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2023年 第41卷 第6期    刊出日期：2023-11-30

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2023, 41(6):  1-0. 

摘要 ( 60 )   PDF (88KB) ( 69 )  

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2023, 41(6):  2-0. 

摘要 ( 40 )   PDF (49KB) ( 28 )  

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通信工程

面向单基地MIMO雷达的展开增广互质阵设计：低互耦和高自由度

郝鸿浩, 赖欣, 韩盛欣来, 张小飞

2023, 41(6):  911-925.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.001

摘要 ( 158 )   PDF (1050KB) ( 114 )  

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针对现有多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）雷达互耦率高、自由度低的问题，提出了一种低互耦率、高自由度的展开增广互质阵MIMO雷达设计方式。首先在收发两端分别部署展开增广互质阵列。然后通过引入稀疏扩展因子，使展开增广互质阵列子阵的阵元间隔得到扩展，并得到所提出的展开增广互质MIMO雷达阵元位置的闭式表达式。随后通过广义和差联合阵列的概念，详细推导出了雷达的连续自由度和总自由度的闭式解。最后通过基于空间平滑的多重信号分类方法得到波达方向（direction of arrival,DOA）估计。与其他互质MIMO雷达结构相比，所提出的展开增广互质MIMO雷达能够获得更多的连续自由度并具有更低的互耦率。仿真结果验证了所提出的雷达结构在DOA估计方面的有效性和优势。

基于酉重构子空间的一维DOA估计

金彦亮, 闾儒坤, 汪小勇, 郑国莘

2023, 41(6):  926-939.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.002

摘要 ( 105 )   PDF (747KB) ( 90 )  

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针对多重信号分类（multiple signal classification,MUSIC）算法在低阵元数目、低信噪比和小节拍数等非理想条件下，对入射间隔较小的信号波达方向（direction of arrival,DOA）估计有效性的问题，提出了改进的基于酉重构子空间的MUSIC算法。该算法首先利用酉变换将均匀线阵接收数据实数化，然后根据子空间特征向量的大小，重新构造子空间和校正矩阵得到新的空间谱函数，最后与信号子空间投影算法联合，实现DOA估计。仿真结果表明，与传统MUSIC算法和SSP算法相比，所提算法在低阵元数目、低信噪比和小节拍条件下具有更好的分辨率。

基于用户相似性选择及标签距离的推荐算法

苏湛, 陈学谦, 艾均, 黄忠

2023, 41(6):  940-957.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.003

摘要 ( 138 )   PDF (1238KB) ( 110 )  

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邻居选择和物品的标签信息对于推荐系统进行评分预测具有重要的影响。为了解决推荐系统中存在的预测和排序准确性低及算法可拓展性不足的问题。本文基于距离模型算法,提出了基于用户相似性选择及标签距离的推荐算法。首先,选取相似性大于阈值的用户作为待预测用户的邻居来应对算法可拓展性不足的问题。其次,利用物品的标签信息,将用户对物品的评分映射为用户对物品标签的评分以提高准确性。通过在两个电影数据集中利用十折验证预测用户对电影的评分。实验结果表明,基于用户相似性选择及标签距离的推荐算法在准确性以及可拓展性中均获得了较大提升。

基于K-means与Gale-Shapley算法的D2D干扰管理方案

陈发堂, 陈永钛, 陈峰, 王丹

2023, 41(6):  958-966.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.004

摘要 ( 92 )   PDF (839KB) ( 58 )  

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针对设备到设备（device to device,D2D）直连技术复用蜂窝网络资源导致用户间干扰的问题，提出了一种基于K-means与Gale-Shapley稳定匹配算法的D2D通信干扰管理资源分配方案。通过分析信号与干扰加噪声比公式，采用K-means聚类算法进行用户分组，降低用户间干扰，实现多对一资源复用；为提高通信系统容量且保证用户的公平性，采用Gale-Shapley稳定匹配算法在用户分组基础上实现信道资源共享。仿真结果表明，与基于贪婪的图着色资源分配算法相比，本文算法在保证系统容量基本稳定的情况下，系统干扰降低了10%~30%。

信号与信息处理

基于SASK和双分支结构的服装图像识别方法

周啸辉, 余磊, 张睿婷, 熊邦书, 欧巧凤

2023, 41(6):  967-977.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.005

摘要 ( 112 )   PDF (2651KB) ( 96 )  

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服装图像具有明暗不一、尺度各异的特性,这使得已有识别方法表现不佳。为解决此问题,本文基于空间注意力选择核(space attention selective kernel,SASK)模块和双分支结构搭建神经网络模型对服装图像进行识别。首先,结合跳跃连接、稠密连接和多尺度、通道拆分的思想,设计双分支神经网络,充分提取服装对象的整体特征。其次,基于空间注意力机制,设计SASK模块,使网络可以更多地关注服装对象的形态特征信息,从而提升识别效果。实验结果表明,本文所提方法不但在典型服装数据集上能够取得优于现有主流方法的识别精度,而且在具有明暗不一、尺度各异特性的其他图像数据集上同样表现良好。

