基于FBMC-chirp的低截获探通一体化信号设计

面对快速发展的先进无源侦察技术,一体化信号除需具备较优的雷达探测和无线通信能力,还需满足抗截获和防窃听的需求,以提高一体化系统的生存能力和作战性能。多载波探通一体化信号的低截获设计已成为目前一体化信号研究的重要问题。针对传统低截获多载波探通一体化信号雷达分辨性能受限且未能同时兼顾通信有效性和可靠性要求的问题,本文在子载波复用的一体化多维信号框架下,研究了一种雷达和通信性能最小损失的低截获多载波探通一体化信号设计方法。首先,从提升时频资源利用率的角度,设计了一种基于滤波器组多载波技术的通信频谱分块功率优化和雷达梳状谱等功率优化的低截获多载波探通一体化信号时频结构。该结构通过分块的方式降低了通信信号的峰均比,提升了通信信号的低截获性能。然后在此基础上,以雷达互信息和通信信道容量为约束条件,以最小化信号总功率为优化目标,建立了雷达子载波功率和通信分块子载波功率联合优化模型。本文将该优化模型转化成一个凸二次规划问题,并采用信赖域方法对该优化问题进行求解。实验结果表明,本文所设计的低截获多载波探通一体化信号不仅具有较优的雷达探测和分辨性能,以及较好的无线通信性能,而且具有较优的低截获性能。

一种灰色关联分析优化ICEEMDAN的VP倾斜仪信号降噪模型

VP倾斜仪固体潮信号受仪器监测复杂环境限制,多含有大量环境噪声。为获得真实固体潮曲线,提出一种基于灰色关联分析优化改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)VP倾斜仪信号降噪模型(GRA-ICEEMDAN)。该方法首先将含噪信号进行ICCEMDAN处理,得到若干个固有模态函数(IMF),并依次排列与标记;然后基于这些IMF分别计算相关系数、互信息、R^(2)、Adj-R^(2)、MSE、SSE、RMSE、MAE、MAPE、样本熵等10个评价指标值,构建IMF可信度评价指标矩阵;最后借助灰色关联分析(GRA)计算各评价指标与不同IMF之间的关联系数和关联度,依据关联度大小对各个IMF进行排序,将排名靠前的IMF进行线性重构,即可完成信号降噪。仿真去噪实验和实测去噪实验均表明,GRA-ICEEMDAN模型优于卡尔曼滤波、70阶低通FIR滤波、Savitzky-Golay等经典降噪模型,能显著区分噪声成分和有效成分,原始信号分解后的重构误差与信号损失极小,可推广至其他仪器的复杂信号降噪中。

基于鞍山式铁矿成像光谱的融合算法研究

铁矿资源是我国经济发展和社会进步的物质基础。在铁矿开采过程中,快速精准地确定铁矿品位,对矿山开采决策及经济效益具有重要影响。高光谱成像技术具有影像覆盖范围广、精度高等优势,已广泛应用于矿石分类及成分反演等领域。然而目前高光谱成像传感器的波段范围主要为可见短近红外(Vis-SWIR)和近红外(NIR)两类,且两类数据多为独立获取,缺乏连续性,采用单一数据所建模型的精度往往偏低。因此融合多传感器所获光谱数据,可有效解决单一传感器波段范围小、包含目标特征波段少等问题,提高基于高光谱成像技术的铁矿品位反演精度。使用Pika L与Pika NIR-320高光谱成像仪,分别在Vis-SWIR与NIR两个波段范围内采集鞍山式铁矿的成像光谱数据,提出了基于互信息(MI)的光谱串联融合方法,该方法首先对两组光谱数据进行预处理,然后对处理后的数据进行互信息计算以此对光谱数据进行串联融合。最后分别以Vis-SWIR、NIR以及基于不同波段串联融合的光谱数据为数据源,建立RBF神经网络品位反演模型,并以融合前后光谱数据所建模型的准确性与精度为融合算法有效性的判别指标。结果表明,光谱数据串联融合后所建模型的准确性与精度高于单独使用Vis-SWIR、NIR光谱数据所建模型的准确性与精度。与基于其余波段串联融合的光谱数据相比,在基于互信息计算得出的959.89nm处串联融合后光谱数据所建模型的准确性与精度最高,R2为0.88,RPD为2.97,RMSE为4.464,MAE为3.32。该研究针对多传感器光谱融合提出了一种新思路,对成像光谱技术应用于铁矿品位反演具有现实指导意义。

基于适应度函数和染色体信息量排序的高光谱影像特征选择方法

针对高光谱遥感影像数据中存在较多冗余信息的问题,以染色体的信息量排序为基础,构建联合条件互信息和多元互信息的适应度函数,提高所选特征可以提供的信息量,将适应度函数作为差分进化算法的评价标准,通过最大化适应度函数获得最优特征子集,提出一种新型光谱特征选择算法,使用每条染色体中所选特征的信息量来计算相关性。实验结果表明:在16类地物中该算法在9类上分类准确度最高,说明将基于信息量的相关性的估算作为适应度函数与群体智能优化算法相结合能更好地应用于高光谱遥感影像的光谱特征选择。

