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2016年 第38卷 第9期
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2016, 38(9): 2130-2140.
doi: 10.11999/JEIT160517
摘要:
由于在線社交網(wǎng)絡上的信息傳播具有速度快、成本低、影響范圍大等優(yōu)勢，許多企業(yè)均試圖通過在線社交網(wǎng)絡進行產(chǎn)品的促銷和推廣。然而，企業(yè)如何選擇種子結點來投放營銷信息，使得在給定成本下覆蓋或影響最多的用戶，實現(xiàn)營銷績效最大化是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。該文通過文獻檢索和綜述方法，系統(tǒng)總結了社會化營銷中的信息傳播模型，從網(wǎng)絡拓撲結構和用戶歷史數(shù)據(jù)、競爭條件與非競爭條件等不同視角總結了社會化營銷績效最大化的有關算法，最后對社會化營銷績效最大化問題進行了總結與展望。
由于在線社交網(wǎng)絡上的信息傳播具有速度快、成本低、影響范圍大等優(yōu)勢，許多企業(yè)均試圖通過在線社交網(wǎng)絡進行產(chǎn)品的促銷和推廣。然而，企業(yè)如何選擇種子結點來投放營銷信息，使得在給定成本下覆蓋或影響最多的用戶，實現(xiàn)營銷績效最大化是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。該文通過文獻檢索和綜述方法，系統(tǒng)總結了社會化營銷中的信息傳播模型，從網(wǎng)絡拓撲結構和用戶歷史數(shù)據(jù)、競爭條件與非競爭條件等不同視角總結了社會化營銷績效最大化的有關算法，最后對社會化營銷績效最大化問題進行了總結與展望。
2016, 38(9): 2141-2149.
doi: 10.11999/JEIT160515
摘要:
該文致力于豐富在線群體的研究體系，為未來探索深層次科學問題提供支撐。討論了在線群體與在線話題的定義及常見分類方式。重點展現(xiàn)了一種全新的依據(jù)觀測社會系統(tǒng)響應函數(shù)的趨勢將在線話題分為4類的定性研究方法，即外源性首要傳播型話題、外源性次要傳播型話題、內源性首要傳播型話題和內源性次要傳播型話題，并且進一步以此區(qū)分討論不同類型話題的在線群體。同時，明確地提出了規(guī)范的使用步驟與實際操作時可能遇到的問題及解決方法。最后嘗試運用該方法來估計以新浪微博與百度貼吧為代表的在線社交網(wǎng)絡平臺中各類話題群體的分布情況。
該文致力于豐富在線群體的研究體系，為未來探索深層次科學問題提供支撐。討論了在線群體與在線話題的定義及常見分類方式。重點展現(xiàn)了一種全新的依據(jù)觀測社會系統(tǒng)響應函數(shù)的趨勢將在線話題分為4類的定性研究方法，即外源性首要傳播型話題、外源性次要傳播型話題、內源性首要傳播型話題和內源性次要傳播型話題，并且進一步以此區(qū)分討論不同類型話題的在線群體。同時，明確地提出了規(guī)范的使用步驟與實際操作時可能遇到的問題及解決方法。最后嘗試運用該方法來估計以新浪微博與百度貼吧為代表的在線社交網(wǎng)絡平臺中各類話題群體的分布情況。
2016, 38(9): 2150-2157.
doi: 10.11999/JEIT160544
摘要:
面向用戶群組的推薦主要面臨如何有意義地對群組進行定義并識別，以及向群組內用戶進行有效推薦兩大問題。該文針對已有研究在用戶群組定義解釋性不強等存在的問題，提出一種基于社交網(wǎng)絡社區(qū)的組推薦框架。該框架利用社交網(wǎng)絡結構信息發(fā)現(xiàn)重疊網(wǎng)絡社區(qū)結構作為用戶群組，具有較強的可解釋性，并根據(jù)用戶與群組間的隸屬度制定了考慮用戶對群組貢獻與用戶從群組獲利的4種聚合與分配策略，以完成組推薦任務。通過在公開數(shù)據(jù)集上與已有方法的對比實驗，驗證了該框架在組推薦方面的有效性和準確性。
面向用戶群組的推薦主要面臨如何有意義地對群組進行定義并識別，以及向群組內用戶進行有效推薦兩大問題。該文針對已有研究在用戶群組定義解釋性不強等存在的問題，提出一種基于社交網(wǎng)絡社區(qū)的組推薦框架。該框架利用社交網(wǎng)絡結構信息發(fā)現(xiàn)重疊網(wǎng)絡社區(qū)結構作為用戶群組，具有較強的可解釋性，并根據(jù)用戶與群組間的隸屬度制定了考慮用戶對群組貢獻與用戶從群組獲利的4種聚合與分配策略，以完成組推薦任務。通過在公開數(shù)據(jù)集上與已有方法的對比實驗，驗證了該框架在組推薦方面的有效性和準確性。
2016, 38(9): 2158-2164.
doi: 10.11999/JEIT151136
摘要:
K匿名技術是當前軌跡隱私保護的主流方法，但該方法也存在隱私泄露的風險。該文提出一種在移動社交網(wǎng)絡中基于代理轉發(fā)機制(BAFM)的軌跡隱私保護方法。該方法利用安全多方計算和內積安全計算進行隱私加密匹配，通過可信服務器在移動社交網(wǎng)絡中找最匹配的用戶做代理，然后由代理轉發(fā)用戶的請求到服務器進行查詢，隱藏用戶的真實軌跡與位置服務器的聯(lián)系，有效保護用戶的軌跡隱私。安全分析表明該方法能有效保護用戶的軌跡隱私；同時，通過實驗驗證該方法相對K匿名更高效，能減小服務器的查詢和通信開銷。
K匿名技術是當前軌跡隱私保護的主流方法，但該方法也存在隱私泄露的風險。該文提出一種在移動社交網(wǎng)絡中基于代理轉發(fā)機制(BAFM)的軌跡隱私保護方法。該方法利用安全多方計算和內積安全計算進行隱私加密匹配，通過可信服務器在移動社交網(wǎng)絡中找最匹配的用戶做代理，然后由代理轉發(fā)用戶的請求到服務器進行查詢，隱藏用戶的真實軌跡與位置服務器的聯(lián)系，有效保護用戶的軌跡隱私。安全分析表明該方法能有效保護用戶的軌跡隱私；同時，通過實驗驗證該方法相對K匿名更高效，能減小服務器的查詢和通信開銷。
2016, 38(9): 2165-2172.
doi: 10.11999/JEIT151479
摘要:
在移動社交網(wǎng)絡中分享用戶特征屬性配置文件能夠迅速找到與用戶特征屬性相同的朋友。然而，配置文件通常包含用戶的敏感隱私信息，如果被惡意攻擊者截獲將有可能造成不可預計的后果。該文提出一種基于用戶偽身份匿名與哈希值比對認證的雙重握手機制的隱私保護方案，結合身份權限認證、單向哈希散列函數(shù)、密鑰協(xié)商等技術保證惡意攻擊者無法通過身份欺騙、偽造特征屬性、竊聽安全信道等方式獲取用戶配置文件的真實內容，從而保證用戶的個人隱私不被泄漏。依靠可信第三方服務器強大的計算和抗攻擊能力, 減輕智能用戶終端計算負擔和安全風險。安全分析和實驗分析表明，該方案更具有隱私性、消息不可抵賴性和可驗證性，比傳統(tǒng)的解決方案更有效。
在移動社交網(wǎng)絡中分享用戶特征屬性配置文件能夠迅速找到與用戶特征屬性相同的朋友。然而，配置文件通常包含用戶的敏感隱私信息，如果被惡意攻擊者截獲將有可能造成不可預計的后果。該文提出一種基于用戶偽身份匿名與哈希值比對認證的雙重握手機制的隱私保護方案，結合身份權限認證、單向哈希散列函數(shù)、密鑰協(xié)商等技術保證惡意攻擊者無法通過身份欺騙、偽造特征屬性、竊聽安全信道等方式獲取用戶配置文件的真實內容，從而保證用戶的個人隱私不被泄漏。依靠可信第三方服務器強大的計算和抗攻擊能力, 減輕智能用戶終端計算負擔和安全風險。安全分析和實驗分析表明，該方案更具有隱私性、消息不可抵賴性和可驗證性，比傳統(tǒng)的解決方案更有效。
2016, 38(9): 2173-2179.
