应用科学学报

中文目次

2014, 32(4): 330.

摘要 ( 840 )

PDF (395KB) ( 636 )

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二维Arimoto 灰度熵阈值分割

WU Yi-quan1,2, CAO Peng-xiang1,3, WANG Kai1, YIN Jun1

2014, 32(4): 331-340. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.001

摘要 ( 1880 )

PDF (3956KB) ( 943 )

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针对近年提出的二维Arimoto 熵阈值分割方法只依赖图像灰度级出现的频数信息，而未考虑图像类内灰度均匀性这一问题，提出了基于灰度-梯度直方图的二维Arimoto 灰度熵阈值分割方法. 首先，在Arimoto 熵的基础上直接考虑图像类内灰度均匀性，构建出一维Arimoto 灰度熵阈值选取公式；结合灰度-梯度二维直方图目标与背景区域划分方式，推导出二维Arimoto 灰度熵阈值选取公式；通过阈值选取函数所涉及中间变量的递推计算公式来消除冗余计算；采用基于Tent映射的混沌序列对人工蜂群算法的局部搜索阶段进行改进，以改进后的蜂群优化算法来加快图像分割最佳阈值的搜索速度，大大减少了时间花费. 大量的典型图像对比实验结果表明，所提出的方法能够快速而准确地实现图像分割，且总体效果优于二维Shannon 熵、二维Tsallis 灰度熵和二维Arimoto熵阈值分割方法.

基于置信传播分组的多任务压缩频谱感知

WANG Yong, LI Hong, QI Li-na

2014, 32(4): 341-348. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.002

摘要 ( 1649 )

PDF (1952KB) ( 945 )

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针对认知无线电中主用户覆盖范围存在交叠区域的情况，给出先次用户分组再组内协作感知的方法. 首先提出一种基于简化置信传播(belief propagation, BP)的次用户频谱相似性分组算法，挖掘各次用户前一次频谱感知信息并提取相关参数，再根据相关参数利用BP算法对当前频谱感知次用户进行相似性分组. 在组内采用恢复效果较好的多任务压缩频谱感知方法来完成感知任务. 仿真结果表明，所提出的频谱感知方法与现有方法相比，能在混杂频谱环境下保证较好的虚警概率，同时提高频谱感知的正确检测概率，且随着全网感知用户数的增加，频谱感知结果也不断改善.

三维复杂运动模式航迹推算惯性导航室内定位

陈兴秀1，张金艺1,2,3，晏理1，刘江2，周文强2

2014, 32(4): 349-350. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.003

摘要 ( 3266 )

PDF (5080KB) ( 2594 )

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在微机电惯性测量单元(micro-electro-mechanical system-inertial measurement unit, MEMS-IMU)人体室内定位技术研究领域中，行人航迹推算法(pedestrian dead reckoning, PDR)具有计算简便、对传感器精度要求低的优点，得到了较为广泛的应用，但传统的PDR 研究通常只针对单一的二维前进行走运动模式，这与人体实际的三维复杂运动模式相距甚远. 该文从人体三维室内定位研究角度出发，通过10 轴MEMS 传感器采集人体运动原始信息，提出了三维复杂运动模式航迹推算法. 首先使用双零点交叉区间内的峰值双轴检测法与俯仰角检测法来检测5 类非行走运动模式，排除其对有效跨步检测的干扰；其次使用相位反转法与气压值突变法区分3 类行走运动模式，提取出不同类型的有效跨步；最后针对每一个有效跨步求解出人体位置的三维坐标值，完成人体三维室内定位. 实验表明，所提出的三维复杂运动模式航迹推算法在人体实际室内运动中，相较传统的峰值检测和零点交叉法PDR，水平定位精度提升了99%，并且高度定位精度可以达到92.4%.

多天线阵列的矿井超宽带无线通信系统

张国鹏，刘鹏，丁恩杰

2014, 32(4): 357-364. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.004

摘要 ( 1690 )

PDF (1859KB) ( 1097 )

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将多天线阵列(multi-input multi-output, MIMO) 技术用于改善井下超宽带(ultra wideband, UWB)无线通信系统的误码率性能. 首先，研究单天线(single input single output, SISO)UWB 系统在矿井巷道的多径传播特性，以及相应的抗多径发射/接收策略和误码率性能. 在此基础上，从理论上分析MIMO 技术进一步提高
UWB 系统抗井下多径衰落的可行性；然后，在不增加系统发射能量和不改变SISO-UWB 接收机结构的前提下，通过增加发射天线数并结合无线信道空时分集理论，提出用于煤矿井下无线通信的MIMO-UWB 系统及其空时编/解码方案. 实验结果表明：与传统的SISO-UWB收发策略相比，所研究的MIMO-UWB空时编/解码方案在各类井下多径环境中均能获得35 dB 的误码率性能增益.

