当期目录

2023年 第41卷 第5期    刊出日期：2023-09-30

上一期    下一期

目录

中文目录

2023, 41(5):  1-0. 

摘要 ( 84 )   PDF (88KB) ( 112 )  

相关文章 | 多维度评价

英文目录

2023, 41(5):  2-0. 

摘要 ( 59 )   PDF (50KB) ( 32 )  

相关文章 | 多维度评价

通信工程

基于相变材料Ge₂Sb₂Te₅的光纤存储器

殷嘉悦, 程思莹, 娄存恺, 杨博智, 张羽

2023, 41(5):  727-737.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.001

摘要 ( 141 )   PDF (8717KB) ( 145 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

光纤的典型功能是通信和传感，该文赋予光纤存储的功能，设计了一种全光纤存储器，以满足光纤通信系统智能化发展的需要。利用单模光纤（single-mode fiber,SMF）与多模光纤（multimode fiber,MMF）同轴焊接，并通过磁控溅射方法将Ge₂Sb₂Te₅（GST）材料沉积在MMF端面，端面出射的类贝塞尔光束可以切换GST的相态。MMF的长度影响端面光场，最终选择1.5 mm长的MMF以实现具有任意级别访问能力、高光学对比度、稳定重复性良好的非易失性存储器。该存储器可以实现11级存储，并能够在11个存储等级间进行任意且稳定的切换，光学对比度达到50%，重复循环至少34次。

基于数据校验时空图的卫星网络连接计划设计

戴翠琴, 贺黎明, 罗屹

2023, 41(5):  738-752.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.002

摘要 ( 116 )   PDF (808KB) ( 142 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

针对低轨卫星网络中网络时空连通性和流量阻塞的问题，综合考虑了星间链路状态、卫星能效和负载状态，提出了一种基于数据校验时空图的连接计划设计（data checktime-space graph-contact plan design,DCTSG-CPD）方案。首先，构建基于电池模型的数据校验时空图（data check time-space graph,DCTSG），并以星间链路和卫星能源为约束，将连接计划设计建模为最大化吞吐量问题；其次，在DCTSG的基础上，通过对校验数据和转发数据的对比判断网络拥塞状态，根据卫星节点负载和星间链路流量阻塞状态，生成可用连接计划（contact plan,CP）；最后，设计适应度函数以评价可用CP的优劣，提出基于数据校验的遗传算法更新CP以生成吞吐量最大化的最佳CP。仿真结果表明，所提DCTSG-CPD方案不仅能够提升吞吐量，而且可以有效降低数据交付时延。

信号与信息处理

基于低秩和重加权稀疏表示的红外弱小目标检测算法

杨亚东, 黄胜一, 谭毅华

2023, 41(5):  753-765.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.003

摘要 ( 123 )   PDF (2679KB) ( 144 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

红外弱小目标检测技术是红外告警系统中的关键技术之一，但如何精确、快速、鲁棒地进行弱小目标检测依然是个难题。该文提出了基于低秩和重加权稀疏表示的红外弱小目标检测算法，设计了新的优化方程，更精确地描述了背景矩阵的秩，利用结构张量提取红外图像的局部先验信息权重，同时提取目标矩阵的自增强稀疏权重，使模型能够更好地抑制背景中的边缘干扰来提取目标。实验表明：所提算法精度优于现有的经典基线算法，速度超越了一些经典算法。从性能和时间两个方面综合考虑，所提算法有着较好的优越性，对远距离红外弱小目标告警具有积极的意义和良好的应用价值。

基于多特征卷积神经网络的哨兵二号影像地物分类

黄显培, 孟庆祥

2023, 41(5):  766-776.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.004

摘要 ( 166 )   PDF (1320KB) ( 184 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

空间分辨率为10 m的哨兵二号影像在原始的GoogLeNet中以影像的光谱值作为输入，没有将影像中的地物视为一个整体对象，为了利用影像的面向对象特征，提出了基于多特征的Object-oriented GoogLeNet网络结构。Object-oriented GoogLeNet在原有模型的基础上，引入了面向对象的光谱特征和形状特征，充分利用了不同地物间差异的形状特征进行分类。在武汉市及其周边的无云影像制作的数据集上，Object-oriented GoogLeNet模型的分类结果总体精度在GoogLeNet基础上提升了1.773%。结果表明，引入面向对象的特征模型在哨兵二号遥感影像分类中效果更好。

结合transformer多尺度实例交互的稀疏集目标检测

阚亚亚, 张孙杰, 熊娟, 祖奕

2023, 41(5):  777-788.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.005

摘要 ( 119 )   PDF (9049KB) ( 172 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