Circle社交网络系统衍生的社区互助模式探究

探究Circle社区网络系统衍生的社区互助模式并总结传统设计与协同创新设计对于协同设计者的职能要求。从多元主体、理念衍生与模式思辨三个层次梳理Circle服务系统流程及利益相关者,剖析Circle社区网络系统的设计模式。基于此,文章从行为认同、情感互动及体验价值三个层面建构了社区协同互助模式的设计策略,并进一步扩展出协同设计者的四条职能:思辨设计思维、跨学科知识体系、能级导向设计及协调创新。Circle社交网络系统衍生的社区协同互助模式在一定程度上能够引导和优化本土化社区的弹性和韧性,朝着更加有利于社会创新模式的方向不断发展。

基于双模型互学习的半监督中医舌诊图像分割方法

舌体图像的准确分割是中医舌诊客观化分析的重要前提,目前广泛采用的全监督分割方法需要对大量像素级标注的样本进行训练,而基于单一模型的半监督分割方法对学习到的错误知识缺乏自我纠正能力。针对这一问题,本文提出一种新颖的基于双模型互学习的半监督舌体图像分割方法。首先,模型A、B分别在有标签数据集上进行监督训练。之后,模型A、B进入互学习阶段,使用本文设计的互学习损失函数,根据双模型对无标签数据预测的分歧而赋予不同的权重。先由模型A对无标签数据集生成伪标签,模型B在有标签数据集和伪标签数据集上进行微调,然后模型B再对无标签数据集生成伪标签,模型A以同样的方式进行微调。双模型微调结束后,选择性能更佳的一个作为最终的舌体图像分割模型。实验结果表明,本文方法的有标签数据比例为1/100、1/50、1/25、1/8时,mIoU分别达到96.67%、97.92%、98.52%、98.85%,优于对比的其他典型半监督方法。本文方法仅需少数标签数据便可达到较高的舌体图像分割精度,可为后续的中医舌色、舌形等舌象分析应用奠定坚实基础,推动中医诊疗数字化进程。

融合稀疏约束的双向k近邻粗糙集模型

k近邻粗糙集作为邻域粗糙集的拓展,被广泛应用于知识发现等领域.k近邻粗糙集模型的粒度构建是选取最近的k个样本.然而,传统k近邻粒度不能有效处理样本分布不均匀的数据.此外,单向粒度构建方法也会导致部分离群点被归入到粒度模型中,增加了粒度的不确定性.为了解决上述问题,提升粒度模型的稳定性,本文提出了一种融合稀疏约束的双向k近邻粗糙集模型.首先,通过稀疏约束模型刻画样本之间联系,选取紧密关联的样本构造稀疏双向k近邻粒度.然后,基于双向互邻信息策略,剔除模型中不符合该策略的样本.最后,通过条件熵与互信息熵刻画粒度的不确定性程度.UCI数据集的实验结果证明,本文提出的融合稀疏约束的双向k近邻粗糙集模型能够降低信息的不确定性,也为k近邻粗糙集模型的改进提供了新的方向.

基于PKI公钥体系的电力监控网络安全接入机制

针对电力监控网络服务请求繁多、身份认证速度慢等网络拥塞问题,通过深入分析网络通信过程中数据泄漏发生原理,并基于PKI机制下的挑战响应模式对通信双方的密钥进行动态更新,利用哈希函数对用户身份在通信前做及时认证,设计了一种安全电力监控网络安全的接入体系,实现对网络节点的信息化控制。实验结果表明,所提的基于PKI机制的方案较传统基于对称机制的方案在牺牲少量计算代价的情况下,可实现通信数据高保密高可靠传输,在密钥协商的相互认证阶段本文花费的通信开销相较于对称机制节省约4%。

基于相空间重构及模糊聚类的供电服务风险评价模型

由于供电服务过程会因线路故障,导致供电异常、评估结果不精准等情况,提出基于相空间重构及模糊聚类的供电服务风险评价模型。通过相空间重构分析参数延迟时间及维数,采用符号分析法计算互信息函数,得到准确延迟时间,通过模糊隶属度判定最优聚类中心,实现最佳聚类减少供电服务风险产生。利用负载均衡调度监控供电服务风险状态,构建量化评价模型以及线路故障概率模型,获取状态风险关联规则向量,根据模糊聚类法对风险特征信息聚类处理,完成供电服务风险评估。仿真实验结果表明,所提算法具有较强的抗干扰性能,评估精准度较好。

基于径向基函数的多船舶相互通信信号干扰消除研究

为解决多船舶之间的信号干扰,影响通信质量的问题,提出基于径向基函数的多船舶相互通信信号干扰消除方法。设置岸边基站以及海洋中的船舶,分别作为发射机以及接收机。考虑多船舶通信时的直射、海面反射以及大气管道折射路径,构建多船舶相互通信的信道模型,确定多船舶通信信号的特征参数。将所获取的特征参数作为径向基神经网络的输入,利用聚类算法确定隐含层节点中心及径向基函数宽度。引入遗忘因子,利用梯度学习方法训练径向基神经网络,调节隐含层神经元数量及权值。利用完成训练的径向基神经网络,抑制多船舶相互通信信号干扰。实验结果表明,该方法能够有效消除静态干扰以及动态干扰下多船舶通信信号中的干扰成分,降低信号传输误码率。

