改进光纤通信实验以提升学生创新实践能力

光纤通信实验教学质量的优劣对学生的实践与创新能力影响大。围绕提高通信与电子信息类专业大学生的实践与创新能力,在对传统光纤通信实验教学箱分析的基础上,重点叙述了实验平台的改进与实验教学探索。这种改进型的实验教学方式将提升教学效果,提高学生的实际动手能力,激发学生的创新能力。

移动多用户通信系统的功率分配智能优化

随着第五代移动通信技术的发展,移动用户的数量呈爆炸性增长.但是由于复杂多变的移动通信环境,对移动多用户通信系统的性能研究非常复杂,也是一个亟待解决的问题.本文在N-Nakagami信道下,建立了移动多用户通信系统模型,设计了发射天线选择(Transmit Antenna Selection,TAS)方案,研究了移动多用户通信系统的中断概率(Outage Probability,OP)性能.针对TAS方案,推导了系统中断概率的闭合表达式.然后建立功率优化目标函数,提出了基于增强灰狼算法的功率分配优化机制.和差分进化算法(Differential Evolution,DE),粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search,CS),萤火虫算法(Firefly Algorithm,FA)等进行了比较,仿真结果表明:本文所提出的算法优化性能更好,理论分析的正确性得到了验证。

基于边缘算力协同系统的视频智能分析任务动态调度方法

对监控视频数据进行基于深度学习模型的智能分析可提升文物博物馆单位的文物安全风险防范能力。针对文物博物馆单位希望充分利用现有空闲可用计算资源完成更多视频数据智能分析的需求,该文提出一种视频智能分析任务动态调度方法,将边缘侧文物博物馆单位内拥有空闲可用计算资源的设备作为计算节点组建边缘算力协同系统进行视频智能分析任务的处理。该文把要解决的问题建模为2维多重背包问题,并采用动态规划的方法,求解如何在边缘算力协同系统上动态分配视频分析任务使得每一个时间周期内系统执行任务获得的安全价值效益最大化的问题。仿真实验结果表明,所提方法能在不干扰文物博物馆单位正常业务应用服务的情况下,根据对系统当前资源使用状态监控与分析,动态分配视频智能分析任务,达到了最大化安全价值效益的目的。

基于多特征融合的高精度用电器识别实验装置设计

针对现有用电器识别系统计算复杂、成本居高不下等问题,基于STM32设计了一个高精度的用电器识别实验装置。首先,设计前端信号调理及同步采样电路,通过电流互感器和ADS8688对网侧电流进行采样。其次,构建特征融合模型和损失函数,对用电器的时域和频域波形进行多特征融合。最后,对各种用电器进行混合识别实验。测试结果表明,该装置在多种大功率用电器的组合实验中识别率高达100%,在小功率用电器组合实验中识别率稳定在95%以上,在大功率用电器和小功率用电器的高动态识别实验中识别准确率高达90%以上,达到了预期设计要求。

Transformer-CNN特征跨注意力融合学习的行人重识别

卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)关注局部特征,难以获得全局结构信息,Transformer网络建模长距离的特征依赖,但易忽略局部特征细节。提出了一种跨注意力融合学习的行人重识别算法,利用CNN和Transformer特征学习网络的特点,在丰富行人局部特征的同时改善特征的全局表达能力。该模型由三个部分构成:CNN分支主要提取局部细节信息;Transformer分支侧重于关注全局特征信息;跨注意力融合分支通过自注意力机制计算上述两个分支特征的相关性,进而实现特征融合,最终提高模型的表征能力。剥离实验以及在Market1501和DukeMTMC-reID数据集的实验结果证明了所提方法的有效性。

磁控溅射法制备掺镁氧化锌薄膜的微观结构及其物理性质

采用磁控溅射工艺制备了纯氧化锌(ZnO)和不同掺杂量的掺镁氧化锌(MgZnO)薄膜,研究了薄膜样品电学、光学、气敏性能和微观结构与掺杂量之间的依赖关系,以及温度和气体浓度对薄膜气敏性能的影响,并对掺杂量为10%(质量分数)的薄膜样品的室温气敏特性进行细致分析.结果显示:所有制备的薄膜样品均为c轴择优取向生长的六角纤锌矿晶体结构,掺杂量为10%的薄膜样品具有最好的晶体质量、微观结构、光学性能,气体响应性优于其他薄膜,对氨的响应性优于其他目标气体.在室温条件下,掺杂量为10%的薄膜样品对50cm^(3)·m^(-3)氨的响应为44.62%,180天后其响应仅轻微下降为42.02%.

