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    2018年 第46卷 第8期    刊出日期:2018-08-25
    电子、通信与自动控制
    杨春玲 郑学炜
    2018, 46(8):  1-10.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.001
    摘要 ( 311 )   PDF (2227KB) ( 258 )  
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    为了提升视频压缩感知稀疏重构的准确性,得到更高质量的重构视频帧,基于视 频信号在不同表示域具有不同的稀疏特性,文中提出了一种基于多维度参考帧的双稀疏 重构算法( MRF-DSR) . 首先构建双稀疏重构模型,利用视频信号的组稀疏和拉普拉斯加 权稀疏特性来刻画重构视频帧的稀疏特性; 其次提出多维度参考帧的概念,引入基于时间 维度参考帧的半像素和缩放维度参考帧,通过为当前帧的图像块提供更多的可能匹配块 来获得稀疏度更高的匹配块组; 最后提出菱形形状快速搜索算法,通过粗搜索和精细搜索 过程确定时间维度参考帧最优相似块的位置,再在多维度参考帧的相同位置进行小范围 的快速搜索,从而实现较低复杂度的大范围搜索. 仿真实验结果表明,与现有最优视频压 缩感知重构算法相比, MRF-DSR 算法在主观和客观标准上都具有较好的重构性能.
    高红霞 陈展鸿 曾润浩 罗澜 陈安 马鸽
    2018, 46(8):  11-18.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.002
    摘要 ( 218 )   PDF (2025KB) ( 266 )  
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    组稀疏学习在图像去噪中显示出巨大潜力, 但现有方法仅从图像块级别考虑含噪图像的非局部自相似性, 影响了强噪声图像的重建质量. 本文在组稀疏复原模型中引入组稀疏残差和全变分正则化约束, 将含噪图像复原转化为多尺度图像块匹配和减少组稀疏残差的问题. 之后, 基于干净图像的组稀疏系数预估和多尺度图像块匹配, 提出了有效的自适应图像复原迭代算法, 提升组稀疏学习算法的图像去噪和精细结构复原能力. 实验结果表明, 本文方法在强噪声图像复原的主、客观综合评价上优于BM3D、WNNM等标杆去噪算法.
    汪慕峰 胥布工
    2018, 46(8):  19-26.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.003
    摘要 ( 311 )   PDF (551KB) ( 258 )  
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    考虑一类信息物理系统( CPS) 中传感器与控制器之间的通信信道遭受随机 DoS 攻击,建立了一种能同时反映随机 DoS 攻击和信道固有随机数据包丢失对通信质量影响 的统一随机干扰模型,采用基于观测器的输出反馈控制策略,研究了随机 DoS 攻击下 CPS 的保性能控制问题; 利用 Lyapunov 函数和线性矩阵不等式得到了实现 CPS 指数均方稳定 的充分条件,并将保性能控制器的设计转化为一个凸优化问题的求解. 理论推导和数值仿 真表明,文中提出的控制策略能够实现一类具有信道固有数据包丢失的 CPS 在 DoS 攻击 下的保性能控制. 
    曾浩 方贝贝 吉利霞 赵云霄 董涛
    2018, 46(8):  27-32.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.004
    摘要 ( 313 )   PDF (778KB) ( 242 )  
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    摘要:在连续波干扰和脉冲干扰同时存在时,卫星导航接收机的调零天线如果采用经典LMS算法计算权矢量,存在收敛速度慢,对脉冲干扰抑制能力有限的问题.在对脉冲进行有效检测基础上,针对脉冲存在和不存在两种情况下的不同信号特征,采用两路并行权值计算模式,最后根据脉冲信号的有无选择输出权值.理论分析和计算机仿真结果表明,与经典LMS算法相比,新方法收敛速度快,可以对脉冲干扰进行有效抑制.
