应用科学学报

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2019, 37(1): 0-0.

摘要 ( 498 )

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基于补偿因子的D2D通信自适应联合功率控制算法

翟旭平, 龚磊, 张男

2019, 37(1): 1-11. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.001

摘要 ( 925 )

PDF (3056KB) ( 154 )

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针对融合设备到设备（device to device，D2D）通信的蜂窝系统中路径损耗补偿因子单一、功率控制性能不佳等问题，提出一种自适应联合功率控制算法.根据D2D用户到基站及蜂窝用户的距离计算出路径损耗补偿因子增补量，得出D2D用户及蜂窝用户的路径损耗补偿因子矩阵，提升功率控制性能；同时采用联合闭环功率控制方式进一步降低D2D用户及蜂窝用户的同频干扰.实验仿真表明：相比于传统功率控制算法，该算法对系统的信干噪比（signal to interference plus noise ratio，SINR）有较好的提升作用，且吞吐量在1 000kbit/s以上的用户数量是传统功率控制算法的1.7倍.

基于B-Spline神经网络的宽带通信发射机指纹估计

袁红林, 陆小丹, 徐晨

2019, 37(1): 12-23. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.002

摘要 ( 804 )

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提出了一种根据接收正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）信号估计发射机IQ不平衡与非线性，并以此作为发射机指纹进行通信设备身份认证的方法.首先根据共轭对称导频估计多径信道脉冲响应，接着根据信道脉冲响应估计、共轭反对称导频与非线性功放的线性近似放大倍数估计发射机的IQ不平衡参数组合，然后进行发射机非线性的B-Spline神经网络模型系数估计，最后从非线性模型系数估计中提取相似因子，与IQ不平衡参数组合估计构成发射机指纹的特征矢量后进行通信设备身份的识别或确认.理论推导与数值仿真显示，该方法可用于OFDM通信设备的物理层高强度认证与防假冒等.

基于MFCC与GFCC混合特征参数的说话人识别

周萍, 沈昊, 郑凯鹏

2019, 37(1): 24-32. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.003

摘要 ( 1372 )

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针对说话人识别中单一参数表征不够全面的特点，将抗噪性能一般的传统MFCC参数与鲁棒性更强的GFCC参数相互融合，并结合它们的动态特性构成一种新的混合参数.针对特征参数维数过高造成的冗余，研究了每种特征参数各分量与识别结果的关系，舍弃其中贡献较低的分量以实现特征参数降维的目的，并将混合参数应用于基于高斯混合模型的说话人识别系统.仿真实验表明，该混合特征参数具有更好的识别性能和抗噪性.

基于CFA插值特性不一致的图像真伪鉴别

苏文煊, 方针

2019, 37(1): 33-40. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.004

摘要 ( 1386 )

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单传感器数码相机一般通过颜色滤波阵列（color filter array，CFA）插值得到彩色图像.利用CFA插值特性检测图像篡改，根据插值图像与理想全色图像的频谱差异分块提取频谱变化和色度失真特征以反映CFA插值特性，计算重插值前后的插值特性变化作为取证特征；使用支持向量机（support vector machine，SVM）分类并根据相邻块间取证特征的不一致来鉴别图像真伪.实验结果表明：该方法可以有效辨别篡改图像，且对JPEG压缩有较好的鲁棒性.

降低特征类内离散度的JPEG图像隐写分析

汪然, 牛少彰, 平西建, 张涛, 桑晓丹

2019, 37(1): 41-50. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.005

摘要 ( 814 )

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图像内容特征差异使得载体、载密图像的隐写检测特征混淆在一起而难以区分，这导致图像隐写分析成了一个"类内分散、类间聚合"的分类问题.针对此问题，从降低因图像内容、处理手段等造成的隐写检测特征类内离散度的角度出发，提出了一种更加可靠的隐写检测模型.依据内容复杂度将待检测图像分类，分别提取具有相同内容复杂度的每一类图像的隐写检测特征和训练分类器，得到最终检测结果.数据分析和实验结果表明：基于图像分类的隐写分析方法能够有效提高检测性能.

