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    2020年 第47卷 第4期 刊出日期:2020-08-20
      
    改进型OMU-NRDCSK通信系统的设计与分析
    张刚,刘金惠,张鹏
    2020, 47(4):  1-9.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.001
    摘要 ( 946 )   HTML ( 264 )   PDF (1356KB) ( 653 )   收藏
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    针对传统差分混沌移位键控传输速率低并且传输多用户信息时比特误码率较高的缺点,提出一种改进型正交多用户降噪差分混沌键控通信系统。系统发送端产生的混沌序列经过复制后作为信息承载信号,通过不同的延时分别携带经沃尔什码调制的多用户信息,信号在接收端经过滑动平均滤波器后与自身进行相关运算,以解调出原始信息比特。在瑞利衰落信道下推导了系统的理论比特误码率公式,并进行了蒙特卡罗仿真。分析与仿真结果表明,该系统通过对接收信号的平均运算降低了噪声项方差,系统误码性能得以提高,并且其传输速率相比于差分混沌移位键控系统有所提升,有效地改善了多用户差分混沌移位键控系统的误码性能。

    时序测量信息触发的递归贝叶斯定位算法
    秦宁宁,王超
    2020, 47(4):  10-17.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.002
    摘要 ( 544 )   HTML ( 62 )   PDF (1445KB) ( 210 )   收藏
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    为了提高定位系统抗干扰性,降低定位误差,提出一种基于递归贝叶斯的指纹定位算法。针对离线阶段指纹数据采集的盲目性与不可靠性,利用样本方差对采样值的可信度进行衡量,降低环境因素对数据的影响,为在线匹配提供更有效的可靠指纹库。利用目标运动过程中相邻时刻间的约束关系构建马尔可夫模型,以预测当前时刻目标位置,克服传统定位算法经常出现的位置估计跳动范围大、鲁棒性差等问题,提高了定位精度。经仿真模拟与路演实景的双重可重复性测试,所提算法的平均定位误差绝对值在模拟与实景测试中均不大于0.927m,较已有经典同类定位方法,其定位精度提高30%以上。

    一种改进的局部嵌入网络人脸图像分类方法
    刘道华,王莎莎,杨志鹏,崔玉爽
    2020, 47(4):  18-23.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.003
    摘要 ( 542 )   HTML ( 65 )   PDF (1374KB) ( 264 )   收藏
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    为提高局部线性嵌入网络在人脸表情识别上的精度以及人脸分类的准确性,提出了一种改进的局部线性嵌入网络人脸图像分类方法。该方法在局部线性嵌入算法的基础上,利用类内-类间判别矩阵作为网络的输入,同时利用重构人脸图像集对局部线性嵌入算法进行改进,并将改进的基于聚类的局部线性嵌入算法嵌入到卷积核的构造过程中,从而增加了不同类别人脸的区分度。通过在Extended Yale B数据集和Olivetti Research Laboratory数据集上进行对比实验,分析了在处理人脸表情和人脸识别任务中不同方法的效果。结果表明,所提出的改进局部线性嵌入网络人脸图像分类方法比文献中其他方法在识别率上提高了11%~26%。

    微型高分辨大量程的时差测量方案
    屈八一,刘烨豪,张桃靖,刘威,俞东松,周渭
    2020, 47(4):  24-30.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.004
    摘要 ( 370 )   HTML ( 28 )   PDF (1254KB) ( 108 )   收藏
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    针对高精度时间间隔测量仪的高分辨和大量程矛盾、精度受温度的影响较大、可靠性不高以及体积和功耗较大等问题,利用参考信号生成校准信号来对受温度影响较大的模拟电路进行自动校准,大大降低了温度对仪器精度的影响;采用了双计数器同步测量技术并利用逻辑算法来分析和修正得到的测量结果,解决了由于计数器部分的误触发而导致测量结果存在粗大误差的问题;采用了电子计数法和时间电压转换法相结合的设计方案来兼顾仪器的测量范围和测量分辨率。实现的样机的电路板面积只有10cm2,其有效分辨率优于10ps,均方差小于15ps,量程大于20000s,且测量结果具有很高的可靠性。