    吴朝晖 周晓阳 何素东 李斌
    2018, 46(8):  33-37,45.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.005
    摘要 ( 318 )   PDF (1749KB) ( 556 )  
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    摘要:在一些高性能芯片物理设计的过程中,可能会遇到由交叉结构所引起的问题。这些交叉结构所产生的路径会使得与其逻辑相关的器件集聚在一起,从而常常导致布线拥塞和时序问题。交叉结构的这些特征使得PR(布局布线)工具(如ICC,ICC2,Encounter,innovus等)难以获得使人满意的结果,这在绕线资源紧张的先进节点设计中尤为严重。对此,本文提出了一种新型结构式布局方法来解决交叉结构所引起的问题。在以往的结构式布局的研究中,其重点往往集中在对数据路径时序的优化,而且没有涉及到需要插入大量缓冲器的问题。本文所提出的结构式布局方法充分考虑了交叉结构的特点来进行缓冲器树状结构的插入,成功解决了布线拥塞及其带来的时序问题。通过新型的结构式布局后,交叉结构模块的TNS(时序违例的负总量)从-29ns降低到-1.7ns,WNS(最差时序违例量)从-53ps减少到-38ps,总DRC(设计规则检查)违例数目从7094减少到352,交叉结构模块的总绕线长度从772076μm下降到442066μm。此外,除交叉模块以外,设计中的其他模块的各项指标也得到了提升。
    靳贵平 曾广德 邓楚虹
    2018, 46(8):  38-45.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.006
    摘要 ( 258 )   PDF (2599KB) ( 584 )  
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    为了尽可能高效地吸收和整流分布在周围自然空间中的射频能量,提出了一种 工作在 GSM-1800 和 UMTS-2100 频段的双频射频能量收集系统的设计方法: 系统的接收 天线部分采用结构简单的宽带八木天线; 系统的整流电路部分为应用于低输入功率的双 频整流电路; 整流电路的匹配电路部分使用微带线匹配,没有使用任何分立贴片元件,以 保证整流电路在高频时稳定的性能,同时降低电路实际加工制作的复杂度. 最后对系统整 体进行了实验室和室外环境的联合测试. 实测结果表明,文中提出的双频无线射频能量收 集系统在 -20 ~ -5dBm 低输入功率下,能够在 1. 8GHz 和 2. 1GHz 频段获得良好的双频 匹配,并且在 -5dBm 输入功率下获 45%的整流效率,且具有从环境中收集射频能量并输 出一定直流电压的能力.
    吴海岗 李斌 吴朝晖 王昆 刘洋
    2018, 46(8):  46-51.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.007
    摘要 ( 288 )   PDF (1713KB) ( 336 )  
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    本文设计了一款用于无线通信射频链路的新型射频功率放大器芯片。提出了基于双通道折叠式比例串联变压器拓扑的功率合成结构,与传统非折叠对称分布功率合成结构相比,拓展了输出功率调整范围,尤其是该结构所引入的交叉耦合系数增强了变压器初次级的耦合,最终获得能量传递效率的显著改善。芯片采用0.18 μm RF CMOS工艺实现,对应工作频率为2.4 GHz。测试结果表明:在2.5 V的供电电压下,高输出功率模式时,饱和输出功率和最大线性输出功率分别为28.3 dBm 和27.2 dBm,对应的功率附加效率分别为33.5% 和31.6%;低输出功率模式时,最大线性输出功率为19.8 dBm,对应的功率附加效率为24.1%。芯片性能良好,可以满足高效、高密度及多制式无线通信射频链路应用要求。
    刘杰平 杨朝煜 陈栋 杨业长 马丽红
    2018, 46(8):  52-56,63.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.008
    摘要 ( 264 )   PDF (1456KB) ( 271 )  
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    针对压缩感知中字典对信号稀疏表示能力不足的问题,文中提出了一种结合系 数重用正交匹配追踪的自适应字典学习算法,该算法使用系数重用正交匹配追踪算法得 到稀疏系数,在字典更新阶段引入上一次迭代过程的先验信息. 首先对稀疏系数矩阵进行 奇异值分解,再分别用前一次更新的字典对左奇异矩阵和用训练信号对右奇异矩阵进行变 换,然后采用变换后的左、右奇异矩阵构造新矩阵,最后利用新矩阵进行字典训练. 实验结果 表明,采用文中算法得到的字典对图像具有更好的稀疏表示能力,提高了重构图像的质量. 