doi: 10.11999/JEIT160350
摘要:
在基于位置的服務中，基于可信第三方模型是當前位置隱私保護中的主要模型，但該模型存在一定的隱私泄露風險。該文提出一種基于網(wǎng)格標識匹配(GIM)的位置隱私保護方法，用戶首先將查詢區(qū)域劃分為網(wǎng)格，并結合保序對稱加密和K匿名技術，在匿名器形成K匿名，然后利用網(wǎng)格標識匹配返回查詢結果給用戶。在查詢的過程中，匿名器并不知道用戶的具體位置，加強了該模型中用戶位置的隱私保護。同時中間匿名器僅進行簡單的比較和匹配，有效緩解了匿名器的性能瓶頸問題。安全分析表明該方法能有效保護用戶的位置隱私；并且通過實驗驗證該方法能有效減小匿名器的處理時間開銷。
在基于位置的服務中，基于可信第三方模型是當前位置隱私保護中的主要模型，但該模型存在一定的隱私泄露風險。該文提出一種基于網(wǎng)格標識匹配(GIM)的位置隱私保護方法，用戶首先將查詢區(qū)域劃分為網(wǎng)格，并結合保序對稱加密和K匿名技術，在匿名器形成K匿名，然后利用網(wǎng)格標識匹配返回查詢結果給用戶。在查詢的過程中，匿名器并不知道用戶的具體位置，加強了該模型中用戶位置的隱私保護。同時中間匿名器僅進行簡單的比較和匹配，有效緩解了匿名器的性能瓶頸問題。安全分析表明該方法能有效保護用戶的位置隱私；并且通過實驗驗證該方法能有效減小匿名器的處理時間開銷。
2016, 38(9): 2180-2187.
doi: 10.11999/JEIT151338
摘要:
為了研究局部拓撲信息耦合對網(wǎng)絡演化的促進作用，該文提出一種局部拓撲加權方法，用于表征節(jié)點間聯(lián)系的緊密性及拓撲信息的耦合程度，并從演化模型的宏觀統(tǒng)計和實際網(wǎng)絡數(shù)據(jù)測試兩方面驗證了局部拓撲信息耦合促進網(wǎng)絡演化的有效性。首先將該加權方法應用于BA模型，提出TwBA模型及局域世界模型TwLW。仿真實驗表明，TwBA的度分布隨連邊數(shù)目的增多，迅速從指數(shù)分布轉變?yōu)閮缏煞植?，驗證了現(xiàn)實網(wǎng)絡加速增長產(chǎn)生冪律分布的現(xiàn)象，并基于此提出一種加速演化的TwBA模型，其在不同的加速率下呈現(xiàn)出冪律分布；而TwLW則展現(xiàn)了從廣延指數(shù)分布到冪律分布變化的形式。然后將加權方法拓展到鏈路預測方法，提出3個加權相似性指標。實際網(wǎng)絡數(shù)據(jù)測試表明，該方法能夠大幅度地提高基本算法的預測精度，部分甚至高于全局性指標。
為了研究局部拓撲信息耦合對網(wǎng)絡演化的促進作用，該文提出一種局部拓撲加權方法，用于表征節(jié)點間聯(lián)系的緊密性及拓撲信息的耦合程度，并從演化模型的宏觀統(tǒng)計和實際網(wǎng)絡數(shù)據(jù)測試兩方面驗證了局部拓撲信息耦合促進網(wǎng)絡演化的有效性。首先將該加權方法應用于BA模型，提出TwBA模型及局域世界模型TwLW。仿真實驗表明，TwBA的度分布隨連邊數(shù)目的增多，迅速從指數(shù)分布轉變?yōu)閮缏煞植?，驗證了現(xiàn)實網(wǎng)絡加速增長產(chǎn)生冪律分布的現(xiàn)象，并基于此提出一種加速演化的TwBA模型，其在不同的加速率下呈現(xiàn)出冪律分布；而TwLW則展現(xiàn)了從廣延指數(shù)分布到冪律分布變化的形式。然后將加權方法拓展到鏈路預測方法，提出3個加權相似性指標。實際網(wǎng)絡數(shù)據(jù)測試表明，該方法能夠大幅度地提高基本算法的預測精度，部分甚至高于全局性指標。
2016, 38(9): 2188-2193.
doi: 10.11999/JEIT151328
摘要:
為了構建高性能的Web服務器，充分利用Web服務器中多核處理器的性能成為關鍵。傳統(tǒng)的先到先服務策略沒有考慮多核處理器的特點，不能充分利用多核處理器的性能。為解決此問題，該文提出一種基于分配矩陣的動態(tài)請求調度算法。該算法充分考慮了多核處理器的特點，可將同類動態(tài)請求動態(tài)分配至同一個處理器核心，提高了Web服務器處理動態(tài)請求的速度。仿真實驗結果表明，采用該算法的Web服務器在自相似性、平均響應時間、丟包率等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的先到先服務算法。
為了構建高性能的Web服務器，充分利用Web服務器中多核處理器的性能成為關鍵。傳統(tǒng)的先到先服務策略沒有考慮多核處理器的特點，不能充分利用多核處理器的性能。為解決此問題，該文提出一種基于分配矩陣的動態(tài)請求調度算法。該算法充分考慮了多核處理器的特點，可將同類動態(tài)請求動態(tài)分配至同一個處理器核心，提高了Web服務器處理動態(tài)請求的速度。仿真實驗結果表明，采用該算法的Web服務器在自相似性、平均響應時間、丟包率等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的先到先服務算法。
2016, 38(9): 2194-2201.
doi: 10.11999/JEIT151374
摘要:
合理利用節(jié)點間的協(xié)作關系及相鄰節(jié)點的緩存資源可有效提高機會網(wǎng)絡中節(jié)點緩存的利用率與消息的投遞率。該文提出一種節(jié)點狀態(tài)感知的分布式協(xié)作緩存機制，通過感知消息擴散程度動態(tài)估計消息的重要程度，確定消息在緩存操作中的優(yōu)先級。進而根據(jù)節(jié)點的活躍度及相對粘度獲知給定消息與其目標節(jié)點的相遇概率，并針對消息源節(jié)點的差異設計分區(qū)協(xié)作緩存方法，同時在本地緩存處于存滿狀態(tài)時動態(tài)選取協(xié)作節(jié)點，實現(xiàn)本地消息到相鄰節(jié)點的轉移，以達到高效利用緩存資源的目的。結果表明，所提出的協(xié)作緩存機制能夠有效地利用節(jié)點有限的緩存資源，并大幅度地改善消息投遞率及節(jié)點緩存利用率。
合理利用節(jié)點間的協(xié)作關系及相鄰節(jié)點的緩存資源可有效提高機會網(wǎng)絡中節(jié)點緩存的利用率與消息的投遞率。該文提出一種節(jié)點狀態(tài)感知的分布式協(xié)作緩存機制，通過感知消息擴散程度動態(tài)估計消息的重要程度，確定消息在緩存操作中的優(yōu)先級。進而根據(jù)節(jié)點的活躍度及相對粘度獲知給定消息與其目標節(jié)點的相遇概率，并針對消息源節(jié)點的差異設計分區(qū)協(xié)作緩存方法，同時在本地緩存處于存滿狀態(tài)時動態(tài)選取協(xié)作節(jié)點，實現(xiàn)本地消息到相鄰節(jié)點的轉移，以達到高效利用緩存資源的目的。結果表明，所提出的協(xié)作緩存機制能夠有效地利用節(jié)點有限的緩存資源，并大幅度地改善消息投遞率及節(jié)點緩存利用率。
2016, 38(9): 2202-2207.
doi: 10.11999/JEIT151311
摘要:
在無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSNs)中引入移動節(jié)點可以極大地提升網(wǎng)絡性能。然而，移動節(jié)點一旦被蠕蟲感染則會大大加快蠕蟲在WSNs中的傳播。針對這一新的研究問題，該文分2步來抑制和清理移動蠕蟲傳播源。首先建立了移動蠕蟲感染模型，設計啟發(fā)式算法以確定移動感染區(qū)域的邊界，通過掛起感染邊界附近的高風險節(jié)點來阻斷蠕蟲的進一步傳播。第2步設計定向擴散的良性蠕蟲對網(wǎng)絡中被感染的節(jié)點進行修復，以徹底清除蠕蟲病毒。理論分析和仿真實驗結果均表明，該文所提方法能夠在付出較小的代價下達到較好的移動蠕蟲清理效果，適合能量受限的無線傳感器網(wǎng)絡。
在無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSNs)中引入移動節(jié)點可以極大地提升網(wǎng)絡性能。然而，移動節(jié)點一旦被蠕蟲感染則會大大加快蠕蟲在WSNs中的傳播。針對這一新的研究問題，該文分2步來抑制和清理移動蠕蟲傳播源。首先建立了移動蠕蟲感染模型，設計啟發(fā)式算法以確定移動感染區(qū)域的邊界，通過掛起感染邊界附近的高風險節(jié)點來阻斷蠕蟲的進一步傳播。第2步設計定向擴散的良性蠕蟲對網(wǎng)絡中被感染的節(jié)點進行修復，以徹底清除蠕蟲病毒。理論分析和仿真實驗結果均表明，該文所提方法能夠在付出較小的代價下達到較好的移動蠕蟲清理效果，適合能量受限的無線傳感器網(wǎng)絡。
2016, 38(9): 2208-2214.