基于改进分离阈值法的农作物遥感精细分类特征选择

杨惠雯, 方俊永, 赵冬

2019, 37(1): 51-63. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.006

摘要 ( 672 )

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为综合利用高空间分辨率可见光和红外遥感影像特征，提高分类处理效率，在分离阈值法的基础上提出一种结合图像二维熵的特征选择方法，解决了分离阈值法在特征选择时未考虑特征信息量的问题.利用随机森林分类器对选取后的特征子集进行农作物分类，并在同样的分类方法下与改进自适应波段选择方法和基于图像熵的密度峰值聚类波段选择方法进行分类精度对比.结果表明，所提出的方法既可提高分类精度和分类效率，又能降低特征选择的数量，还能进一步量化分析所选取的特征对各地物识别的效果.

多窗口融合判别子空间的高光谱图像异常检测

马春笑, 黄远程, 胡荣明, 张春森

2019, 37(1): 64-72. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.007

摘要 ( 759 )

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由于高光谱图像异常检测受到不规则背景和噪声的干扰，直接应用传统的RX异常检测算法会造成很高的虚警和很大的运算量.针对这一问题，提出了一种基于判别子空间的结合多窗口融合的RX算法.首先在无先验信息的前提下采用聚类的方式得到样本类别，并对占优聚类样本进行判别特征提取；然后利用正交子空间投影使背景和目标信息达到最大程度的分离以实现对背景的抑制，从而在抑制背景的基础上利用局部多窗口融合的RX算法进行异常检测；最后将AUC值作为评价检测方法性能的指标.NUANCE和HYDICE高光谱数据异常目标检测实验的AUC值统计结果表明：多窗口融合算法在检测性能方面优于经典的全局和局部RX算法，它对背景和噪声有更强的抑制作用，且检测到的异常目标精确，可见该算法是有效而可行的.

中国建设用地环境效率时空演变及其影响因素

徐慧敏, 胡守庚, 李熙

2019, 37(1): 73-86. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.008

摘要 ( 802 )

PDF (3060KB) ( 103 )

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采用超效率数据包络法模型和Malmquist指数对2006-2016年全国建设用地环境效率进行测度评估，分析其时空演变特征，并通过面板固定效应Tobit模型定量分析各要素对省际建设用地环境效率的影响程度.研究结果表明：1）中国建设用地环境效率整体偏低，其中东部和北部沿海经济区的效率均值最高，北京和上海一直处于建设用地环境效率有效状态，而西南部，长江中游经济区最低，其研究期间均无有效状态省份；2）从各区域建设用地环境效率变化趋势来看，北京、上海、江苏和陕西增长较快，其中技术进步是主要动力，黑龙江、甘肃、湖北和海南有所下降，东部、北部沿海经济区增长较快，而南部沿海和长江中游增长速率最为缓慢；3）产业结构和科技研发强度对建设用地环境效率有显著的正向影响，而经济发展程度与其之间的关系呈U型特征.研究结果可为当前中国建设用地的强度控制以及指标分配提供依据.

基于夜间灯光数据的天山北坡城市群第二、三产业GDP空间化模拟

阿孜古丽·合尼, 高倩, 阿里木江·卡斯木

2019, 37(1): 87-98. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.009

摘要 ( 698 )

PDF (8622KB) ( 191 )

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针对城市群中小尺度资源环境研究领域对空间型社会经济数据的需求，对天山北坡城市群10个主要县市的第二、三产业国内生产总值（gross domestic product，GDP）进行空间化模拟.采用相关分析与回归分析方法，定量分析2002年和2012年DMSP/OLS（defensemeteorological satellite program/operational line scan system）夜间灯光数据与天山北坡城市群统计型数据的关系，建立天山北坡城市群1 km的GDP密度图，GDP空间分布模拟结果在分产业水平上拥有较高精度.结果表明：1）两期夜间灯光指数与第二、三产业值具有明显相关性，第二产业相关系数为0.75、0.83；第三产业相关系数为0.86、0.87；2）从GDP空间分布来看，高值区主要集中在乌鲁木齐-昌吉-石河子-奎屯-克拉玛依一线；各县市GDP密度由城市核心区向周围区域辐射递减，城郊和农村地区的GDP密度显著低于建成区的GDP密度；3）基于夜间灯光数据模拟的GDP空间分布结果十分可信，尤其是第二产业2002年和2012年的GDP模拟结果与统计值的相对误差分别为0.58%、0.01%.通过对比两期的GDP空间化模拟结果发现：该方法在一定程度上反映了天山北坡城市群经济发展的动态变化，对后期更加准确地预测此区域经济走势具有实用价值.