城市低空小型无人机目标实时高精度检测算法

面向城市低空小型无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)乱飞引发的公共安全隐患,针对目前存在的动小目标检测精度低、实时性差等问题,提出了一种基于改进YOLOv7的目标检测模型。该模型在主干网络中引入RepVGG轻量化网络,降低计算复杂度以满足实时性要求;提出C3m模块以解决无人机小目标在图像中占比小、特征信息有限等问题,从而改善检测精度;在此基础上,将CBAM卷积注意力机制插入到主干网络和特征融合网络之间,提高网络对多尺度无人机目标的敏感度,降低噪声影响。在自构建的城市低空无人机数据集上进行消融实验,结果表明改进后的YOLOv7模型与原始YOLOv7模型相比,参数量减少了6×10^(6),浮点运算量降低了77.9%,检测精度mAP@0.5提高至95.1%,检测速度FPS提高了43.7%,实现了对复杂场景下小型无人机目标的实时高精度检测。

用于多目标跟踪的高斯混合轨迹预测模型

针对视频中目标之间的遮挡会增加轨迹关联难度的问题,提出了一种高斯混合轨迹预测模型来改善遮挡情况下的关联效果.该模型采用Transformer结构,从对象的历史运动信息中提取更长的时间依赖性,以便更准确地预测跟踪对象在未来的轨迹分布;同时,将模型的输出设置为高斯混合分布,采用多个高斯分布相加来定义跟踪对象在未来的轨迹分布,以利用轨迹分布来计算检测目标和跟踪对象之间的空间相似性.实验结果表明:该模型能够改善跟踪性能,在MOT17数据集上HOTA达到了56.3%.

基于并行反向投影的图像超分辨率

基于反向投影的残差特征提取与融合,可有效提升深度网络的特征提取能力,从而有益于改善图像的超分辨率重构性能.在此基础上提出了一种改进的采用并行反向投影策略的图像超分辨率深度网络,通过并行增强处于不同频段的高频特征,得到超分辨率性能的进一步提升.具体进行浅层特征提取后,网络经过多级的双路并行的反向投影特征增强模块.每一级模块中包含两个通路,分别采用顺序相反的上下采样,可同时得到处于不同频段的残差特征信息.通过对多级残差特征的融合,图像的高频特征得到不断的增强.同时网络引入了多尺度特征提取与通道注意力机制,以改进特征表达和学习能力.在多个公开的数据集上的大量实验结果表明,该方法可以有效提升超分辨率性能,并且在减少模型复杂度方面有一定的成效.

结合多尺度多注意力的遥感图像超分辨率重构

视觉Transformer在改进图像超分辨率性能方面展现了良好的潜能.然而,遥感图像中不同目标表现的尺度多样性限制了其超分辨率的图像质量.为此,研究了一种结合多尺度多注意力的Transformer遥感图像超分辨率网络,旨在增强其特征学习能力,从而有效提升遥感图像的超分辨率性能.具体来说,输入特征首先通过多级下采样,得到多个尺度的特征;然后,逐级将低维特征通过一种交替密集注意力与稀疏注意力的Transformer网络进行变换,并将输出结果升维后与高维特征融合.密集注意力与稀疏注意力的结合可同时兼顾对局部相关性和全局相关性的有效提取,而多通路多尺度变换能够增强对图像小目标的建模能力.基于两个开源的遥感数据集的大量实验结果,验证了该方法的有效性.