doi: 10.11999/JEIT151395
摘要:
該文針對分布式時間同步算法中，低耦合系數(shù)的分組同步問題和大耦合系數(shù)的相位振蕩失穩(wěn)現(xiàn)象，提出一種多粒度一致分布式時間同步算法，采用離散多相位粒度模型，將報文交換的相位信息采用多個相位分辨力進行耦合同步，有效地減少了分組現(xiàn)象，加快了同步進程，并提高了算法的執(zhí)行效率。最后利用仿真實驗和傳統(tǒng)的MS仿生算法進行對比實驗，驗證了其在非全連接網(wǎng)絡中，可以取得比傳統(tǒng)算法更好的同步效果。
該文針對分布式時間同步算法中，低耦合系數(shù)的分組同步問題和大耦合系數(shù)的相位振蕩失穩(wěn)現(xiàn)象，提出一種多粒度一致分布式時間同步算法，采用離散多相位粒度模型，將報文交換的相位信息采用多個相位分辨力進行耦合同步，有效地減少了分組現(xiàn)象，加快了同步進程，并提高了算法的執(zhí)行效率。最后利用仿真實驗和傳統(tǒng)的MS仿生算法進行對比實驗，驗證了其在非全連接網(wǎng)絡中，可以取得比傳統(tǒng)算法更好的同步效果。
2016, 38(9): 2215-2220.
doi: 10.11999/JEIT151385
摘要:
同時同頻全雙工系統(tǒng)中，考慮直射路徑自干擾信號抵消，通常采用發(fā)射機天線預調零技術，但是該方法不僅會降低遠端接收機的信號功率，還會形成零陷區(qū)域。產(chǎn)生此問題的主要原因是沒有考慮本地接收機天線工作在發(fā)射機天線的近場區(qū)域，而采用平面波模型進行設計。因此該文采用具有更高自由度的球面波模型，在保證發(fā)射機預調零的情況下，以零陷區(qū)容量最大化為原則，優(yōu)化本地接收機天線位置，給出了最優(yōu)位置的求解方法。仿真結果表明，在保證預調零的情況下，能夠減小零陷區(qū)域功率衰減值；當發(fā)射機天線間隔為半個波長時，與平面波優(yōu)化方式相比，零陷區(qū)系統(tǒng)容量隨著信道相關性增加而有一定增加。
同時同頻全雙工系統(tǒng)中，考慮直射路徑自干擾信號抵消，通常采用發(fā)射機天線預調零技術，但是該方法不僅會降低遠端接收機的信號功率，還會形成零陷區(qū)域。產(chǎn)生此問題的主要原因是沒有考慮本地接收機天線工作在發(fā)射機天線的近場區(qū)域，而采用平面波模型進行設計。因此該文采用具有更高自由度的球面波模型，在保證發(fā)射機預調零的情況下，以零陷區(qū)容量最大化為原則，優(yōu)化本地接收機天線位置，給出了最優(yōu)位置的求解方法。仿真結果表明，在保證預調零的情況下，能夠減小零陷區(qū)域功率衰減值；當發(fā)射機天線間隔為半個波長時，與平面波優(yōu)化方式相比，零陷區(qū)系統(tǒng)容量隨著信道相關性增加而有一定增加。
2016, 38(9): 2221-2226.
doi: 10.11999/JEIT151316
摘要:
對于基于認知無線電架構的多天線信道估計技術，由于傳統(tǒng)零相關序列是在全部頻譜可用前提下設計的，在復雜電磁環(huán)境的頻譜限制下，傳統(tǒng)零相關序列部分頻域元素發(fā)生變化，且不再滿足原始序列的周期相關特性，因此不能直接應用于復雜電磁環(huán)境的多天線信道估計。該文介紹了多天線通信系統(tǒng)的信道估計算法并指出對理想序列的要求，然后針對復雜電磁環(huán)境，即在存在頻譜空穴的條件下，聯(lián)合優(yōu)化頻譜受限和良好周期相關程度兩大評價指標，設計出適用的序列集合，作為訓練序列應用到認知無線電系統(tǒng)的信道估計算法中，仿真結果驗證了新序列集合的有效性。
對于基于認知無線電架構的多天線信道估計技術，由于傳統(tǒng)零相關序列是在全部頻譜可用前提下設計的，在復雜電磁環(huán)境的頻譜限制下，傳統(tǒng)零相關序列部分頻域元素發(fā)生變化，且不再滿足原始序列的周期相關特性，因此不能直接應用于復雜電磁環(huán)境的多天線信道估計。該文介紹了多天線通信系統(tǒng)的信道估計算法并指出對理想序列的要求，然后針對復雜電磁環(huán)境，即在存在頻譜空穴的條件下，聯(lián)合優(yōu)化頻譜受限和良好周期相關程度兩大評價指標，設計出適用的序列集合，作為訓練序列應用到認知無線電系統(tǒng)的信道估計算法中，仿真結果驗證了新序列集合的有效性。
2016, 38(9): 2227-2232.
doi: 10.11999/JEIT151363
摘要:
針對全雙工MIMO收發(fā)器發(fā)射通道非線性以及接收通道存在強烈自干擾的問題，該文提出一種使發(fā)射通道線性化并通過射頻多抽頭重建與數(shù)字重建消除自干擾的具有較低硬件成本與軟件復雜度的設計方案：(1)基于改進的串擾消除和數(shù)字預失真(CTC-DPD)算法并復用反饋通道進行去耦合和數(shù)字預失真使發(fā)射通道線性化、等增益；(2)在接收通道加入可調衰減器并用多維梯度下降法基于接收的殘留自干擾功率最小原則調整抽頭參數(shù)；(3)基于頻域信道估計進行數(shù)字自干擾重建。實現(xiàn)的20 MHz帶寬LTE全雙工22 MIMO通信樣機，發(fā)射通道經(jīng)過線性化后帶內更平坦，而帶外噪聲抑制了約30 dB。射頻和數(shù)字消除一輪調整共耗時約0.17 ms，總消除能力約75 dB。16QAM映射時全雙工雙向數(shù)據(jù)速率總和220 Mbps，相對單向時的110 Mbps實現(xiàn)了頻譜效率的翻倍。通信樣機證明了該方案的可行性。
針對全雙工MIMO收發(fā)器發(fā)射通道非線性以及接收通道存在強烈自干擾的問題，該文提出一種使發(fā)射通道線性化并通過射頻多抽頭重建與數(shù)字重建消除自干擾的具有較低硬件成本與軟件復雜度的設計方案：(1)基于改進的串擾消除和數(shù)字預失真(CTC-DPD)算法并復用反饋通道進行去耦合和數(shù)字預失真使發(fā)射通道線性化、等增益；(2)在接收通道加入可調衰減器并用多維梯度下降法基于接收的殘留自干擾功率最小原則調整抽頭參數(shù)；(3)基于頻域信道估計進行數(shù)字自干擾重建。實現(xiàn)的20 MHz帶寬LTE全雙工22 MIMO通信樣機，發(fā)射通道經(jīng)過線性化后帶內更平坦，而帶外噪聲抑制了約30 dB。射頻和數(shù)字消除一輪調整共耗時約0.17 ms，總消除能力約75 dB。16QAM映射時全雙工雙向數(shù)據(jù)速率總和220 Mbps，相對單向時的110 Mbps實現(xiàn)了頻譜效率的翻倍。通信樣機證明了該方案的可行性。
2016, 38(9): 2233-2240.
doi: 10.11999/JEIJ151371
摘要:
該文研究節(jié)點具有能量收集能力的兩跳中繼系統(tǒng)的物理層安全傳輸方案?？紤]竊聽節(jié)點與源和中繼節(jié)點間都有直接鏈路的情況。每個數(shù)據(jù)傳輸時隙分為能量收集和數(shù)據(jù)傳輸兩個階段，各節(jié)點用收集的能量發(fā)送信號。中繼采用放大轉發(fā)方式，目的節(jié)點發(fā)送人工噪聲進行協(xié)作干擾，保護在兩跳傳輸中傳輸?shù)谋Ｃ苄畔ⅰＲ宰畲蠡Ｃ芩俾蕿槟繕?，采用迭代算法?yōu)化能量吸收和數(shù)據(jù)傳輸兩階段的時間分配比例系數(shù)和協(xié)作干擾功率分配因子。仿真結果表明優(yōu)化算法準確，優(yōu)化后的協(xié)作干擾方案能顯著提高系統(tǒng)的保密傳輸速率。由于考慮了竊聽節(jié)點在兩跳傳輸中都能接收到信號的可能性，文中方案更貼近實際，并解決了一個復雜的優(yōu)化問題。
該文研究節(jié)點具有能量收集能力的兩跳中繼系統(tǒng)的物理層安全傳輸方案?？紤]竊聽節(jié)點與源和中繼節(jié)點間都有直接鏈路的情況。每個數(shù)據(jù)傳輸時隙分為能量收集和數(shù)據(jù)傳輸兩個階段，各節(jié)點用收集的能量發(fā)送信號。中繼采用放大轉發(fā)方式，目的節(jié)點發(fā)送人工噪聲進行協(xié)作干擾，保護在兩跳傳輸中傳輸?shù)谋Ｃ苄畔ⅰＲ宰畲蠡Ｃ芩俾蕿槟繕?，采用迭代算法?yōu)化能量吸收和數(shù)據(jù)傳輸兩階段的時間分配比例系數(shù)和協(xié)作干擾功率分配因子。仿真結果表明優(yōu)化算法準確，優(yōu)化后的協(xié)作干擾方案能顯著提高系統(tǒng)的保密傳輸速率。由于考慮了竊聽節(jié)點在兩跳傳輸中都能接收到信號的可能性，文中方案更貼近實際，并解決了一個復雜的優(yōu)化問題。
2016, 38(9): 2241-2247.