DMSP/OLS和VIIRS夜光影像辐射亮度差异及其在电力消耗估算中的比较

仇雅倩, 薛翔宇, 韩文军, 陈晓玲, 李熙

2019, 37(1): 99-111. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.010

摘要 ( 946 )

PDF (16634KB) ( 107 )

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美国国防气象卫星线性业务扫描系统（defense meteorological satellite program/operational linescan system，DMSP/OLS）及可见红外成像辐射仪（visible infrared imagingradiometer suite，VⅡRS）的夜光遥感影像获取时间不同，同一地区不同时间的夜间灯光可能会存在一定的差异.从夜光影像获取时间上的差异出发，以两种夜间灯光影像均值的比值为度量指标建立灯光差异指数，探究同一地区不同时间夜间灯光的一致性与差异性，分析导致差异性的原因，并在中国省级尺度上比较不同夜间灯光影像对于电力消费（electricity powerconsumption，EPC）的预测能力.结果表明夜间灯光在时间上具有一定的一致性与差异性：两种夜间灯光影像均值之间体现了很高的相关性，且DMSP/OLS灯光均值越大的地方，灯光的差异就越小；其差异性与地区经济发展有一定的关系，经济相对不发达的地区越容易出现灯光差异大的现象.在电力消费预测方面，VⅡRS与EPC之间的相关性强于DMSP/OLS，对EPC的预测能力也更强.

一种改进投影寻踪风险评估函数模型

钱龙霞, 张韧, 王红瑞, 侯太平

2019, 37(1): 112-125. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.011

摘要 ( 540 )

PDF (5977KB) ( 155 )

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针对投影寻踪模型存在的一些不足之处，改进发展了一种基于信息熵理论的投影寻踪风险评估模型.首先基于极差正规化方法对指标进行预处理以消除指标的量纲效应，保持指标的同趋势化.其次采用投影值的信息熵表示投影指标函数，基于最大熵原理估计最佳投影方向对指标进行降维处理，克服了传统投影指标函数在某些情形下无法准确刻画序列的变异程度.最后建立了S型风险评估函数模型，该函数具备单调性、有界性、变化的连续平稳性等性质.借助洪灾风险和联合作战海洋环境风险的评估实验得到的研究结果如下：与投影寻踪模型相比，改进投影寻踪模型对洪灾风险等级评估的改进幅度为7.0%~8.8%，对海洋环境风险评估的改进效果更加明显，改进幅度为27.1%~53.9%.

基于动态区域划分的多种群进化算法

陈昊, 许春蕾, 黎明, 张聪炫

2019, 37(1): 126-136. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.012

摘要 ( 824 )

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针对多种群进化算法中解空间无法准确划分的问题，在进化过程中利用云模型估计优化问题.根据云估计与原问题的差异动态划分解空间；采用聚类算法构建多个子种群，并设计异构进化策略；对区域划分的有效性进行理论分析，证明划分方法能准确缩小搜索空间.实验分析表明：所提出的划分策略既可降低优化问题难度，又能提高算法的有效性与可行性.

四旋翼无人机预设性能非线性PI串级姿态控制

陈龙胜, 宁晓明

2019, 37(1): 137-150. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.01.013

摘要 ( 936 )

PDF (9293KB) ( 113 )

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仅在系统初始条件已知的前提下，针对具有未知外界扰动和未知非线性特性的四旋翼无人机系统，提出了一种预设性能非线性PI串级姿态控制方法.将四旋翼无人机姿态系统分解为欧拉角和角速率两个动态子系统，并充分考虑系统的内部动态因果关系；采用串级控制消除系统欠驱动对控制器设计带来的不利影响，以改善控制效果.针对系统的不确定性、未知外界扰动及预设性能可能引起的控制器奇异问题，基于预设性能的误差转换函数和泰勒多项式构造简单的非线性函数，分别为欧拉角和角速率动态子系统设计非线性PI控制器，并从理论上证明其可行性.所设计的控制器继承了传统PID的优点，其参数调整更加灵活，且具有很强的鲁棒性和自适应性.仿真试验结果验证了该方法的有效性和优越性.

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