基于边缘感知深度残差网络的带钢表面缺陷检测

沈坤烨, 周晓飞, 费晓波, 陈雨中, 张继勇, 颜成钢

2023, 41(6):  978-988.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.006

摘要 ( 121 )   PDF (1906KB) ( 97 )  

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基于深度学习的显著目标检测方法已被用于带钢表面缺陷检测中，但仍存在模型收敛速度慢、检测结果边缘不清晰等问题。针对现有问题，本文提出了基于边缘感知深度残差网络（boundary-aware deeply residual network,BADRNet），以此进行带钢表面缺陷的显著目标检测。将边缘信息引入至缺陷检测任务中，解决了因目标尺寸多样性带来的检测结果边缘不清晰的问题；通过在边缘提取、显著特征融合部分采用具有残差结构的3个卷积层作为基本块，提高了训练效率且保持原有的检测精度不变。在公开的SD-saliency-900数据集上的实验结果表明，所提模型相比于现有模型，在6个评价指标上均取得了最优效果。BADRNet比当前最优的EDRNet在S-measure指标上提升了1.6%，同时对于缺陷区域边缘的检测效果具有明显提升。

基于CAFPN和细化双头解耦的遥感图像目标检测

熊娟, 张孙杰, 阚亚亚, 陈家豪

2023, 41(6):  989-1003.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.007

摘要 ( 119 )   PDF (15690KB) ( 74 )  

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针对遥感图像背景的复杂性和图中目标尺寸小、方向任意性导致漏检或错检的问题,提出了一种新颖的目标检测算法。首先,提出一种基于上下文信息增强的特征金字塔网络。在特征提取阶段,自适应融合不同感受野,获得具有丰富语义信息的特征,减少小目标的信息流失。然后,在回归网络中,使用中心点偏移回归机制实现旋转框的检测,降低冗余锚框带来的计算复杂度。最后,结合双头网络将分类和回归特征解耦,通过注意力机制和极化函数引导的特征细化模块构建适应各自任务的重要特征,使网络能准确地检测目标。在遥感数据集DOTA、HRSC2016和UCAS_AOD上验证网络的有效性,对比于Faster RCNN算法,该算法在3个数据集上获得了8.48%、7.60%和3.10%的精度提升,实现了高性能的遥感图像目标检测。

阿尔茨海默症的多模态分类方法

李伟汉, 侯北平, 胡飞阳, 朱必宏

2023, 41(6):  1004-1018.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.008

摘要 ( 132 )   PDF (3577KB) ( 128 )  

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目前在阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、早期轻度认知障碍患者(early mild cognitive impairment,EMCI)和正常人(normal control,NC)的分级诊断中存在着EMCI识别困难、多分类识别率低的问题。针对上述难点,提出一种脑区域特征选取方法,设计了融合残差网络的多模态AD分类模型。首先对三类脑核磁共振影像进行配准;然后采用贝叶斯方法和高斯混合模型分割脑组织,获得灰质信息进行组间差异性分析,确定脑图像选取区域;最后将脑图像与生物标志物一起输入分类模型。实验表明:与传统方法相比,本方法脑图像分类准确率提高5%以上,融合生物标志物和脑图像的多模态分类中AD&NC、AD&EMCI、AD&EMCI&NC分类准确率分别为95.5%、93.5%、86.3%,均高于任意单模态网络,验证了本方法的有效性。

南昌核心城区核酸采样点可达性研究

马飞虎, 乌永恒, 胡赟

2023, 41(6):  1019-1030.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.009

摘要 ( 94 )   PDF (4538KB) ( 51 )  

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通过分析核酸采样点的空间分布和资源配置情况，探索中心城市社区核酸采样点的可达性和公平性，旨在缓解日益增长的核酸采样需求与核酸采样点设施供给之间的矛盾，提高核酸采样服务的效率和公平性。以南昌市中心城区为研究区域，提出了基于多出行模式两步移动搜索法分析核酸采样点与人口的匹配性的研究方法来探索各种出行方式下核酸采样点的综合可达性，并基于洛伦兹曲线、基尼系数等非空间分析指标，对南昌市核酸采样点与人口的匹配性核酸检测点均等化水平进行评价。结果表明，南昌市整体的核酸采样点可达性较好，但仍处于不公平状态。

计算机科学与应用

哈希算法异构可重构高能效计算系统研究

郑博文, 聂一, 柴志雷

2023, 41(6):  1031-1045.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.010

摘要 ( 134 )   PDF (829KB) ( 136 )  