doi: 10.11999/JEIT160103
摘要:
干擾對齊在消除干擾方面具有獨到的優(yōu)勢，但需要完美的信道狀態(tài)信息(CSI)，這在實際中很難實現(xiàn)。該文分析了傳統(tǒng)穩(wěn)健干擾對齊方案的優(yōu)缺點，在此基礎上，提出一種最大化Rayleigh熵的穩(wěn)健干擾對齊算法，并對收斂性，自由度和頻譜效率等進行了分析。不同于MAX-SINR算法，該文通過最大化信號的Rayleigh熵，求得干擾抑制矩陣。在正向通信中，考慮到數(shù)據(jù)流之間的相關性取干擾抑制矩陣為原始干擾抑制矩陣的酉矩陣形式，并采用注水功率分配實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)流間的最佳功率分配；基于信道的互惠性，在反向通信時，做類似的處理。通過迭代計算，逐漸將干擾壓縮。最后，在完美CSI和誤差CSI時，仿真表明該算法顯著地提高了系統(tǒng)的性能。
干擾對齊在消除干擾方面具有獨到的優(yōu)勢，但需要完美的信道狀態(tài)信息(CSI)，這在實際中很難實現(xiàn)。該文分析了傳統(tǒng)穩(wěn)健干擾對齊方案的優(yōu)缺點，在此基礎上，提出一種最大化Rayleigh熵的穩(wěn)健干擾對齊算法，并對收斂性，自由度和頻譜效率等進行了分析。不同于MAX-SINR算法，該文通過最大化信號的Rayleigh熵，求得干擾抑制矩陣。在正向通信中，考慮到數(shù)據(jù)流之間的相關性取干擾抑制矩陣為原始干擾抑制矩陣的酉矩陣形式，并采用注水功率分配實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)流間的最佳功率分配；基于信道的互惠性，在反向通信時，做類似的處理。通過迭代計算，逐漸將干擾壓縮。最后，在完美CSI和誤差CSI時，仿真表明該算法顯著地提高了系統(tǒng)的性能。
2016, 38(9): 2248-2254.
doi: 10.11999/JEIT151286
摘要:
該文針對協(xié)作認知無線電網(wǎng)絡提出一種時域、頻域和空域資源聯(lián)合分配的傳輸機制，在改善授權用戶傳輸性能的前提下使參與協(xié)作的認知用戶獲得合理的回報。所提機制利用多天線認知節(jié)點擔任中繼，通過自適應的時隙劃分與帶寬分配，對兩跳傳輸鏈路中的瓶頸予以消除；并在包含多個協(xié)作認知用戶的場景中，給出一種考慮公平性的中繼選擇算法。該方法一方面采用比例公平的思想實現(xiàn)認知用戶間的公平性，另一方面通過調整獎勵因子，使中繼獲得合理的回報。仿真結果表明，所提算法能夠改善授權與認知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率，同時給予認知中繼公平的回報。
該文針對協(xié)作認知無線電網(wǎng)絡提出一種時域、頻域和空域資源聯(lián)合分配的傳輸機制，在改善授權用戶傳輸性能的前提下使參與協(xié)作的認知用戶獲得合理的回報。所提機制利用多天線認知節(jié)點擔任中繼，通過自適應的時隙劃分與帶寬分配，對兩跳傳輸鏈路中的瓶頸予以消除；并在包含多個協(xié)作認知用戶的場景中，給出一種考慮公平性的中繼選擇算法。該方法一方面采用比例公平的思想實現(xiàn)認知用戶間的公平性，另一方面通過調整獎勵因子，使中繼獲得合理的回報。仿真結果表明，所提算法能夠改善授權與認知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率，同時給予認知中繼公平的回報。
2016, 38(9): 2255-2260.
doi: 10.11999/JEIT151307
摘要:
針對稀疏信道的盲均衡問題，在精簡星座均衡算法框架下建立線性模型，利用稀疏信道下均衡器固有的稀疏特性，引入具有稀疏促進作用的先驗分布對均衡器系數(shù)加以約束，使用稀疏貝葉斯學習方法迭代求解均衡器系數(shù)得到最大后驗估計值。該文提出的均衡方法屬于數(shù)據(jù)復用類均衡算法的范疇，能夠適用于數(shù)據(jù)較短的應用場合。與隨機梯度方法相比，算法性能受均衡器長度影響較小，收斂后誤符號率性能更好，仿真實驗驗證了算法的有效性。
針對稀疏信道的盲均衡問題，在精簡星座均衡算法框架下建立線性模型，利用稀疏信道下均衡器固有的稀疏特性，引入具有稀疏促進作用的先驗分布對均衡器系數(shù)加以約束，使用稀疏貝葉斯學習方法迭代求解均衡器系數(shù)得到最大后驗估計值。該文提出的均衡方法屬于數(shù)據(jù)復用類均衡算法的范疇，能夠適用于數(shù)據(jù)較短的應用場合。與隨機梯度方法相比，算法性能受均衡器長度影響較小，收斂后誤符號率性能更好，仿真實驗驗證了算法的有效性。
2016, 38(9): 2261-2267.
doi: 10.11999/JEIT151384
摘要:
彈性光網(wǎng)絡中多路徑的保護方案相比單路徑有效地降低網(wǎng)絡帶寬阻塞率，但會導致接收端多徑時延差的問題，且業(yè)務的多路徑分割傳輸策略使用了光網(wǎng)絡較多的頻譜資源。該文基于多目標遺傳算法提出了遺傳多路徑保護算法(Genetic Multipath Protection Algorithm, GMPA)，解決多路徑時延差和節(jié)約頻譜資源問題。在GMPA算法中，根據(jù)業(yè)務請求在光網(wǎng)絡中建立K條邊分離最短路徑和帶寬分配方案作為GMPA算法的初始種群，設計了一種聯(lián)合考慮傳輸時延差和帶寬資源分配的向量函數(shù)優(yōu)化種群分類和擁擠距離排序。為提高算法的搜索能力和收斂速度，算法在交叉操作中設計個體自交叉方式，在變異過程中設置了帶寬基因位變異范圍及約束條件。仿真結果表明，相比多路徑保護(Multiple Path Protection, MPP)算法和工作路徑首次分配保護路徑最后分配(Primary First-fit Modified Backup Last-fit, PF-MBL) 算法，GMPA算法獲得最低的帶寬阻塞率，其頻譜資源利用率接近最優(yōu)的MPP算法，路徑間距離差異性能優(yōu)于MPP算法。
彈性光網(wǎng)絡中多路徑的保護方案相比單路徑有效地降低網(wǎng)絡帶寬阻塞率，但會導致接收端多徑時延差的問題，且業(yè)務的多路徑分割傳輸策略使用了光網(wǎng)絡較多的頻譜資源。該文基于多目標遺傳算法提出了遺傳多路徑保護算法(Genetic Multipath Protection Algorithm, GMPA)，解決多路徑時延差和節(jié)約頻譜資源問題。在GMPA算法中，根據(jù)業(yè)務請求在光網(wǎng)絡中建立K條邊分離最短路徑和帶寬分配方案作為GMPA算法的初始種群，設計了一種聯(lián)合考慮傳輸時延差和帶寬資源分配的向量函數(shù)優(yōu)化種群分類和擁擠距離排序。為提高算法的搜索能力和收斂速度，算法在交叉操作中設計個體自交叉方式，在變異過程中設置了帶寬基因位變異范圍及約束條件。仿真結果表明，相比多路徑保護(Multiple Path Protection, MPP)算法和工作路徑首次分配保護路徑最后分配(Primary First-fit Modified Backup Last-fit, PF-MBL) 算法，GMPA算法獲得最低的帶寬阻塞率，其頻譜資源利用率接近最優(yōu)的MPP算法，路徑間距離差異性能優(yōu)于MPP算法。
2016, 38(9): 2268-2273.
doi: 10.11999/JEIT151362
摘要:
低密度奇偶校驗碼(LDPC)是最接近香農極限的糾錯碼之一，具有優(yōu)良的性能且被國際通信標準組織廣泛采納為信道編碼。CCSDS推薦使用LDPC碼作為近地空間和深空探測的信道編碼方案。該文提出高效，低功耗，低并行度的LDPC編碼方法。該方法通過采用插0和改變循環(huán)矩陣的結構實現(xiàn)了對CCSDS標準中推薦的校驗矩陣子矩陣大小為奇數(shù)的LDPC碼的低并行度編碼。通過分析編碼過程，提出了只對輸入信息中的1有效信息位進行編碼的方案，減少了編碼中移位寄存器的移位次數(shù)，大幅度地降低了編碼器功耗。文中采用FPGA實現(xiàn)了(8176, 7154)78LDPC碼的編碼器，結果顯示在硬件開銷略有增加的情況下，編碼功耗大幅度下降，編碼速率接近低并行度編碼方案。
低密度奇偶校驗碼(LDPC)是最接近香農極限的糾錯碼之一，具有優(yōu)良的性能且被國際通信標準組織廣泛采納為信道編碼。CCSDS推薦使用LDPC碼作為近地空間和深空探測的信道編碼方案。該文提出高效，低功耗，低并行度的LDPC編碼方法。該方法通過采用插0和改變循環(huán)矩陣的結構實現(xiàn)了對CCSDS標準中推薦的校驗矩陣子矩陣大小為奇數(shù)的LDPC碼的低并行度編碼。通過分析編碼過程，提出了只對輸入信息中的1有效信息位進行編碼的方案，減少了編碼中移位寄存器的移位次數(shù)，大幅度地降低了編碼器功耗。文中采用FPGA實現(xiàn)了(8176, 7154)78LDPC碼的編碼器，結果顯示在硬件開銷略有增加的情況下，編碼功耗大幅度下降，編碼速率接近低并行度編碼方案。
2016, 38(9): 2274-2279.