三方动态博弈网络可生存性策略选择

伍文，孟相如，马志强，梁霄

2014, 32(4): 365-371. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.005

摘要 ( 1571 )

PDF (3167KB) ( 812 )

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为了提高网络系统在面对攻击、故障及意外事件时的主动防御能力，从宏观角度提出了一种基于三方动态博弈的网络可生存性策略选择模型. 将攻击者、防御者及故障意外事件作为博弈的参与者，采用非合作完全信息动态博弈理论构建三方可生存博弈模型，给出了逆向递归法求解子博弈精炼纳什均衡的形式化表述，进而提出了三方动态博弈策略选择算法，并结合实例进行仿真验证，结果表明，由所提出的策略选择模型和算法得到的双方最佳策略是符合实际需求的.

改进的对数衰减动态非视距定位

王日明1,2，冯久超1

2014, 32(4): 372-378. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.006

摘要 ( 1635 )

PDF (5958KB) ( 1254 )

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在一般对数衰减模型中衰减因子是一个常量，但在实际应用中会引起较大的测距定位误差. 为了减少定位估计误差，在对Zigbee 组网定位实验数据进行统计分析的基础上，提出用负指数函数来描述衰减因子与距离（目标节点与锚节点间距）之间的关系，进而建立一种改进对数衰减模型；给出一个基于改进对数衰减模型的ML 估计器，并推导了该估计器的Cramer-Rao下界(Cramer-Row lower bound, CRLB). 在实验室和车站站场的Zigbee 组网定位实验结果表明，使用改进对数衰减模型的ML 估计器能提供更准确的定位估计，对场景变化有较好的适应性.

1 km大气激光通信系统非光域外差检测的实验研究

柯熙政，陈锦妮

2014, 32(4): 379-384. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.007

摘要 ( 1291 )

PDF (4153KB) ( 1310 )

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相干光通信以较高的检测灵敏度引起了人们的重视，但因工程实现困难等问题而限制了该技术的应用.为此，提出了一种新的外差检测方法，利用发送端副载波调制和接收端副载波实现外差，提高了无线激光通信系统的检测灵敏度. 实验结果表明, 副载波调制/非光域外差检测方式具有接近20 dB 的外差增益，且误码率特性也优于直接检测.

多小区MU-MIMO系统中基于信道投射的块对角化预编码设计

杨鼎成1，何浩2

2014, 32(4): 385-393. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.008

摘要 ( 1474 )

PDF (3038KB) ( 880 )

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研究多小区MU-MIMO中的预编码设计. 通过扩展单小区块对角化预编码将泄漏到邻小区的干扰纳入考虑范围，根据信道投射的块对角化预编码和发送端提供的额外自由度，以最大化信漏比为原则对发送信号进行预处理. 在目标用户信号和泄露干扰之间取得一个折中以实现泄露干扰抑制的目的，同时在小区内用户间进行子
空间迫零以消除用户间干扰，从而降低小区干扰对多用户MIMO系统的不利影响. 相较于经典的泄漏干扰迫零算法，可以灵活地调整用于小区间干扰抑制的自由度，平衡抑制干扰与提升系统容量的矛盾关系. 理论分析和仿真均证明，该方法能有效抑制小区间干扰，提升系统容量，在相同干扰的条件下甚至可以成倍增加容量，且不用改变现有通信系统的拓扑结构，实现复杂度较低.

基于粗糙集约简的水稻叶片叶绿素含量高光谱反演

毕景芝1，刘湘南1，赵冬2

2014, 32(4): 394-400. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.009

摘要 ( 1369 )

PDF (3060KB) ( 1060 )

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利用高光谱技术可估测水稻冠层叶绿素含量，为水稻的长势遥感监测与农艺决策提供科学依据. 基于地面实测水稻叶片光谱数据，提出了一种粗糙集属性简约和支持向量回归相结合的叶绿素反演方法，解决了植被光谱指数相关性高易造成计算冗余以及降低水稻叶片叶绿素高光谱反演效率的问题. 首先选择18 个与水稻叶绿素含量相关性较大的植被光谱指数作为因变量，利用粗糙集约简植被指数数据空间得到含有6 个植被光谱指数的简约核；然后采用支持向量回归方法反演叶绿素含量. 基于全部指数反演及基于简约核指数反演的R2 分别为0.858 6与0.850 6. 因此，该方法与采用全部指数进行反演的结果相比，不但具有相当的反演精度，而且有效缩短了反演算法步骤及时间，为大数据处理提供了新的技术方法.