石墨烯混合等离子体波导光子轨道角动量产生及转换器设计

为满足现代社会对通信容量日益增长的需求,设计了一种基于石墨烯混合等离子体波导的可重构光子轨道角动量产生及转换器,利用时域有限差分法对器件的性能进行了仿真分析.仿真结果表明:石墨烯费米能级为0 eV时,该装置实现了拓扑荷由+1向−1或者−1向+1的光子轨道角动量的转换,转换效率达到93.6%;石墨烯费米能级为0.9 eV时,该装置可以将线偏振光转换为携带轨道角动量的涡旋光,此时该器件还可以用于识别拓扑荷为±1的涡旋光.

“自控原理”虚实结合实验平台设计与应用

针对目前高校"自动控制原理"实验教学中存在的问题,基于CDIO工程教育理念设计和应用"自动控制原理"课程虚实结合的实验平台。实验平台结合软件仿真实验和硬件实验的优势,集模型仿真、电路仿真和硬件电路系统调试为一体,既可以完成硬件实验,又可以完成软件仿真实验,并且可以将二者相结合,实现虚实相结合的实验。该虚实结合实验平台的使用加深了学生对自动控制理论基本原理和综合系统分析方法的理解,有效地提高了学生的综合分析和动手能力。

面对分布式多域电磁态势感知的射频传感器设计

射频传感器是电磁态势感知的一种重要手段,通过对射频信号进行探测和分析,为电磁态势感知提供必要的数据支撑。针对现有射频传感器存在的获取信息不全面、集成度差等问题,提出基于分布式架构,以时、频、空、能等多域为切入点,设计一款分布式的多域电磁态势感知射频传感器,对射频信号进行多域协同侦测,为分析和评估战场电磁态势提供重要参考。首先基于Zynq多进程(Zynq multi-processor,ZynqMP)处理器和ADRV9009射频收发芯片,设计了传感器的硬件方案,并完成了系统实物制作与测试,然后在软件算法方面,从时、频、空、能四个方面入手,分别就各域的关键特征指标,设计了相应的提取算法,最后设计了相应的功能和性能对比测试内外场实验。实测结果表明,传感器在时域所获得波形的震荡次数的误差小于1.92%,频域中对信号带宽和中心频率的测量误差分别小于3.2%和0.04%,能域中对能量的计算存在小于5.6%的误差,空域中来波方向角的测量误差小于2.7%,达到了预期设计要求。

轨道角动量光通信研究进展

指出了光轨道角动量复用在增加通信容量和提高频谱效率等方面具有的巨大优势与发展前景,从光轨道角动量光束的产生、复用解复用以及传输媒介等角度出发,简述了轨道角动量光通信相关研究的最新进展情况,探讨了该领域内今后可能的研究方向和发展趋势.

基于改进Upernet的遥感影像语义分割算法

针对现有遥感图像语义分割算法中存在的分割精度低、浅层特征利用不充分的问题,提出了一种基于改进Upernet的遥感影像语义分割算法.首先引入Resnest的分裂注意力网络连接结构来重构原有的骨干网络,并在其中集成可变形卷积以提高网络对不同尺度遥感影像的特征提取能力;然后在Upernet的下采样路径中设计融合高效通道注意力机制模块重构特征融合模块,改善特征表示能力;最后引入交叉熵损失函数和Dice Loss联合训练样本来改善训练中存在的样本不平衡的问题并加速模型收敛.实验结果显示:改进后的网络在遥感影像ISPRS的Potsdam数据集和Vaihingen数据集上分别达到了79.38%和74.70%的MIoU.相比DeepLabV3Plus、Pspnet、FCN以及经典Upernet算法,该算法性能在Potsdam数据集上获得了平均2.16%的提升,在Vaihingen数据集上亦获得了平均2.21%的提升.