doi: 10.11999/JEIT151376
摘要:
該文基于由QC-LDPC碼獲得時不變LDPC卷積碼的環(huán)同構方法，設計了用有限域上元素直接獲得時不變LDPC卷積碼多項式矩陣的新算法。以MDS卷積碼為例，給出了一個具體的構造過程。所提構造算法可確保所獲得的時不變LDPC卷積碼具有快速編碼特性、最大可達編碼記憶以及設計碼率?；诨瑒哟翱诘腂P譯碼算法在AWGN信道上的仿真結果表明，該碼具有較低的誤碼平臺和較好的糾錯性能。
該文基于由QC-LDPC碼獲得時不變LDPC卷積碼的環(huán)同構方法，設計了用有限域上元素直接獲得時不變LDPC卷積碼多項式矩陣的新算法。以MDS卷積碼為例，給出了一個具體的構造過程。所提構造算法可確保所獲得的時不變LDPC卷積碼具有快速編碼特性、最大可達編碼記憶以及設計碼率?；诨瑒哟翱诘腂P譯碼算法在AWGN信道上的仿真結果表明，該碼具有較低的誤碼平臺和較好的糾錯性能。
2016, 38(9): 2280-2286.
doi: 10.11999/JEIT151164
摘要:
現(xiàn)有可證明安全的前攝性門限RSA簽名方案均依賴加性秘密共享方法，存在每次簽名均需所有成員參與，易暴露合法成員的秘密份額，簽名效率低下等問題。該文以Shoup門限簽名為基礎，提出一種基于多項式秘密共享的前攝性門限RSA簽名方案，并對其進行了詳細的安全性及實用性分析。結果表明，在靜態(tài)移動攻擊者模型中，該方案是不可偽造的和穩(wěn)健的，與現(xiàn)有同類方案相比，其通信開銷更低，運算效率更高。
現(xiàn)有可證明安全的前攝性門限RSA簽名方案均依賴加性秘密共享方法，存在每次簽名均需所有成員參與，易暴露合法成員的秘密份額，簽名效率低下等問題。該文以Shoup門限簽名為基礎，提出一種基于多項式秘密共享的前攝性門限RSA簽名方案，并對其進行了詳細的安全性及實用性分析。結果表明，在靜態(tài)移動攻擊者模型中，該方案是不可偽造的和穩(wěn)健的，與現(xiàn)有同類方案相比，其通信開銷更低，運算效率更高。
2016, 38(9): 2287-2293.
doi: 10.11999/JEIT151044
摘要:
現(xiàn)有的格基簽密方案以陷門產(chǎn)生算法和原像取樣算法為核心算法。但是，這兩個算法都很復雜，運算量較大，嚴重影響格基簽密方案的執(zhí)行效率。該文運用無陷門格基簽名及其簽名壓縮技術，結合基于帶錯學習問題的加密方法，提出第1個基于格理論的、不依賴于陷門產(chǎn)生算法和原像取樣算法的簽密方案。方案在帶錯學習問題和小整數(shù)解問題的難解性假設下，達到了自適應選擇密文攻擊下的不可區(qū)分性和自適應選擇消息攻擊下的不可偽造性。方案在抗量子攻擊的同時，保證了較高的執(zhí)行效率。
現(xiàn)有的格基簽密方案以陷門產(chǎn)生算法和原像取樣算法為核心算法。但是，這兩個算法都很復雜，運算量較大，嚴重影響格基簽密方案的執(zhí)行效率。該文運用無陷門格基簽名及其簽名壓縮技術，結合基于帶錯學習問題的加密方法，提出第1個基于格理論的、不依賴于陷門產(chǎn)生算法和原像取樣算法的簽密方案。方案在帶錯學習問題和小整數(shù)解問題的難解性假設下，達到了自適應選擇密文攻擊下的不可區(qū)分性和自適應選擇消息攻擊下的不可偽造性。方案在抗量子攻擊的同時，保證了較高的執(zhí)行效率。
2016, 38(9): 2294-2300.
doi: 10.11999/JEIT160102
摘要:
空間位置關系的保密計算屬于安全多方計算中的空間幾何問題，在機密性商業(yè)、工程、軍事等方面有著重要的意義。但目前大多數(shù)空間幾何問題都是通過轉化為距離或數(shù)據(jù)對應成比例問題解決的，計算復雜性較高，且應用范圍受限。針對這些問題，該文先將原問題轉化為一個點是否為一個方程的解，再利用一種簡單高效的內積協(xié)議一次性解決了點線、點面、線線、線面、面面等5種空間位置關系的判定，并利用模擬范例證明了協(xié)議的安全性。該文方案并沒有利用任何公鑰加密算法，取得了信息論安全；并且由于問題的巧妙轉化，使得能解決的問題更加廣泛，效率也相對較高。
空間位置關系的保密計算屬于安全多方計算中的空間幾何問題，在機密性商業(yè)、工程、軍事等方面有著重要的意義。但目前大多數(shù)空間幾何問題都是通過轉化為距離或數(shù)據(jù)對應成比例問題解決的，計算復雜性較高，且應用范圍受限。針對這些問題，該文先將原問題轉化為一個點是否為一個方程的解，再利用一種簡單高效的內積協(xié)議一次性解決了點線、點面、線線、線面、面面等5種空間位置關系的判定，并利用模擬范例證明了協(xié)議的安全性。該文方案并沒有利用任何公鑰加密算法，取得了信息論安全；并且由于問題的巧妙轉化，使得能解決的問題更加廣泛，效率也相對較高。
2016, 38(9): 2301-2308.
doi: 10.11999/JEIT151359
摘要:
針對復雜運動目標的逆合成孔徑雷達(ISAR)成像中多普勒擴散導致的成像質量下降，該文在建立方位回波信號為立方相位信號(CPS)的基礎上，提出一種基于改進型快速雙線性參數(shù)估計的復雜運動目標ISAR成像方法。該方法通過利用雙線性立方相位函數(shù)，非均勻快速傅里葉變換(NUFFT)，基于Chirp-z的尺度變換以及快速傅里葉變換(FFT)等操作，能夠快速實現(xiàn)CPS參數(shù)估計和復雜運動目標的ISAR成像。由于實現(xiàn)過程均采用NUFFT和FFT快速實現(xiàn)，該方法計算量小，并且雙線性操作可以保證其具有較好的抗噪聲性能和交叉項抑制性能。理論分析和仿真結果驗證了該ISAR成像算法的有效性。
針對復雜運動目標的逆合成孔徑雷達(ISAR)成像中多普勒擴散導致的成像質量下降，該文在建立方位回波信號為立方相位信號(CPS)的基礎上，提出一種基于改進型快速雙線性參數(shù)估計的復雜運動目標ISAR成像方法。該方法通過利用雙線性立方相位函數(shù)，非均勻快速傅里葉變換(NUFFT)，基于Chirp-z的尺度變換以及快速傅里葉變換(FFT)等操作，能夠快速實現(xiàn)CPS參數(shù)估計和復雜運動目標的ISAR成像。由于實現(xiàn)過程均采用NUFFT和FFT快速實現(xiàn)，該方法計算量小，并且雙線性操作可以保證其具有較好的抗噪聲性能和交叉項抑制性能。理論分析和仿真結果驗證了該ISAR成像算法的有效性。
2016, 38(9): 2309-2313.
doi: 10.11999/JEIT151319
摘要:
為解決米波雷達低空測角的精度問題，該文結合稀疏貝葉斯學習方法，利用相鄰快拍稀疏結構的相似性，將多觀測向量模型通過Kronecker積變換成具有塊稀疏結構的單觀測向量模型，同時通過矩陣變換解決了貝葉斯準則在復數(shù)域中的應用。通過稀疏貝葉斯學習的不斷迭代恢復出了信號在感知矩陣下的系數(shù)矩陣，得到了信源的角度信息。仿真實驗驗證了該方法相對于廣義MUSIC和M-FOCUSS算法具有更好的性能，并且分析了快拍數(shù)變化對算法性能的影響。
為解決米波雷達低空測角的精度問題，該文結合稀疏貝葉斯學習方法，利用相鄰快拍稀疏結構的相似性，將多觀測向量模型通過Kronecker積變換成具有塊稀疏結構的單觀測向量模型，同時通過矩陣變換解決了貝葉斯準則在復數(shù)域中的應用。通過稀疏貝葉斯學習的不斷迭代恢復出了信號在感知矩陣下的系數(shù)矩陣，得到了信源的角度信息。仿真實驗驗證了該方法相對于廣義MUSIC和M-FOCUSS算法具有更好的性能，并且分析了快拍數(shù)變化對算法性能的影響。
2016, 38(9): 2314-2320.