    冯颖 冯俊杰 Subhash Rakheja 姜辉
    2018, 46(8):  57-63.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.009
    摘要 ( 204 )   PDF (1462KB) ( 187 )  
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    以压电驱动器为代表的智能材料驱动器,以其能实现微纳米级精密驱动的优势逐步在精密装备中得以应用。但其内部的回滞非线性在微纳米级驱动性能要求下成为限制精度提升的瓶颈。本文以压电驱动器作为研究对象,在变化输入信号频率的条件下研究其带载输出特性,结合压电驱动器的机电特性,提出一种有效的压电驱动系统带载环境下的建模方法。所提方法基于Rate-dependent Prandtl-Ishlinskii (RDPI)回滞模型,同时考虑工作频率增加时载荷对系统输出所造成的影响,克服常规RDPI回滞模型无法表征带载条件下输出特性的局限,有效反映压电驱动系统在带载环境下的输出特性。结合压电驱动系统带载2.94N工作条件,完成1-80Hz宽驱动频率范围的实验验证。对比结果验证了所提出的建模策略的有效性。
    曹小华 魏恒 王鑫
    2018, 46(8):  64-71.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.010
    摘要 ( 369 )   PDF (2102KB) ( 488 )  
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    参数辨识精度对永磁同步电机的工作性能和控制方法有着重要的影响,目前大 多数参数辨识方法未能考虑温度对参数的影响,导致参数辨识精度低,控制性能差. 为此, 文中通过理论计算与样机实验,分析了温度变化对永磁同步电机参数的影响,并证明了温 度对参数辨识结果具有较大的影响. 在此基础上,建立了考虑温度影响的永磁同步电机参 数辨识模型,提出了一种同时考虑电阻和电感随温度变化的改进的参数辨识方法. 仿真实 验结果表明,文中提出的方法可以提高参数辨识的收敛速度和精度,减小辨识误差. 
    计算机科学与技术
    李祥霞 李彬 田联房 朱文博 张莉
    2018, 46(8):  72-80.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.011
    摘要 ( 378 )   PDF (737KB) ( 422 )  
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    针对现有的肺结节良恶性分类算法存在分类准确率不高的问题,文中提出了一 种基于放射影像组学和随机森林算法的肺结节良恶性分类算法. 首先,提出了一种新的多 尺度圆形滤波,用于对肺结节进行增强; 其次,采用阈值法、形状指数和纹理特征自动获取 种子点,并将种子点注入到随机游走算法中,以实现对肺结节的准确分割; 然后,对分割的 肺结节进行灰度、纹理、形状、小波和临床表征特征的提取; 最后,采用随机森林构造肺结 节良恶性的预测模型,并使用数据库 LIDC 对预测模型进行训练. 实验结果表明,文中提 出的算法对肺结节良恶性具有较高的分类性能,准确率、敏感性和特异性分别为 94%、 92%和 94%. 