    复杂环境下多传感器目标识别的数据融合方法
    卢莉萍,张晓倩
    2020, 47(4):  31-38.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.005
    摘要 ( 482 )   HTML ( 32 )   PDF (1182KB) ( 142 )   收藏
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    针对复杂战场环境下目标信息不确定性造成目标识别困难和误判,导致目标识别结果准确率低的问题, 提出了一种基于离散因子多传感器目标识别的数据融合方法。通过多时段、多区域获取的多个传感器输出的数据,给出目标特性相应的传感器的离散因子;依据离散因子给出多传感器目标识别的当前权重,建立多传感器目标识别的相对一致性和相对加权一致性等函数;结合多传感器目标识别的当前权重以及相关的一致性函数,构建了多传感器目标识别的数据融合支持度计算模型。试验结果表明:在复杂环境下,与提前给定传感器权重目标识别的数据融合方法比较,基于离散因子多传感器目标识别的数据融合方法的目标识别结果更加准确,符合实际。说明这种方法更加可靠,并具有一定的抗干扰能力。

    一种命题投影时序逻辑的分布式模型检测方法
    舒新峰,王昌太,王燕,张丽丽
    2020, 47(4):  39-47.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.006
    摘要 ( 349 )   HTML ( 26 )   PDF (1316KB) ( 131 )   收藏
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    为缓解模型检测的状态空间爆炸问题,提出一种基于命题投影时序逻辑的分布式模型检测方法。通过标记范式图技术将命题投影时序逻辑公式描述的待验证性质转换为自动机;根据强连通分量将其状态空间划分为多个子自动机,将各个子自动机与层次语法图描述的待验证系统模型分发至验证服务器集群中,使用动态验证技术进行多机协同完成系统模型检测验证。实验结果表明,该方法和单机模型检测相比验证时间明显降低,且能够验证更复杂的系统。

    非线性随机振动控制的模型预测路径积分方法
    郭空明,江俊,徐亚兰
    2020, 47(4):  48-54.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.007
    摘要 ( 453 )   HTML ( 19 )   PDF (1307KB) ( 147 )   收藏
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    为了探索将非线性随机振动系统远离平凡平衡点的状态转移至平凡平衡点的手段,引入了一种模型预测路径积分控制方法。在特定条件下通过指数变换, 非线性随机振动最优控制的哈密顿-雅可比-贝尔曼方程可以进行线性化。基于费曼-卡茨定理, 可以采用路径积分方法求解最优控制力。引入模型预测控制的思想,可以根据系统实际状态实时更新控制力。针对随机扰动下范德波尔方程和三势阱达芬方程这两类典型系统的控制开展了数值仿真。仿真结果表明, 系统状态可以很快地转移至平凡平衡点附近,控制力和即时成本在初始的波动后即转为单调下降。因此, 该模型预测控制路径积分方法可以很好地应用于随机非线性系统远离平凡平衡点的振动。

    一种面向卷积神经网络加速器的高性能乘累加器
    孔鑫,陈刚,龚国良,鲁华祥,毛文宇
    2020, 47(4):  55-63.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.008
    摘要 ( 464 )   HTML ( 41 )   PDF (2691KB) ( 190 )   收藏
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    针对现有卷积神经网络加速器中的乘累加器普遍存在的面积大、功耗高、速度慢的问题,设计了一种基于传输门结构的全定制高性能乘累加器。提出了一种适用于乘累加器的新型累加数据压缩结构,减少了硬件开销;提出了一种新的并行加法器架构,在与Brent Kung加法器相同硬件开销的情况下,降低了门延迟级数,提高了计算速度;利用传输门的优点对乘累加器各单元电路进行优化设计。基于笔者方法设计的16乘8定点数高性能乘累加器在SMIC 130nm tt工艺角下关键路径延迟为1.173 ns,版图面积为9049.41 μm 2,800MHz下平均功耗为4.153 mW。对比传统的乘累加器,速度约提高了37.42%,面积约减小了47.87%,在同等条件下功耗约降低了56.77%。

