 将混沌动态克隆进化算法与模拟退火算法、蚁群算法进行对比。仿真结果显示,相比蚁群算法与模拟退火算法,混沌动态克隆进化算法能够有效地提高全局搜索能力,频谱分配的网络效益值和系统的吞吐量有较明显的提高。

一种新型双圆极化平面微带缝隙天线

刘凡,赵晓燕,赵宏志,姜兆能

2020, 47(3): 86-91. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.012

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随着无线通信技术的飞速发展,使用一副天线来实现多根天线的功能成为了人们研究的热点。文章对双圆极化天线进行了研究,通过在接地平面中使用圆形环形槽和两条正交的L形馈线,可以在同一频带中实现右旋圆极化和左旋圆极化。同时,在接地平面的中心上适当地切槽并在L形馈线的前部添加寄生元件,可以改变馈电线和接地平面表面上的电流,进而可改进天线的圆极化性能。仿真和测量结果表明,天线的阻抗带宽约为59%(3.13~5.75GHz),3dB轴比带宽约为40.5%(3.23~4.87GHz)。两个端口隔离度高于10dB。其结果表明,所设计的天线在阻抗带宽和轴比带宽方面具有良好的性能。

采用多模光纤级联布拉格光栅的温湿度传感器

刘欣,李金泽,孙浩

2020, 47(3): 92-96. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.013

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为了设计一种结构简单且能够同时测量温度和相对湿度的光纤传感器,制作了一种采用多模光纤串联布拉格光栅结构的光纤温湿度传感器。首先将6mm的多模光纤与布拉格光栅连接,然后通过氢氟酸将多模光纤的直径腐蚀到60μm,最后在多模光纤上涂覆一层羧甲基纤维素水凝胶膜。对所制作的光纤传感器进行温湿度响应测试。实验结果表明,所设计的传感器湿度灵敏度约为69.6pm/%相对湿度,温度灵敏度约为15pm/℃。该传感器对温湿度响应灵敏,是一种结构简单且紧凑的温湿度同时测量传感器,可被广泛应用。

结合主题感知与通信代理的文本摘要模型

张哲铭,任淑霞,郭凯杰

2020, 47(3): 97-104. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.014

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针对传统自动文本摘要模型受循环神经网络长度限制而无法生成高质量的长文本摘要这一问题,提出了一种结合主题感知与通信代理的文本摘要模型。首先,将编码器划分为相互之间存在通信的多个代理,以解决长短期记忆网络输入序列较长而不能联合先验信息生成摘要的问题;然后,使用联合注意力机制加入主题信息,提高生成摘要与源文本的相关性;最后,使用带有强化学习的混合训练方法对模型进行训练,解决曝光偏差问题,直接对评价指标进行优化。实验结果表明,该模型不仅生成了主题突出的长文本摘要,并且得分比目前最先进的模型有一定提升。说明在主题信息的帮助下,该通信代理模型能够更好地生成长文本摘要。

一种用于锥体目标微动分类的深度学习模型

李江,冯存前,王义哲,许旭光

2020, 47(3): 105-112. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.015

摘要 ( 296 )

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针对传统的空间锥体目标微动分类需人工构造、提取特征而缺乏通用性、智能性及在强噪声条件下分类性能差等问题,提出一种卷积神经网络和双向长短期记忆网络相结合的网络新模型。该网络将残差网络、Inception网络及双向长短期记忆网络融合成一体化网络,通过增加网络的深度和宽度来挖掘更高维度的抽象特征以提升网络的分类准确率,而双向长短期记忆网络的推理能力能提高网络的容错性,时序分类的优势,以及残差网络跳跃式的旁路支线结构还能减少参数冗余,加快网络训练速度。仿真结果表明,该网络模型不仅能实现更快速的智能分类,同时比ResNet-18、GoogLeNet模型的精度分别提高5%、4%,验证了该模型的有效性和泛化能力。

能量与路径约束的无线传感网络路由优化

黄影,华雨晴

2020, 47(3): 113-120. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.016

摘要 ( 396 )

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为了克服传统无线传感器网络路由算法频繁使用单一路径而导致的能量受限问题,提出一种能量与路径约束的无线传感网络路由优化算法。综合无线传感器网络的负载均衡性与能源有效性两个因素,引入飞行可行域的概念以实现数据高效传输,并添加能量因子与距离因子,进一步保证各网络节点之间具有均匀合理的能量分布, 从而满足无线传感器网络低功耗、高能效的功能需求。实验结果表明, 所提算法能够有效地提高网络负载均衡,避免部分节点能量过早枯竭造成的网络分割现象,可增加网络的寿命长度。

双极化卫星MP-WFRFT星座裂变安全传输技术

王浩波,达新宇,徐瑞阳,梁源,倪磊,张宏伟

2020, 47(3): 121-127. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.017

摘要 ( 277 )

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为了提升双极化卫星的安全传输性能,结合多参加权分数傅里叶变换提出星座裂变安全传输系统。通过研究信号的时频项特点,搭建了星座裂变函数,并使用遗传算法对其进行优化求解,重点探索多参加权分数傅里叶变换在二维平面和三维球面星座图裂变规律。通过仿真分析,表明多参加权分数傅里叶变换时域项比值决定了星座裂变样式,通过设置不同的时域项比值约束可以实现传输信号的伪装,从而防止窃听方获取正确的信息;变换参数的误差能提高安全性能,误差越大,系统安全容量越高,从而验证了所提方案的合理性与有效性。

窗口可变的空间耦合LDPC码滑窗译码算法

张娅妹,周林,陈辰,郭荣新,贺玉成

2020, 47(3): 128-134. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.03.018

摘要 ( 408 )

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空间耦合低密度奇偶校验码采用滑动窗口译码能够以较小的译码延迟获得较好的译码性能。为进一步提高其滑窗译码性能,提出一种窗口扩展改进方案。与传统的滑窗译码相比,该方案的窗口大小可以根据目标符号的平均对数似然比而变化。在当前窗口的迭代译码过程中,若目标符号的平均对数似然比小于预设阈值,则译码窗口大小加1后重新进行迭代,重复此过程,直至目标符号满足阈值条件或达到窗口大小的最大值,然后在新的窗口大小下译码目标符号。该方案可以在译码性能、复杂度和延迟之间进行折中权衡。在加性高斯白噪声信道下的仿真结果表明,该方案可以显著提高空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码性能。

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