    黄宁 黄曙光 梁智超
    2018, 46(8):  81-87.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.012
    摘要 ( 238 )   PDF (1489KB) ( 392 )  
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    Unlink攻击是一种Linux平台下面向堆溢出漏洞的攻击方式。已有的缓冲区溢出漏洞攻击检测技术通过检查程序控制流状态,确定程序漏洞触发点,并生成测试用例。但由于堆溢出数据很少直接导致程序控制流劫持以及相关保护机制的限制,已有的检测技术很难判断程序是否满足堆溢出攻击条件。为了提高程序的安全性,实现对unlink攻击的检测,本文通过对已有unlink攻击实例的分析,总结了unlink攻击特征,建立了unlink攻击检测模型,并根据该模型提出了unlink攻击检测方法。该方法使用污点分析实现了对程序输入数据以及敏感操作的监控;使用选择性符号执行技术构建程序污点变量传播的路径约束以及触发unlink攻击的数据约束;通过对上述约束的求解,判断程序堆溢出漏洞是否满足unlink攻击触发条件,并生成测试用例。实验证明,该方法能有效地实现针对unlink攻击的检测。
    肖焕侯 史景伦
    2018, 46(8):  88-95.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.013
    摘要 ( 255 )   PDF (1788KB) ( 343 )  
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    随着深度学习技术的发展,利用卷积神经网络(CNNs)提取视频帧的特征,再用循环神经网络(RNNs)生成句子的方法被广泛应用于视频描述任务当中。然而,这种直接转换方式忽略了很多视频内在信息,如视频序列的时序信息、运动信息、以及丰富的视觉元素信息等。本文提出了一个AFCF-MVC模型,将含有丰富时空信息的视频C3D特征作为网络输入特征,同时,自适应特征提取法可以利用到视频序列所有帧的信息,自适应帧循环填充法可为网络提供尽可能多的特征输入,并起到重复学习的作用。另外,为了将视频丰富的视觉元素信息利用起来,本文通过视觉检测器检测出视频帧的视觉元素信息,编码后作为额外的补充信息融合进网络中。实验结果显示,本文提出的方法在M-VAD和MPII-MD数据库中取得了最好的效果。
    余敏聪 齐德昱 王新阳 周娜琴 郑志硕 郭靖
    2018, 46(8):  96-106.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.014
    摘要 ( 218 )   PDF (1087KB) ( 307 )  
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    流水型制造设备的组件行为协同是指,通过多个组件协同地执行动作,在符合安全操作的条件下,满足系统中多个物料的一次处理请求.组件的快速集成和替换,使其行为协同需求的频繁变更,这成为了设备研发过程的瓶颈.现有的建模工具需要显式的软硬件设计或规划状态定义,缺乏面向组件行为协同的自动化代码生成工具.利用针对流水型设备提出的实体流模型,本文首先给出了对物料安全加工条件的描述;其次,结合自动规划,设计实现了既可易于转换为零件物理指令,又可指示系统状态的规划可用动作集合,与实体流模型构成规划模型;最后,展示了银行卡个人化设备中的两个组件的行为协同自动化的案例.
    许玉格 赖春伶 罗飞
    2018, 46(8):  107-115.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.015
    摘要 ( 233 )   PDF (1167KB) ( 270 )  
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    污水处理过程故障会导致出水水质下降、运行费用增高甚至造成环境的二次污染,而污水处理故障诊断数据的典型不平衡特性,严重影响了故障诊断的效果,尤其会导致故障类别的正确率偏低。针对此问题,提出一种基于加权极限学习机的改进型Bagging集成污水处理故障诊断建模方法。以加权极限学习机为基分类器,以Bagging集成框架建立集成分类器。定义可调整的过采样倍率公式,通过SMOTE方法对少数类样本进行过采样,保证基分类器间的多样性。以不平衡分类性能指标G-mean值为基础,定义新的基分类器输出权值更新公式,提高故障类别识别率。仿真实验表明,该污水处理故障诊断模型的性能优于其他对比算法,可有效提高G-mean值和整体分类正确率,特别是提高了故障类别的识别正确率。
    徐海波 史步海
    2018, 46(8):  116-121.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.016
    摘要 ( 205 )   PDF (2243KB) ( 428 )  
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    近年视觉注意力算法已经成为模拟人类视觉(fixation)的主要方法,为了完善现有的几种视觉注意力算法的不足,本文提出基于分数阶傅立叶变换的视觉注意力算法.我们首先对saliency map进行基于FrFT的数学建模.然后分析几种常用的视觉注意力算法的特点并在噪声环境下进行仿真比较,并提出噪声灵敏度NSS概念,最后,我们利用MSRA10K图片库作为输入数据,分析Precision-recall 与ROC曲线,实验表明,本文所提出的方法有更好的屏蔽噪声能力与自适应能力,在一定程度上能确切的模拟人类视觉.