    能量隐通道安全高层综合设计方法
    张璐,慕德俊,胡伟,邰瑜
    2020, 47(4):  64-69.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.009
    摘要 ( 253 )   HTML ( 17 )   PDF (1230KB) ( 45 )   收藏
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    针对高层综合设计流程中长期缺乏有效安全设计流程的问题,提出了一种针对能量侧信道的高层综合安全设计方法。该方法通过构建能量安全属性模块库量化侧信道安全,使用安全优化控制流产生高效安全的并行调度机制,应用安全优化数据流生成安全的系统存储架构;该设计方法帮助设计者在产品性能与安全性之间进行权衡,能够在设计初始阶段排除能量侧信道风险,从而在满足设计需求的前提下达到生成更安全高效硬件密码核的目标。在现场可编程门阵列平台上对所提出的高层综合安全设计流程进行了验证。实验结果表明, 相比于传统的设计流程,该设计方法减少了72%的资源消耗和70%的时钟消耗,吞吐量提高了88%,并且能够最大程度地降低硬件设计中存在的能量隐通道安全风险。

    一种改进的雾天图像行人和车辆检测算法
    汪昱东,郭继昌,王天保
    2020, 47(4):  70-77.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.010
    摘要 ( 669 )   HTML ( 45 )   PDF (2276KB) ( 218 )   收藏
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    由于雾天图像数据集不足、雾天表现形式多样等因素,使得基于深度学习的目标检测网络在雾天图像行人和车辆检测中容易出现过拟合,造成鲁棒性不佳和准确率不高等问题。针对上述问题,在检测网络中加入雾浓度判别模块以提高网络的适应性和鲁棒性,通过引入可变形卷积和注意力机制以提升卷积神经网络的特征提取能力,通过模拟合成雾天图像的方式扩充数据集以加快网络的收敛速度。实验结果表明,改进后的网络针对雾天图像行人和车辆检测,其检测平均准确率相较于基于候选框的检测网络有约2%~4%的提高,且未显著地增加网络的训练参数和计算量。

    移动边缘计算的多用户计算卸载研究及实验
    陆继翔,方博雅
    2020, 47(4):  78-85.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.011
    摘要 ( 342 )   HTML ( 19 )   PDF (1402KB) ( 100 )   收藏
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    研究了异构网络中移动边缘计算的多用户计算卸载问题,每个用户可以将计算工作负载并行连接并卸载到多个异构无线接入点。为了获得工作负载分区和异构资源分配的最优策略,研究了具有时延约束的用户平均开销最小化问题,并提出了一种连续凸逼近的算法。该算法通过迭代求解一系列可分离的强凸问题来解决非凸优化问题。计算结果表明,与传统的非合作方式相比,所提出的卸载机制能够有效地降低用户的服务延迟和能耗。

    小波域扩张网络用于低剂量CT图像快速重建
    李坤伦,张鲁,许宏科,宋焕生
    2020, 47(4):  86-93.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.012
    摘要 ( 268 )   HTML ( 18 )   PDF (2633KB) ( 130 )   收藏
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    低剂量计算机断层扫描技术具有低辐射和高效的优点,但低剂量图像伴随的噪声和伪影降低了诊断的可靠性。为了有效地改善低剂量图像的质量,通过借助小波域的优势来增强重建图像的细节纹理,结合改进的扩张卷积和亚像素技术来提高运算速度,使模型更好地部署到断层扫描设备。使用“2016 AAPM低剂量图像挑战赛”数据集对提出的方法进行评估。实验结果表明,该方法重建图像的视觉效果提升明显,平均峰值信噪比比RED-CNN约高0.1428dB(1mm)、0.0939dB(3mm),在中央处理器和图形处理器上的运算速度分别提升约55%、50%以上。