doi: 10.11999/JEIT151280
摘要:
在建立雷達高度計海況偏差(Sea State Bias, SSB)非參數(shù)模型時，通常會用到局部線性回歸(Local Linear Regression, LLR)估計器，而傳統(tǒng)的局部線性回歸估計器涉及高維矩陣運算，當建模的數(shù)據(jù)量較大時，估計海況偏差需要大量的時間，從而使得非參數(shù)估計方法很難用于高維海況偏差模型。該文提出一種改進的局部線性回歸(Improved Local Linear Regression, ILLR)估計器，可以避免傳統(tǒng)的LLR估計器所需的高維矩陣運算，在不影響海況偏差估計結果的條件下，將局部線性回歸估計器獲取加權函數(shù)的時間復雜度由O(N2)降低為O(N)，從而大幅地降低估計海況偏差所需的時間，為實現(xiàn)高維非參數(shù)海況偏差模型的實時運算奠定了基礎。
在建立雷達高度計海況偏差(Sea State Bias, SSB)非參數(shù)模型時，通常會用到局部線性回歸(Local Linear Regression, LLR)估計器，而傳統(tǒng)的局部線性回歸估計器涉及高維矩陣運算，當建模的數(shù)據(jù)量較大時，估計海況偏差需要大量的時間，從而使得非參數(shù)估計方法很難用于高維海況偏差模型。該文提出一種改進的局部線性回歸(Improved Local Linear Regression, ILLR)估計器，可以避免傳統(tǒng)的LLR估計器所需的高維矩陣運算，在不影響海況偏差估計結果的條件下，將局部線性回歸估計器獲取加權函數(shù)的時間復雜度由O(N2)降低為O(N)，從而大幅地降低估計海況偏差所需的時間，為實現(xiàn)高維非參數(shù)海況偏差模型的實時運算奠定了基礎。
2016, 38(9): 2321-2329.
doi: 10.11999/JEIT151340
摘要:
高光譜影像具有波段數(shù)多、冗余度高的特點，因此特征提取成為高光譜影像分類的研究熱點。針對此問題，該文提出一種半監(jiān)督稀疏流形嵌入(S3ME)算法，該方法充分利用標記樣本和無標記樣本，通過基于切空間的稀疏流形表示來自適應地揭示數(shù)據(jù)間的相似關系，并利用稀疏系數(shù)構建一個半監(jiān)督相似圖。在此基礎上，增加了圖中同類標記樣本的權重，然后在低維空間中保持圖的相似關系不變，并最小化加權距離和，獲得投影矩陣實現(xiàn)特征提取。S3ME方法不僅能揭示數(shù)據(jù)間的稀疏流形結構，而且增強了同類數(shù)據(jù)的集聚性，能有效提取出鑒別特征，改善分類效果。該文提出的S3ME方法在PaviaU和Salinas高光譜數(shù)據(jù)集上的總體分類精度分別達到84.62%和88.07%，相比傳統(tǒng)特征提取方法提升了地物分類性能。
高光譜影像具有波段數(shù)多、冗余度高的特點，因此特征提取成為高光譜影像分類的研究熱點。針對此問題，該文提出一種半監(jiān)督稀疏流形嵌入(S3ME)算法，該方法充分利用標記樣本和無標記樣本，通過基于切空間的稀疏流形表示來自適應地揭示數(shù)據(jù)間的相似關系，并利用稀疏系數(shù)構建一個半監(jiān)督相似圖。在此基礎上，增加了圖中同類標記樣本的權重，然后在低維空間中保持圖的相似關系不變，并最小化加權距離和，獲得投影矩陣實現(xiàn)特征提取。S3ME方法不僅能揭示數(shù)據(jù)間的稀疏流形結構，而且增強了同類數(shù)據(jù)的集聚性，能有效提取出鑒別特征，改善分類效果。該文提出的S3ME方法在PaviaU和Salinas高光譜數(shù)據(jù)集上的總體分類精度分別達到84.62%和88.07%，相比傳統(tǒng)特征提取方法提升了地物分類性能。
2016, 38(9): 2330-2335.
doi: 10.11999/JEIT151315
摘要:
傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡多目標定位方法面臨的關鍵問題是目標與回波數(shù)據(jù)之間的匹配關聯(lián)，而關聯(lián)過程會帶來計算量大以及如何準確提取目標的問題?；诔上癫呗缘碾p站距離空間投影(Bistatic Range Space Projection, BRSP)定位算法可以有效地解決回波關聯(lián)問題。然而，此算法存在運算量較大以及定位精度較低的問題。該文提出一種快速高精度雙站距離空間投影(Fast and High Precision Bistatic Range Space Projection)定位算法。該算法采用分層處理，先進行低分辨率投影定位，獲取目標可能區(qū)域，再以更高分辨率在目標可能區(qū)域進行投影定位，以減少運算量。然后將定位結果作為初值，構建方程組，利用泰勒級數(shù)展開算法進一步提高定位精度。仿真驗證了該文所提方法的有效性，與BRSP定位算法相比，該文算法在提高定位精度的同時，相同硬件條件下定位速度可以提高數(shù)十倍，有利于實現(xiàn)實時定位。
傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡多目標定位方法面臨的關鍵問題是目標與回波數(shù)據(jù)之間的匹配關聯(lián)，而關聯(lián)過程會帶來計算量大以及如何準確提取目標的問題?；诔上癫呗缘碾p站距離空間投影(Bistatic Range Space Projection, BRSP)定位算法可以有效地解決回波關聯(lián)問題。然而，此算法存在運算量較大以及定位精度較低的問題。該文提出一種快速高精度雙站距離空間投影(Fast and High Precision Bistatic Range Space Projection)定位算法。該算法采用分層處理，先進行低分辨率投影定位，獲取目標可能區(qū)域，再以更高分辨率在目標可能區(qū)域進行投影定位，以減少運算量。然后將定位結果作為初值，構建方程組，利用泰勒級數(shù)展開算法進一步提高定位精度。仿真驗證了該文所提方法的有效性，與BRSP定位算法相比，該文算法在提高定位精度的同時，相同硬件條件下定位速度可以提高數(shù)十倍，有利于實現(xiàn)實時定位。
2016, 38(9): 2336-2343.
doi: 10.11999/JEIT151379
摘要:
針對利用單站外輻射源的目標無源定位問題，該文提出一種聯(lián)合到達角度和時差信息的正則化約束總體最小二乘(RCTLS)定位算法。首先，將非線性的到達角度和時差的觀測方程進行線性化處理，分析了方程系數(shù)矩陣可能出現(xiàn)的病態(tài)問題，將定位問題建立為RCTLS模型，并采用牛頓迭代方法對模型求解，從而得到目標位置估計。最后，推導了算法的理論誤差，并按照均方誤差最小的原則推導了正則化參數(shù)的最優(yōu)值。仿真結果表明，算法的定位精度和魯棒性均優(yōu)于約束總體最小二乘(CTLS)算法。此外，對系統(tǒng)幾何精度因子圖的分析表明，目標及外輻射源的位置對定位精度也有影響。
針對利用單站外輻射源的目標無源定位問題，該文提出一種聯(lián)合到達角度和時差信息的正則化約束總體最小二乘(RCTLS)定位算法。首先，將非線性的到達角度和時差的觀測方程進行線性化處理，分析了方程系數(shù)矩陣可能出現(xiàn)的病態(tài)問題，將定位問題建立為RCTLS模型，并采用牛頓迭代方法對模型求解，從而得到目標位置估計。最后，推導了算法的理論誤差，并按照均方誤差最小的原則推導了正則化參數(shù)的最優(yōu)值。仿真結果表明，算法的定位精度和魯棒性均優(yōu)于約束總體最小二乘(CTLS)算法。此外，對系統(tǒng)幾何精度因子圖的分析表明，目標及外輻射源的位置對定位精度也有影響。
2016, 38(9): 2344-2350.
doi: 10.11999/JEIT151295
摘要:
壓制式干擾和欺騙式干擾是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)面臨的最常見且最有威脅的蓄意干擾。該文提出了一種基于多天線的GNSS壓制式干擾與欺騙式干擾聯(lián)合抑制方法。首先利用子空間技術抑制壓制式干擾，然后利用解擴重擴算法獲得的加權矢量進行欺騙式干擾識別和抑制，最后對無干擾信號再次使用解擴重擴技術形成指向真實衛(wèi)星的高增益多波束。仿真結果證明所提方法可以同時抑制壓制式干擾和欺騙式干擾。該方法不需要衛(wèi)星來向信息，對陣列流形誤差穩(wěn)健。
壓制式干擾和欺騙式干擾是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)面臨的最常見且最有威脅的蓄意干擾。該文提出了一種基于多天線的GNSS壓制式干擾與欺騙式干擾聯(lián)合抑制方法。首先利用子空間技術抑制壓制式干擾，然后利用解擴重擴算法獲得的加權矢量進行欺騙式干擾識別和抑制，最后對無干擾信號再次使用解擴重擴技術形成指向真實衛(wèi)星的高增益多波束。仿真結果證明所提方法可以同時抑制壓制式干擾和欺騙式干擾。該方法不需要衛(wèi)星來向信息，對陣列流形誤差穩(wěn)健。
2016, 38(9): 2351-2357.