    刘慧婷 凌超
    2018, 46(8):  122-129.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.017
    摘要 ( 192 )   PDF (1032KB) ( 208 )  
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    摘 要:当前的词嵌入模型多数基于分布假设理论, 这类模型将单词作为最基本语义单元, 然后利用词的外部上下文信息学习词表示. 然而, 在类似于汉语的语言中,单词经常由多个字符组成, 这些字符包含了丰富的内部信息, 同时单词的语义也和这些字符的语义息息相关. 考虑到当前常用词模型均忽略了字符信息,本文以中文为例, 提出单词与字符协同学习模型. 并且, 为了解决汉语中存在单字符多语义和多字符单语义的情况, 本文提出基于多语义字符与单词协同学习模型和多字符单语义选择方法. 最后,使用词相似任务和类比推理任务对提出的新模型进行评估, 结果显示本文提出的模型均优于其他词嵌入模型.
    物理
    钟小丽 刘雪洁
    2018, 46(8):  130-133,150.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.018
    摘要 ( 246 )   PDF (669KB) ( 313 )  
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    头相关传输函数表征了声源到耳的传输特性,在虚拟声重放及其相关领域具有广泛的应用。针对头相关传输函数的多维特征,提出了基于独立成分分析的中垂面谱特征的提取和建模。计算结果表明:中垂面的平均谱失真随着展开阶数的增加呈逐渐下降的趋势,前六阶独立成分的计权组合可有效表征中垂面谱的主要特征。进一步,采用主观辨别实验验证了模型的听觉有效性。实验结果表明,在±45°的仰角范围中,所提出的中垂面谱模型不会引起听觉感知的畸变。
    周晓明 刘丹丹
    2018, 46(8):  134-141.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.019
    摘要 ( 292 )   PDF (2096KB) ( 410 )  
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    介绍并运用了等效照度的概念对光源情况进行描述。选取3种不同色温的白光和3种彩光,利用其光谱能量分布以及光谱响应曲线分别计算了5种感光细胞对应的光生物节律因子,同时也计算了5种不同的感光色素对应的等效照度,便于描述5种感光细胞对于光生物效应的影响。在6种光环境下对测试者进行血压、心率的生理监测实验,用光照前后的生理数据变化率与理论计算相结合,定量描述光源对人体产生的光生物效应。结果表明第三类感光细胞对应的Ee,z等效照度越高的光源,生理参数变化率相应也越高,即对应的光源能够产生更强的刺激。心率变化率与节律因子的相关系数均大于0.90,收缩压变化率与节律因子的相关系数均大于0.88,具有较好的相关性,因此心率变化率、收缩压变化率均能与生物节律因子结合较好体现出光源非视觉生物效应强弱。
    程鸿 邓会龙 徐姗姗 高要利 韦穗
    2018, 46(8):  142-150.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.020
    摘要 ( 280 )   PDF (2700KB) ( 384 )  
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    基于强度传输方程的非干涉相位恢复技术可以通过求解方程从强度测量中计算出丢失的相位信息。但是,实际成像中,由于成像系统中透镜孔径的限制作用,会对恢复相位的分辨率产生一定的影响。本文将倾斜光照的思想引入到基于强度传输方程的相位恢复中,在空间光调制器上加载调制函数,将平面波以不同的波矢倾斜入射到物体上,使透镜孔径的通带覆盖不同的频率空间。对这些通带所覆盖的场进行求和从而获得具有更大通带的合成场,提高了系统在高频领域的成像能力。同时,分别构建了基于4f和单透镜的多角度倾斜光调制系统,并由系统采集的强度图像结合强度传输方程求解出更好的相位结果。实验证明了所提方法在有效提高原有方法分辨率的同时保证了恢复相位的精度。
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