    一种改进PSI协议的基因数据隐私保护方案
    田美金,马建峰,刘志全,冯丙文,魏凯敏
    2020, 47(4):  94-101.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.013
    摘要 ( 394 )   HTML ( 18 )   PDF (1332KB) ( 128 )   收藏
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    为解决基因数据共享面临的隐私泄露问题,提出一种改进隐私集合交集计算协议的基因数据隐私保护方案。该方案采用布隆过滤器、布谷鸟哈希和随机不经意传输扩展协议,在用户进行致病基因检测时保护其基因组序列信息,并判断被检测者是否含有某种疾病因子。此外,在半诚实安全模型下, 证明所提方案在致病基因检测场景中的正确性和安全性,并通过一系列实验验证所提方案的高效性。实验结果表明,所提方案的运行时间和通信开销明显低于现有的隐私集合交集计算方案。

    非经典涡旋光束在高数值孔径系统中的传播特性
    李锦虹,庞晓炎,冯晨
    2020, 47(4):  102-108.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.014
    摘要 ( 281 )   HTML ( 12 )   PDF (2568KB) ( 79 )   收藏
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    非经典涡旋是一种与经典涡旋具有相同拓扑荷数但是不同相位分布的光相位螺旋结构。基于理查德和沃尔夫矢量衍射理论, 推导了在高数值孔径系统中线偏振非经典涡旋在焦点区域的表达式,并通过数值模拟研究了此光束在聚焦场的传播特性。研究中发现,横向焦移现象不仅存在于离轴(或轴上)涡旋的紧聚焦光场中,也存在于非经典涡旋的紧聚焦光场中,并且此两种横向焦移虽然表现形式一样,但是影响因素却截然不同。结果表明, 由于横向焦移的存在,在非经典涡旋的相位分布因子和聚焦系统半孔径角满足一定的条件时,总场强分布图形可沿光轴方向顺时针旋转前进,同时场强最大值点也将从传播轴负半空间到正半空间旋转180°。研究结果为结构光场的调控提供新的方法,将在光镊等领域有潜在的应用。

    深度线性判别分析用于两级脑控字符拼写解码
    郭柳君,张雪英,陈桂军
    2020, 47(4):  109-116.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.015
    摘要 ( 285 )   HTML ( 24 )   PDF (1481KB) ( 50 )   收藏
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    为了充分利用视听觉感知通道,实现高效的脑控字符拼写,提出一种基于区域的两级拼写范式。该范式的第一级基于运动视觉诱发电位进行目标区域选择,并引入码分多址方法进行区域编码,以提高其选择速率;第二级基于混合运动视觉诱发电位和听觉P300对目标字符进行编码,充分利用视听觉混合效应,改善目标字符选择的准确率。为了对采集的脑电信号进行有效的目标字符解码,提出一种结合深度线性判别分析的脑电信号分类识别算法。实验结果表明,深度线性判别分析算法在两级脑电信号的分类识别中平均分类准确率分别为61.7%和74%,明显高于传统方法和两种卷积神经网络方法的准确率。因此,该算法可有效地改善视听混合诱发两级脑机接口的指令解码性能。

    一种基于规则的自动程序修复方法
    黄昱铭,马建峰,刘志全,冯丙文,魏凯敏
    2020, 47(4):  117-123.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.016
    摘要 ( 317 )   HTML ( 18 )   PDF (1299KB) ( 71 )   收藏
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    为解决基于测试集自动程序修复方法修复缺陷正确率低的问题,提出一种基于规则的自动程序修复方法——RuleFix。该方法首先通过挖掘代码中的隐式编程规则定位缺陷位置,然后根据隐式编程规则选取合适的补丁,最后采用程序合成工具对补丁进行校验以保证修复结果的正确性。此外,为解决现有规则挖掘算法无法有效挖掘低频规则的问题,提出一种低频规则挖掘算法,根据已有规则推演生成新的规则,以提升规则挖掘的能力。基于所提方法实现了原型工具,并与现有的自动程序修复方法进行对比。实验结果表明,与现有的GenProg和PAR方法相比,所提方法有明显更高的修复率和正确率。