doi: 10.11999/JEIT151377
摘要:
針對雷達-通信綜合射頻系統(tǒng)，該文提出一種基于環(huán)境信息的共享孔徑動態(tài)分配方法。首先基于帕累托最優(yōu)理論將共享孔徑分配建模為一個多目標優(yōu)化問題，并建立了雷達陣列方向圖的峰值旁瓣電平和多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)的信道容量兩個優(yōu)化目標函數(shù)。然后提出一種基于整數(shù)編碼的改進粒子群算法，通過迭代求解以帕累托前沿的形式給出一組最優(yōu)解，供決策者根據(jù)任務需求從中選出一個最滿意的解。最后，仿真結果驗證了該方法的有效性。
針對雷達-通信綜合射頻系統(tǒng)，該文提出一種基于環(huán)境信息的共享孔徑動態(tài)分配方法。首先基于帕累托最優(yōu)理論將共享孔徑分配建模為一個多目標優(yōu)化問題，并建立了雷達陣列方向圖的峰值旁瓣電平和多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)的信道容量兩個優(yōu)化目標函數(shù)。然后提出一種基于整數(shù)編碼的改進粒子群算法，通過迭代求解以帕累托前沿的形式給出一組最優(yōu)解，供決策者根據(jù)任務需求從中選出一個最滿意的解。最后，仿真結果驗證了該方法的有效性。
2016, 38(9): 2358-2364.
doi: 10.11999/JEIT151365
摘要:
肺實質分割結果的準確性在實際臨床應用中具有非常重要的意義。但由于肺結節(jié)的位置、大小、形狀的不規(guī)則性，肺部病變的多樣性，以及人體胸部解剖結構的明顯差異等，使得各類分割方法不能統(tǒng)一地適用于所有的胸部CT圖像，所以對于肺實質分割方法的研究仍具有很大的挑戰(zhàn)。該文在國內外研究分析的基礎上提出基于3D區(qū)域增長法與改進的凸包修補算法相結合的全肺分割方法。在3D區(qū)域增長法的粗分割基礎上，對分割的結果進行細化工作，通過連通域標記法與形態(tài)學方法相結合去除氣管和主支氣管，得到初步的肺實質掩膜，最后應用改進的凸包算法對肺部輪廓進行修補平滑，最終得到肺部分割結果。通過與凸包算法及滾球法相對比，證明該文所提改進的凸包算法能夠有效地修補肺部輪廓凹陷，修補后的結果分割精度較高。
肺實質分割結果的準確性在實際臨床應用中具有非常重要的意義。但由于肺結節(jié)的位置、大小、形狀的不規(guī)則性，肺部病變的多樣性，以及人體胸部解剖結構的明顯差異等，使得各類分割方法不能統(tǒng)一地適用于所有的胸部CT圖像，所以對于肺實質分割方法的研究仍具有很大的挑戰(zhàn)。該文在國內外研究分析的基礎上提出基于3D區(qū)域增長法與改進的凸包修補算法相結合的全肺分割方法。在3D區(qū)域增長法的粗分割基礎上，對分割的結果進行細化工作，通過連通域標記法與形態(tài)學方法相結合去除氣管和主支氣管，得到初步的肺實質掩膜，最后應用改進的凸包算法對肺部輪廓進行修補平滑，最終得到肺部分割結果。通過與凸包算法及滾球法相對比，證明該文所提改進的凸包算法能夠有效地修補肺部輪廓凹陷，修補后的結果分割精度較高。
2016, 38(9): 2365-2370.
doi: 10.11999/JEIT151430
摘要:
傳統(tǒng)的圖像質量評價方法通常提取低維度特征即圖像的片面信息用來分析圖像質量。高維度特征盡管不易分析但保留了更多信息，更利于全面分析圖像質量。針對這種現(xiàn)狀，該文提出一種優(yōu)化數(shù)據(jù)采樣后基于高維度特征分析的圖像質量評價方法。首先對圖像數(shù)據(jù)采樣分別利用塊匹配進行篩選，用主成分分析進行降維，其次利用核獨立分量分析從圖像數(shù)據(jù)采樣中提取高維度特征，最后基于自然圖像統(tǒng)計特性對特征進行綜合得出圖像質量。實驗結果表明所提方法與人的主觀評價較為一致。
傳統(tǒng)的圖像質量評價方法通常提取低維度特征即圖像的片面信息用來分析圖像質量。高維度特征盡管不易分析但保留了更多信息，更利于全面分析圖像質量。針對這種現(xiàn)狀，該文提出一種優(yōu)化數(shù)據(jù)采樣后基于高維度特征分析的圖像質量評價方法。首先對圖像數(shù)據(jù)采樣分別利用塊匹配進行篩選，用主成分分析進行降維，其次利用核獨立分量分析從圖像數(shù)據(jù)采樣中提取高維度特征，最后基于自然圖像統(tǒng)計特性對特征進行綜合得出圖像質量。實驗結果表明所提方法與人的主觀評價較為一致。
2016, 38(9): 2371-2376.
doi: 10.11999/JEIT151398
摘要:
針對小樣本甚至單個樣本情況下，大部分高分辨DOA估計方法性能下降，不能對臨近目標有效分辨的問題，該文提出一種新的基于直接數(shù)據(jù)域技術的DOA估計方法，基本思想是通過損失空域自由度達到提高時域樣本的目的。首先對陣列進行劃分，構造多個新的低維數(shù)據(jù)矢量，其次利用遠場窄帶信號的復包絡在陣列的各個陣元上的幅度響應是近似相同的特點，構造新的約束。實驗表明，在小樣本下該文算法DOA的分辨能力優(yōu)于傳統(tǒng)直接數(shù)據(jù)域方法。
針對小樣本甚至單個樣本情況下，大部分高分辨DOA估計方法性能下降，不能對臨近目標有效分辨的問題，該文提出一種新的基于直接數(shù)據(jù)域技術的DOA估計方法，基本思想是通過損失空域自由度達到提高時域樣本的目的。首先對陣列進行劃分，構造多個新的低維數(shù)據(jù)矢量，其次利用遠場窄帶信號的復包絡在陣列的各個陣元上的幅度響應是近似相同的特點，構造新的約束。實驗表明，在小樣本下該文算法DOA的分辨能力優(yōu)于傳統(tǒng)直接數(shù)據(jù)域方法。
2016, 38(9): 2377-2384.
doi: 10.11999/JEIT151170
摘要:
為了實時提取跳頻(FH)通信參數(shù)以及為通信對抗提供所需信息，該文提出一種多跳頻信號頻率跟蹤和2維波達方向實時估計算法。首先建立跳頻信號的L型陣列接收數(shù)據(jù)模型，并推導證明了自回歸滑動平均(ARMA)模型對L型陣列數(shù)據(jù)的適用性，然后采用粒子濾波思想對陣列流型矩陣和頻率進行實時估計。再基于頻率估計值建立ARMA模型實時檢測跳時刻，并結合流型矩陣估計值實現(xiàn)無需參數(shù)配對的2維波達方向(2D-DOA)準確估計。新方法通過設計合理的粒子生成以及權值更新方式，使流型矩陣與頻率估計值能夠迅速收斂至穩(wěn)定狀態(tài)。最后蒙特卡羅仿真結果驗證了該算法的有效性。
為了實時提取跳頻(FH)通信參數(shù)以及為通信對抗提供所需信息，該文提出一種多跳頻信號頻率跟蹤和2維波達方向實時估計算法。首先建立跳頻信號的L型陣列接收數(shù)據(jù)模型，并推導證明了自回歸滑動平均(ARMA)模型對L型陣列數(shù)據(jù)的適用性，然后采用粒子濾波思想對陣列流型矩陣和頻率進行實時估計。再基于頻率估計值建立ARMA模型實時檢測跳時刻，并結合流型矩陣估計值實現(xiàn)無需參數(shù)配對的2維波達方向(2D-DOA)準確估計。新方法通過設計合理的粒子生成以及權值更新方式，使流型矩陣與頻率估計值能夠迅速收斂至穩(wěn)定狀態(tài)。最后蒙特卡羅仿真結果驗證了該算法的有效性。
2016, 38(9): 2385-2390.