为改进稀疏集目标检测方法存在的特征图缺乏空间细节信息、目标特征没有做到全局上下文实例交互、全局语义信息没有得到充分学习等问题，设计了一种结合自适应特征增强和实例特征交互的稀疏集目标检测算法。自适应特征增强模块在特征提取过程中利用不同尺度的池化和卷积来丰富高级语义信息，减小低级语义信息背景噪声的干扰，降低目标错检率和漏检率。实例特征交互模块在边界框回归设计中结合transformer的多层注意力，并融合通道注意力和动态卷积网络对建议框的通道信息进行增强，改善了目标的边缘信息，提高了网络的实例特征交互效率。最后在COCO2017数据集与原始网络进行实验对比，平均精度提升了4.2%，其中在大目标上提升了4.6%，在PASCAL VOC数据集上提升了2.7%。

融合自注意力机制与生成对抗网络的DEM空洞填充

张春森, 朱江乐, 张学芬, 刘旭东, 史书

2023, 41(5):  789-800.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.006

摘要 ( 121 )   PDF (10129KB) ( 162 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

针对现有数字高程模型（digital elevation model,DEM）数据空洞填充算法存在修复效果不连续、适用空值范围狭小以及细节重构丢失等问题，提出了一种融合自注意力机制的生成式对抗网络的DEM空洞填充方法。首先，构造自注意力机制提取DEM数据特征信息，改善DEM空洞填充结果高程值不连续和纹理细节缺失的问题。其次，在生成器中使用对称结构的卷积与反卷积网络结构，保证生成可靠度较高的数据以实现空洞区域填充，并利用判别器实现空洞填充结果的预分类。最后，结合重构损失函数进行训练，提升DEM空洞填充结果对异常值的鲁棒性，增强模型的回归能力。采用不同分辨率DEM数据进行空洞填充并与现有方法进行对比，结果表明：所提方法能够大幅提升填充精度，有效解决原始数据中存在的空洞问题。

基于人机协作的高质量城市图像采集方法

陈荟慧, 钟委钊

2023, 41(5):  801-814.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.007

摘要 ( 99 )   PDF (1780KB) ( 91 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

智慧城市的很多应用都需要采集城市中的各类图像。该文将人完成图像采集任务时的情境转换为任务指令后，驱动机器人采集更多的城市图像。为了选择合适的任务参数值，评估了人与物之间的距离、人的拍照姿态和地形起伏等参数对感知效果的影响。为了解决人机协作任务指令转换的偏差问题，提出了动态阈值近似最近邻（approximate nearest neighborwith dynamic threshold,DTANN）算法以及两种优化任务指令参数的方法，包括机器人的拍照角度和位置的优化。以人机采集的图像重合度作为评估机器人完成任务的质量指标进行实验，结果表明：采用DTANN方法和任务指令优化方法后，数据的精确率和召回率都有提高，并且F1-measure值提高了8%~20%。

基于压缩激励残差分组扩张卷积和密集线性门控Unet歌声分离方法

张天骐, 熊天, 吴超, 闻斌

2023, 41(5):  815-830.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.008

摘要 ( 145 )   PDF (6107KB) ( 174 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

针对Unet频域歌声分离网络模型对语音时序信息的捕获困难以及底层特征利用率不高的问题，设计了一种相比于基线Unet网络参数量更小且歌声分离效果更好的卷积神经网络。首先设计了一种残差分组扩张卷积结合压缩激励模块，并将其引入到编码和解码阶段，该模块在参数量减少和增大网络感受野的同时自适应学习不同通道的重要特征，不但增强了有用特征，而且还抑制了无用特征。其次在传输层将线性门控单元采用密集相加连接来增强网络在特征传递过程中对时序特征的获取，并且使用扩张卷积来代替普通卷积以扩大网络的感受野。最后使用注意力门控机制来代替基线Unet中的跳跃连接以加强网络对底层特征的利用。在Ccmixter和MUSDB18数据集中进行实验，与基线网络相比，歌声分离的性能指标都有提升，并且其参数量大约只有基线网络的1/5。

激光点云线性KNN算法FPGA实现及加速

陈小宇, 阳梦雪, 李常对, 赵鹏程

2023, 41(5):  831-839.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.009

摘要 ( 164 )   PDF (1729KB) ( 194 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

针对三维激光点云线性K最近邻（K-nearest neighbor,KNN）搜索耗时长的问题，提出了一种利用多处理器片上系统（multi-processor system on chip,MPSoC）现场可编程门阵列（field-programmable gate array，FPGA）实现三维激光点云KNN快速搜索的方法。首先给出了三维激光点云KNN算法的MPSoC FPGA实现框架；然后详细阐述了每个模块的设计思路及实现过程；最后利用MZU15A开发板和天眸16线旋转机械激光雷达搭建了测试平台，完成了三维激光点云KNN算法MPSoC FPGA加速的测试验证。实验结果表明：基于MPSoC FPGA实现的三维激光点云KNN算法能在保证邻近点搜索精度的情况下，减少邻近点搜索耗时。