    供电网络中电压转换器及电压噪声优化方案
    王璐,王磊磊
    2020, 47(4):  124-131.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.017
    摘要 ( 267 )   HTML ( 13 )   PDF (1259KB) ( 57 )   收藏
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    为了降低集成在片上供电网络中的开关电容电压转换器的转换功耗和负载端的电压噪声,提出一种优化方案来优化开关电容电压转换器的转换电容和去耦电容两者间的电容资源分配。通过建立和求解不等式约束非线性规划问题,获得了转换电容和去耦电容共享电容资源的最优分配,有效地降低了电压转换器的转换功耗和电压噪声之和。实验结果表明,转换电容和去耦电容的组合优化方法能够将转换功耗和电压噪声之和降低约11%~28%。对于更大规模的供电网络,该优化方案能够有效地降低电压转换功耗和负载端的电压噪声。

    MC-DTSVMs的双偏振气象雷达降水粒子分类方法
    李海,尚金雷,孙婷逸,冯青,庄子波
    2020, 47(4):  132-140.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.018
    摘要 ( 289 )   HTML ( 12 )   PDF (2172KB) ( 57 )   收藏
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    为解决双偏振气象雷达偏振参量数据随机缺失情况下的降水粒子分类问题,提出一种矩阵填充-决策树支持向量机多分类器的双偏振气象雷达降水粒子联合分类方法。首先,根据矩阵填充算法对存在随机缺失的偏振参量数据进行重构; 然后,利用训练数据对决策树支持向量机多分类器进行学习;最后,使用学习好的决策树支持向量机多分类器实现对重构数据的降水粒子分类。通过对实测数据的处理及结果分析,证明了该方法能够有效地解决偏振参量数据随机缺失情况下的降水粒子分类问题。

    一种双网融合的分阶段烟雾检测算法
    杜立召,徐岩,张为
    2020, 47(4):  141-148.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.019
    摘要 ( 337 )   HTML ( 21 )   PDF (3526KB) ( 136 )   收藏
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    现有的视频烟雾检测方法在复杂场景下检测准确率低,不能准确地框定出视频图像中的烟雾区域。针对此问题,提出一种结合烟雾运动过程和目标检测的分阶段烟雾检测算法。首先,基于烟雾颜色特征改进ViBe算法,提取视频中不断运动的烟雾。然后以YOLO v3模型为基础,在主干网络的残差结构中引入通道注意力机制;使用Focal-loss和GIoU改进损失函数。在烟雾图片数据集测试中,改进后的网络单张图片检测时间为38.4ms,mAP达到约92.13 %,相比原模型提高了约2.19 %。在提取烟雾运动的同时,将同一帧送入网络进行检测;以两者的检测结果对烟雾做综合判别。在公开烟雾视频测试中,该算法的检测率平均达到约98.88%。测试表明,算法对复杂场景适应性强,检测效率高,具有较高的实际应用价值。

    多特征融合的三维模型识别与分割
    党吉圣,杨军
    2020, 47(4):  149-157.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.04.020
    摘要 ( 559 )   HTML ( 85 )   PDF (3399KB) ( 147 )   收藏
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    针对现有的基于深度学习的三维模型识别与分割方法忽略了三维模型高级全局单点特征和低级局部几何特征之间的关系而导致识别效果不佳的问题,提出了一种多特征融合的三维模型识别与分割方法。首先,通过加深卷积核的宽度和网络的深度构建全局单点网络以提取具有高级语义识别能力的全局单点特征;其次,通过构建注意力融合层学习全局单点特征和局部几何特征的隐含关系来充分挖掘更能表征模型类别的细粒度几何特征;最后,将全局单点特征和细粒度几何特征进一步融合,达到优势互补、增强特征丰富性的目的。分别在三维模型识别数据集ModelNet40、ModelNet10和分割数据集ShapeNet Parts、S3DIS、vKITTI上进行了实验验证,并与当前主流识别算法进行了对比,表明该算法不仅有更高的识别和分割准确率,而且具有更强的鲁棒性。