室内可见光通信遮挡场景下的可靠性评估

针对室内可见光通信应用场景,采用光线追踪方法分析了无遮挡、半遮挡和全遮挡三种模型下信号传输特性,研究了接收机探测器视场角与三种模型下通信性能之间的对应关系.研究结果表明:探测器所处状态由全遮挡模型切换至半遮挡模型时,平均接收信噪比仅降低1.51d B.切换至全遮挡状态时,平均信噪比降至11.96d B,室内中心接收点仍能满足通信基本要求.当视场角为50°时,可满足室内不同遮挡模型切换时信号不中断的通信需求.

OFDM2认知无线电系统中的非正交主动旁瓣抑制方法

在OFDM-CR系统中,感知用户过大的旁瓣会造成对主用户的干扰,必须抑制.主动干扰抑制方法(AIC)抑制深度不够,且对OFDM符号的循环前缀(CP)长度敏感.针对这一问题,本文提出了一种非正交的主动干扰抑制方法(NAIC):其干扰抵消子载波(CC)主要插入在非正交的频率位置上,具有更好的旁瓣抑制效果.并将NAIC与加窗法结合(NAIC-win),进一步抑制感知用户的旁瓣和减小非正交CC带来的载波间干扰(ICI).NAIC-win比AIC方法的抑制深度增加50dB,而引入的ICI几乎可忽略.和EAIC-CP方法比,NAIC-win方法在使用更短的CP、更少CC子载波、更小的ICI条件下,得到更大的旁瓣抑制深度,提高了频带利用率,减小了计算量.理论分析与实验结果表明:NAIC-win方法在OFDM-CR系统旁瓣抑制中优于AIC,EAIC-CP等方法.

基于多对一Gale-Shapley算法的D2D通信资源分配

针对D2D通信复用异构蜂窝网络上行信道产生的干扰和频谱资源优化问题进行研究,提出一种基于多对一Gale-Shapley算法的D2D通信资源分配方案。方案允许多个D2D用户共享一个蜂窝用户信道资源,通过设置信干噪比(SINR)门限保证用户的通信服务质量(QoS)。根据信道分配情况,构建D2D用户和信道的偏好列表,最大化系统总容量。仿真结果表明,该方案收敛较快、复杂度较低,能够有效保证用户的通信服务质量,系统总容量接近最优解。为实现D2D用户和蜂窝用户的频谱资源共享,提高频谱利用率提供了一种有效方案。

多源多中继协同通信的快速中继选择算法

针对多源多中继协同通信系统的中继节点分配算法(ORA)复杂度较高和带宽消耗较大的问题,通过构建增益函数降序排列的候选中继集合降低检索次数,提出了一种快速中继分配算法(FRA).同时为了提高系统总容量,通过中继节点之间选择性的再转发信号进一步优化接收端的信噪比,给出了一种优化系统容量的方法(OCA).仿真结果表明:FRA可以降低中继选择的复杂度和带宽消耗,同时OCA可以提高系统的总容量.

异构蜂窝网络中联合功率控制的终端直通通信资源分配

针对异构蜂窝网络中终端直通(D2D)用户和小蜂窝用户复用宏蜂窝用户资源产生的干扰问题,提出一种联合功率控制的资源分配方案。首先,在满足用户信号干扰噪声比(SINR)和发射功率约束条件的前提下,根据系统干扰模型推导出每个D2D用户和小蜂窝用户复用宏蜂窝用户信道资源时的最优发射功率;其次,将用户的信道选择规划成用户和信道之间的双边匹配问题,采用延迟接受(Gale-Shapley)算法得到一个稳定的匹配解;最后,以所得的匹配解为初始条件,通过交换搜索算法进一步优化分配方案。仿真结果表明,该方案的系统总容量和能量效率分别是最优解的93.62%和92.14%,与随机资源分配方案、无功率控制和交换搜索的分配方案,以及有功率控制无交换搜索的分配方案相比,系统容量平均增幅分别为48.29%、15.97%和4.8%,系统能量效率平均增幅分别为62.72%、44.48%和4.45%。该方案能够达到近似最优的系统总容量,有效提高频率利用率和能量效率。