计算机科学与应用

基于改进特征融合和区域生成网络的Mask R-CNN的管件分拣研究

韩慧妍, 吴伟州, 王文俊, 韩燮

2023, 41(5):  840-854.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.010

摘要 ( 126 )   PDF (13576KB) ( 53 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

针对管件分割任务中各类管件区分难度大，光线和阴影对分割精度存在干扰等问题，提出了一种改进的掩膜区域卷积神经网络（mask region-convolutional neural network,Mask R-CNN）的管件分拣算法。通过增加低层特征图以改进特征融合网络，提高小型管件的识别率；根据管件尺寸比例改进区域生长网络的生成框，以加快模型收敛速度；增加通道和空间注意力模块，提升管件识别精度及掩膜效果。将改进后的Mask R-CNN用于四类管件的分拣任务，实验结果表明，改进后Mask R-CNN的掩膜检测平均精度均值（mean averageprecision,mAP）和平均召回率（mean recall,mRecall）值分别提高了1.5%和1.7%，对管件位置、类型和尺寸的判别能力更强，能够满足实际生产中机器人分拣管件的精度要求。

融合工业控制操作的攻击建模

张耀方, 张哲宇, 李彤彤, 孙军, 王子博, 王佰玲

2023, 41(5):  855-869.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.011

摘要 ( 101 )   PDF (1860KB) ( 73 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

现有工业环境攻击图缺少协议漏洞、攻击语义和控制操作的关联展示，导致智能制造系统攻击图的表述存在缺失，且系统流程操作对底层设备影响无法在图中进行描述。为此，该文对攻击图语义和攻击图模型进行研究，提出了工业环境下专有协议和特定攻击的攻击图关联规则，基于搜索算法生成扩展语义的智能制造系统攻击图。同时，设计了包含漏洞层、主机层、操作层的三层攻击图模型，利用操作与主机的映射关系将智能制造系统业务操作融入到攻击图中进行关联展示。实验结果表明，所提的扩展规则和模型可以较好地丰富和描述智能制造系统的多步攻击过程。

融合Skip-gram与R-SOPMI的教育领域情感词典构建

陈俊, 席宁丽, 李佳敏, 万晓容

2023, 41(5):  870-880.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.012

摘要 ( 125 )   PDF (710KB) ( 162 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

提出一种基于特征融合的细粒度教育领域情感词典构建方法。首先构建了教育领域语料库，包含正式、非正式领域情绪特征；其次提出一种融合特征的领域情绪词典构建方法，在情绪划分基础上识别词的语言概率特征以及统计概率特征，改进情感倾向点互信息，提出用于情绪分类的情感倾向点互信息算法，实现共现多分类情绪划分；最后得到细粒度教育领域情感词典，词典扩充至39 138个情绪词。实验表明：使用所提出方法构建的教育领域情绪词典除情绪“怒”以外，各类别F1综合指标均高于78.09%，整体性能良好。与通用词典相比，宏平均准确率、宏召回率和宏F1分别提升了21.95%、2.50%和13.01%，表明该融合特征方法能有效提取领域特征进而完成细粒度领域词典构建。

基于联盟链的可搜索电子病历双重授权共享方案

马雪, 潘恒, 姚中原, 斯雪明

2023, 41(5):  881-895.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.013

摘要 ( 123 )   PDF (816KB) ( 129 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

在云环境下检索电子病历存在安全问题和患者隐私数据泄露问题，为此提出了一种支持链上关键字密文检索的电子病历双重授权共享方案。将原始病历密文存储在云端，借助可搜索加密技术构造病历关键词索引信息并将其存储在区块链上。在获取医院检索权限的前提下，利用分布式条件下的关键字检索算法实现病历密文数据的安全检索。基于可搜索代理重加密算法提出了电子病历链上授权方法，保证了患者对所属病历的访问控制权，实现了医院和患者对共享病历的双重授权。最后，采用随机预言机模型验证了该方案在n-QBDH假设下的语义安全性，并通过实验证明了该方案在计算开销方面的优越性。

碳交易规制下的共享电动汽车充放电优化

李军祥, 何雯婷, 王金玲

2023, 41(5):  896-910.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.05.014

摘要 ( 82 )   PDF (1701KB) ( 178 )  

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

针对当前电网负荷压力大及调峰困难等问题，以换电模式下共享电动汽车作为研究对象，提出了参与碳交易市场和调峰辅助服务市场的电动汽车充放电优化模型。上层模型以电动汽车运营商日运营成本最小为目标对电动汽车进行充放电调度，下层则以电网负荷波动最小为目标对上层的调度结果进行优化。从电动汽车运营商和电网两个角度对比分析了该文所提的充放电方案，并且将一个运行周期内电动汽车运营商与燃油汽车运营商所产生的碳排放量进行比较。仿真结果表明：所提模型可以在满足用户出行需求的同时，降低运营商的成本，同时减小电网负荷波动。