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针对应用场景中不同哈希算法乃至多哈希算法组合的高速计算需求,纯软件方式难以满足性能需求,基于FPGA或ASIC的硬件方式又面临灵活性不足的问题,设计了一种异构且加速端硬件可重构的哈希算法高能效计算系统。计算系统由算法硬件加速模块、数据传输模块、多线程管理模块实现,并且通过硬件的动态可重构设计提升了计算能效。实验结果表明,在Intel Stratix10 FPGA异构计算平台上,针对加解密计算,选择MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512和RIPEMD-160算法作为测试对象,所实现的系统相比Intel Core I7-10700CPU,最高可获得18.7倍的性能提升和34倍的能效提升,相比NVIDIA GTX 1650 SUPER GPU,最高可获得2倍的性能提升和5.6倍的能效提升。

基于信誉和聚类的动态拜占庭容错算法

巫光福, 杨子, 黄宝珠

2023, 41(6):  1046-1057.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.011

摘要 ( 117 )   PDF (1143KB) ( 96 )  

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针对目前实用拜占庭容错共识算法主节点选取随意，节点加入或退出没有良好的响应机制以及节点较多时共识效率会降低等问题，提出了一种基于信誉和聚类的动态拜占庭容错算法。根据改进聚类算法将节点分为K个共识区域，提高了较多节点参与共识时的效率；根据信誉评估算法中节点奖罚机制对节点的共识行为进行信誉值评估，然后根据高信誉值选取可靠代理节点，同时剔除信誉值较低的节点，降低了拜占庭节点成为主节点的概率。在节点分类过程中结合信誉评估算法，进行K个代理节点的选取，增加了系统的稳定性、安全性。实验仿真结果表明，所提算法与PBFT相比，具有节点动态加入和退出的功能，同时通信开销较小、交易时延较低、吞吐量较高，有较好的容错性和扩展性。

基于OCR和图像检测的盖章文书图像自动审核方法

曹菁, 陈康, 齐宁, 夏鹏程, 邱渝

2023, 41(6):  1058-1067.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.012

摘要 ( 160 )   PDF (2009KB) ( 145 )  

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本文基于OCR和图像检测技术设计并实现了一个解决盖章文书图像审核耗时、低效、准确率无保障问题的自动审核方法。具体包括三个部分：文字识别、印章识别和表格内容审核。其中文字识别部分包括带有角度的文本检测算法SegLink以及卷积递归神经网络（convolutional recurrent neural network,CRNN）；印章识别部分包括印章识别与提取算法YOLOv3和印章内容识别方法——极坐标变换法；表格内容审核部分根据预设的规则对表格内容进行完备性和正确性检测。实验结果表明，该方法对此类盖章文书图像具有较高的审核准确率。

控制与系统

虚实结合的无人水面艇自主航行测试系统设计

刘虹晓, 杨诚, 谭艾迪, 鹿靖, 李游

2023, 41(6):  1068-1077.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.013

摘要 ( 132 )   PDF (3284KB) ( 83 )  

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无人水面艇自主航行系统的海上实装测试成本高、周期长,纯虚拟仿真测试在无人水面艇运动仿真环节真实性差,为了提高无人水面艇自主航行系统测试的效费比,综合虚拟仿真测试与实装测试的优势,设计了虚实结合的无人水面艇自主航行测试系统,在任务场景构建与环境感知传感器环节使用虚拟仿真技术,在无人艇传动系统与船舶海洋动力学环节采用实装在环路技术,通过虚实空间配准技术将无人水面艇在虚拟空间的数字孪生体与真实空间的物理实体进行实时空间位置、姿态同步,最后通过仿真实验表明了该测试系统的正确性与合理性。

具有丢包补偿的GORC-PID算法无线温度控制系统

谭平, 施惠元, 苏成利, 李平

2023, 41(6):  1078-1088.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.06.014

摘要 ( 88 )   PDF (1874KB) ( 48 )  

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对于工业过程控制中有线控制存在的布线困难、可拓展性差、维护成本高等问题,本文设计并开发了具有丢包补偿GORC-PID (generalized open-loop response control-PID)算法的无线温度控制系统。以工业上通用的WirelessHART为标准协议,使用无线硬件设备搭建无线通信网络,替代有线通信方式,并以监视与控制通用系统(monitor and control generated system,MCGS)组态软件为控制平台,采用改进的广义开环响应控制(generalized open-loop response control,GORC)与PID控制相结合的控制算法,通过构建的具有丢包补偿的Smith预估器对丢包数据进行估计,得出补偿的估计值,并参与GORC滚动优化中,来实现对温度的实时监测与控制。以高温炉作为研究对象进行实验,结果表明所设计的无线温度控制系统不仅可以有效解决有线过程控制中存在的问题,而且可以解决无线通信过程中的丢包、迟滞等问题,具有良好的工业价值。