doi: 10.11999/JEIT151260
摘要:
該文提出了一種設計近似完全重構非均勻余弦調制濾波器組的新算法。針對現(xiàn)有合并算法中非均勻濾波器組性能無法直接控制優(yōu)化的缺點，新算法把非均勻濾波器組的設計問題歸納為一個關于原型濾波器的無約束優(yōu)化問題，其中目標函數(shù)是非均勻濾波器組傳遞失真與原型濾波器阻帶能量的加權和，最后利用線性迭代算法求解該優(yōu)化問題。理論分析和數(shù)值實驗表明，新算法獲得的非均勻余弦調制濾波器組比現(xiàn)有算法設計的濾波器組整體性能更佳。
該文提出了一種設計近似完全重構非均勻余弦調制濾波器組的新算法。針對現(xiàn)有合并算法中非均勻濾波器組性能無法直接控制優(yōu)化的缺點，新算法把非均勻濾波器組的設計問題歸納為一個關于原型濾波器的無約束優(yōu)化問題，其中目標函數(shù)是非均勻濾波器組傳遞失真與原型濾波器阻帶能量的加權和，最后利用線性迭代算法求解該優(yōu)化問題。理論分析和數(shù)值實驗表明，新算法獲得的非均勻余弦調制濾波器組比現(xiàn)有算法設計的濾波器組整體性能更佳。
2016, 38(9): 2391-2396.
doi: 10.11999/JEIT151312
摘要:
通過對信號傳輸理論、競爭-冒險現(xiàn)象和物理不可克隆函數(shù)(Physical Unclonable Functions, PUF)電路的研究，論文提出一種基于信號傳輸理論的毛刺型物理不可克隆函數(shù)電路(Glitch Physical Unclonable Functions, Glitch-PUF)方案。該方案首先根據(jù)偏差延遲的信號傳輸理論，推導出獲得穩(wěn)定毛刺輸出的電路級數(shù)；然后利用組合邏輯電路的傳播延遲差異，結合1冒險和0冒險獲得具有毛刺的輸出波形，采用多級延遲采樣電路實現(xiàn)Glitch-PUF的輸出響應。由于毛刺信號具有顯著的非線性特性，將其應用于PUF電路可有效解決模型攻擊等問題。最后在TSMC 65 nm CMOS工藝下，設計128位數(shù)據(jù)輸出的電路結構，Monte Carlo仿真結果表明Glitch-PUF電路具有良好的隨機性。
通過對信號傳輸理論、競爭-冒險現(xiàn)象和物理不可克隆函數(shù)(Physical Unclonable Functions, PUF)電路的研究，論文提出一種基于信號傳輸理論的毛刺型物理不可克隆函數(shù)電路(Glitch Physical Unclonable Functions, Glitch-PUF)方案。該方案首先根據(jù)偏差延遲的信號傳輸理論，推導出獲得穩(wěn)定毛刺輸出的電路級數(shù)；然后利用組合邏輯電路的傳播延遲差異，結合1冒險和0冒險獲得具有毛刺的輸出波形，采用多級延遲采樣電路實現(xiàn)Glitch-PUF的輸出響應。由于毛刺信號具有顯著的非線性特性，將其應用于PUF電路可有效解決模型攻擊等問題。最后在TSMC 65 nm CMOS工藝下，設計128位數(shù)據(jù)輸出的電路結構，Monte Carlo仿真結果表明Glitch-PUF電路具有良好的隨機性。
2016, 38(9): 2397-2404.
doi: 10.11999/JEIT151216
摘要:
該文針對與非錐(And-Inverter Cone, AIC)簇架構FPGA開發(fā)中面臨的簇面積過大的瓶頸問題，對其輸入交叉互連設計優(yōu)化進行深入研究，在評估優(yōu)化流程層次，首次創(chuàng)新性提出裝箱網(wǎng)表統(tǒng)計法對AIC簇輸入和反饋資源占用情況進行分析，為設計及優(yōu)化輸入交叉互連結構提供指導，以更高效獲得優(yōu)化參數(shù)。針對輸入交叉互連模塊，在結構參數(shù)設計層次，首次提出將引腳輸入和輸出反饋連通率分離獨立設計，并通過大量的實驗，獲得最優(yōu)連通率組合。在電路設計實現(xiàn)層次，有效利用AIC邏輯錐電路結構特點，首次提出雙相輸入交叉互連電路實現(xiàn)。相比于已有的AIC簇結構，通過該文提出的優(yōu)化方法所得的AIC簇自身面積可減小21.21%，面積制約問題得到了明顯改善。在實現(xiàn)MCNC和VTR應用電路集時，與Altera公司的FPGA芯片Stratix IV(LUT架構)相比，采用具有該文所設計的輸入交叉互連結構的AIC架構FPGA，平均面積延時積分別減小了48.49%和26.29%；與傳統(tǒng)AIC架構FPGA相比，平均面積延時積分別減小了28.48%和28.37%，顯著提升了FPGA的整體性能。
該文針對與非錐(And-Inverter Cone, AIC)簇架構FPGA開發(fā)中面臨的簇面積過大的瓶頸問題，對其輸入交叉互連設計優(yōu)化進行深入研究，在評估優(yōu)化流程層次，首次創(chuàng)新性提出裝箱網(wǎng)表統(tǒng)計法對AIC簇輸入和反饋資源占用情況進行分析，為設計及優(yōu)化輸入交叉互連結構提供指導，以更高效獲得優(yōu)化參數(shù)。針對輸入交叉互連模塊，在結構參數(shù)設計層次，首次提出將引腳輸入和輸出反饋連通率分離獨立設計，并通過大量的實驗，獲得最優(yōu)連通率組合。在電路設計實現(xiàn)層次，有效利用AIC邏輯錐電路結構特點，首次提出雙相輸入交叉互連電路實現(xiàn)。相比于已有的AIC簇結構，通過該文提出的優(yōu)化方法所得的AIC簇自身面積可減小21.21%，面積制約問題得到了明顯改善。在實現(xiàn)MCNC和VTR應用電路集時，與Altera公司的FPGA芯片Stratix IV(LUT架構)相比，采用具有該文所設計的輸入交叉互連結構的AIC架構FPGA，平均面積延時積分別減小了48.49%和26.29%；與傳統(tǒng)AIC架構FPGA相比，平均面積延時積分別減小了28.48%和28.37%，顯著提升了FPGA的整體性能。
2016, 38(9): 2405-2409.
doi: 10.11999/JEIT151308
摘要:
傳統(tǒng)的一階馬爾科夫隨機場在圖像先驗信息表達和對圖像整體的約束上能力有限，同時基于暗通道的去霧算法在天空等大片白色區(qū)域處理效果存在偏差。針對以上問題，該文提出一種基于Color Lines 的高階馬爾科夫隨機場去霧算法。該算法通過引入對顏色失真具有很好魯棒性的Color Lines 先驗條件，初步校正經(jīng)暗通道獲取的傳輸圖，然后利用高階馬爾科夫隨機場優(yōu)化傳輸圖，獲取最終精確的去霧圖像。實驗結果表明，與已有算法相比，該文算法具有更強的普適性，可提高霧天圖像的清晰度，同時恢復更多的圖像細節(jié)等信息。
傳統(tǒng)的一階馬爾科夫隨機場在圖像先驗信息表達和對圖像整體的約束上能力有限，同時基于暗通道的去霧算法在天空等大片白色區(qū)域處理效果存在偏差。針對以上問題，該文提出一種基于Color Lines 的高階馬爾科夫隨機場去霧算法。該算法通過引入對顏色失真具有很好魯棒性的Color Lines 先驗條件，初步校正經(jīng)暗通道獲取的傳輸圖，然后利用高階馬爾科夫隨機場優(yōu)化傳輸圖，獲取最終精確的去霧圖像。實驗結果表明，與已有算法相比，該文算法具有更強的普適性，可提高霧天圖像的清晰度，同時恢復更多的圖像細節(jié)等信息。
2016, 38(9): 2410-2414.
doi: 10.11999/JEIT160036
摘要:
設計和實現(xiàn)超高速快速傅里葉變換器(FFT)在雷達與未來無線通信等系統(tǒng)中具有重要意義。該文提出首個全并行架構的FFT處理器，其避免了復雜的路由尋址以及數(shù)據(jù)訪問沖突等問題，基于較大基進行分解降低運算復雜度。由于旋轉因子已知和固定，大量的乘法轉化為了定系數(shù)乘法。同時由于采用了串行的計算單元，在達到全并行結構的高速度同時硬件復雜度相對較低；所有的硬件計算單元處于滿載的條件，其硬件效率能達到100%。根據(jù)實際的實現(xiàn)結果，所提出的512點FFT處理器結構能夠達到5.97倍速度面積比的提升，同時硬件開銷僅占用了Xilinx V7-980t FPGA 30%的查找表資源與9%的寄存器資源。
設計和實現(xiàn)超高速快速傅里葉變換器(FFT)在雷達與未來無線通信等系統(tǒng)中具有重要意義。該文提出首個全并行架構的FFT處理器，其避免了復雜的路由尋址以及數(shù)據(jù)訪問沖突等問題，基于較大基進行分解降低運算復雜度。由于旋轉因子已知和固定，大量的乘法轉化為了定系數(shù)乘法。同時由于采用了串行的計算單元，在達到全并行結構的高速度同時硬件復雜度相對較低；所有的硬件計算單元處于滿載的條件，其硬件效率能達到100%。根據(jù)實際的實現(xiàn)結果，所提出的512點FFT處理器結構能夠達到5.97倍速度面積比的提升，同時硬件開銷僅占用了Xilinx V7-980t FPGA 30%的查找表資源與9%的寄存器資源。