结合WS残差法和MAP载体估计的隐写负载定位

闫晓蒙，张涛，李文祥，平西建

2014, 32(4): 401-408. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.010

摘要 ( 1253 )

PDF (3955KB) ( 1056 )

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针对最不重要比特位(least significant bit, LSB)替换隐写算法，将加权载密图像(weighed-stego, WS)残差法和最大后验概率(maximum a posteriori, MAP)载体估计法相结合，提出了一种改进的载体估计方法. 首先利用WS方法初步定位负载，然后将该初步定位结果作为先验信息应用到改进的MAP载体估计算法中，可以
得到更精确的载体估计算法，最后计算残差得到最终的负载定位结果. 实验表明，无论是针对空域BMP图像还是JPEG解压缩图像上的LSB替换隐写，该方法均能提高负载定位的准确率，且对于不同嵌入率也有较好的稳健性.

二次多项式星载InSAR 基线优化估计

张过1,2，郑玉芝1

2014, 32(4): 409-415. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.011

摘要 ( 2112 )

PDF (12329KB) ( 851 )

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提出了基于二次多项式的星载InSAR 基线优化估计方法. 在干涉相位方程距离向和方位向二阶偏导基础上，分析了基线误差引起的干涉相位误差可利用解缠后的干涉图，采用二次多项式来估计消除基线误差. 利用TerraSAR-X、COSMO-SkyMed、RadarSat-2 及ASAR 等InSAR 卫星带基线误差的干涉数据进行验证，结果表
明所提出的方法可有效消除基线误差引起的相位误差.

基于人体关键部位的不良图像过滤

黄杰，倪鹏宇

2014, 32(4): 416-422. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.012

摘要 ( 1621 )

PDF (3933KB) ( 973 )

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肤色过滤不良图像的方法对于皮肤裸露较多但不含关键部位或类肤色区域较多的图像容易产生误检，为此设计了一种基于人体关键部位的不良图像过滤系统. 首先提取人体关键部位灰度分布的Haar-like特征，采用Adaboost学习算法训练得到人体关键部位分类器；然后通过此分类器得到人体关键部位候选区域，提取其梯度
直方图特征、基于灰度共生矩阵的纹理特征和基于颜色矩的颜色特征，使用支持向量机(support vector machine,SVM)进行训练；最后将训练得到的SVM分类器二次过滤人体关键部位，以提高系统整体的精度. 实验结果表明，该系统能准确地检测出人体关键部位，有效地降低不良图像的误检率.

自然场景下三角形交通标志的检测与识别

贾永红1,2，胡志雄1，周明婷1，姬伟军1

2014, 32(4): 423-426. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.013

摘要 ( 1685 )

PDF (3726KB) ( 1083 )

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根据三角形交通标志的颜色和形状特征，提出了一种适用于自然场景下三角形交通标志的检测与识别方法. 该方法首先利用颜色分割粗略提取标志区；其次提取标志区轮廓边缘和直线拟合，确定三角形标志的3个顶点，精确检测出完整的三角形标志区；最后设计一种分块特征提取方法对检测出的三角形标志和所有参考三角形标志进行特征提取，通过特征匹配识别出三角形交通标志类别. 实验结果表明，所提出的检测与识别方法能更有效地识别自然环境中三角形交通标志方法，且适用性强.

结合模糊熵和遗传算法的双阈值图像分割

郑毅1,2，郑苹3,4

2014, 32(4): 427-433. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.014

摘要 ( 1572 )

PDF (3437KB) ( 1059 )

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在火炮身管弯曲度测量系统中，为了能从光靶图像中同时提取标定图案和激光光斑，提出了一种双阈值图像分割方法. 基于模糊数学理论和最大模糊熵判据，把光靶图像中的像素灰度级分为黑、灰和亮3 个模糊子集，用于畸变校正的标定图案的像素灰度级隶属于黑模糊子集，用于测量的激光光斑的像素灰度级隶属于亮模糊子集.使用改进的模糊指数熵作为分类判据，提高了分类准确性. 通过遗传算法确定模糊熵参数的最优组合，降低了计算复杂度，并且最大模糊熵判据仅含有4 个模糊熵参数，减小了搜索空间. 针对光靶图像进行了双阈值分割实验，并与最大类间方差双阈值法、模拟退火模糊熵法和使用未改进的模糊指数熵的遗传模糊熵法进行了比较. 实验结果表明，所提方法能自动而有效地选取双阈值，且分割效果优于其他3 种双阈值分割方法.

局部统计特征的抗同步攻击音频水印

项世军，霍永津，刘尚翼，罗欣荣

2014, 32(4): 434-440. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.015

摘要 ( 1395 )

PDF (2072KB) ( 903 )

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利用音频局部统计特征提出一种可同时抵抗时域拉伸和局部裁剪攻击的音频水印算法. 水印嵌入时先对音频信号进行鲁棒自适应分段，然后计算直方图和均值，参照均值修改直方图形状以完成信息隐藏. 理论分析和实验结果表明，该方法具有很好的抗时域拉伸性能，且抵抗局部裁剪攻击的性能有显著提高.

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