Stability Analysis and Hopf Bifurcation for ODE System of Predator-Prey Model with Mutual Interference

In this paper, the temporal and spatial patterns of a diffusive predator-prey model with mutual interference under homogeneous Neumann boundary conditions were studied. Specifically, first, taking the intrinsic growth rate of the predator as the parameter, we give a computational and theoretical analysis of Hopf bifurcation on the positive equilibrium for the ODE system. As well, we have discussed the conditions for determining the bifurcation direction and the stability of the bifurcating periodic solutions.

Three Types of Spatial Function Zoning in Key Ecological Function Areas Based on Ecological and Economic Coordinated Development: A Case Study of Tacheng Basin, China

Three types of spatial function zoning is an effective measure for regional environmental protection and orderly development.For ecological and economic coordinated development, spatial function zones should be divided scientifically to clear its direction of development and protection. Therefore, based on ecological constraints, a beneficial discussion would be about the key ecological function areas adopting the concept of ecological protection restriction and supporting socioeconomic development for spatial function zoning. In this paper, the researchers, taking Tacheng Basin, Xinjiang of China as an example, choose township as basic research unit and set up an evaluation index system from three aspects, namely, ecological protection suitability, agricultural production suitability, and urban development suitability, which are analyzed by using spatial analysis functions and exclusive matrix method. The results showed that: 1) This paper formed a set of multilevel evaluation index systems for three types of spatial function zoning of the key ecological function areas based on a novel perspective by scientifically dividing Tacheng Basin into ecological space, agricultural space, and urban space,which realized the integration and scientific orientation for spatial function at the township scale. 2) Under the guidance of three types of spatial pattern, the functional orientation and suggestions of development and protection was clearly defined for ecological protection zones,ecological economic zones, agricultural production zones, and urban development zones. 3) A new idea of space governance is provided to promote the coordinated and sustainable development between ecology and economy, which can break the traditional mode of thinking about regional economic development, and offers a scientific basis and reference for macro decision-making.

广义高斯混合模型的自适应盲信号分离

针对传统盲信号分离算法中信号概率密度函数计算速度慢、计算效果一般等问题,提出一种广义高斯混合模型的自适应盲信号分离算法。该算法根据信号拖尾特性的不同,自适应地选取t分布与广义高斯模型,分别估计重拖尾信号和轻拖尾信号的概率密度函数,通过建立峭度和形状因子的查找表得到不同信号评价函数的估计值,并对亚高斯信号和超高斯信号的混合信号进行有效分离。实验结果表明,该算法能对传统算法难以分离的重拖尾与轻拖尾混合信号进行快速有效的分离,具有较好的分离效果。

语义通信的数学理论

自从1948年经典信息论诞生以来,在其指导下,现代通信技术已经逼近了理论性能极限,例如信息熵H(U)、信道容量C=max_(p(x))I(X;Y)以及率失真函数R(D)=min_(p(x|x):Ed(x,x)≤D)I(X;X)。长期以来,由于经典信息论只研究语法信息,限制了通信科学的进一步发展。近年来,研究语义信息处理与传输的通信技术获得了学术界的普遍关注,语义通信开辟了未来通信技术发展的新方向,但还缺乏一般性的数学指导理论。为了解决这一难题,构建了语义信息论的理论框架,对语义信息的度量体系与语义通信的理论极限进行了系统性阐述。首先,通过深入分析各类信源的数据特征,以及各种下游任务的需求,总结归纳出语义信息的普遍属性——同义性。由此指出语义信息是语法信息的上级概念,是许多等效或相似语法信息的抽象特征,表征隐藏在数据或消息背后的含义或内容。将语义信息与语法信息之间的关系命名为同义映射,这是一种“一对多”映射,即一个语义符号可以由许多不同的语法符号表示。基于同义映射f这一核心概念,引入语义熵H_(s)(U)作为语义信息的基本度量指标,表示为信源概率分布与同义映射的泛函。在此基础上,引入上/下语义互信息I^(s)(X;Y)(I_(s)(X;Y)),语义信道容量C_(s)=max_(f_(xy))max_(p_((x)))I^(s)(X;Y)以及语义率失真函数R_(s)(D)=min_({f_(x),f_(x)})min_(p(x|x):Ed_(s)(x,x)≤D)I_(s)(X;X),从而构建了完整的语义信息度量体系。这些语义信息度量是经典信息度量的自然延伸,都由同义映射约束,如果采用“一对一”映射,则可以退化为传统的信息度量。由此可见,语义信息度量体系包含语法信息度量,前者与后者具有兼容性。其次,证明了3个重要的语义编码定理,以揭示语义通信的性能优势。基于同义映射,引入新的数学工具——语义渐近均分(AEP),详细探讨了同义典型序列的数学性质,并应用随机编码和同义典型序列译码/编码,证明了语义无失真信源编码定理、语义信道编码定理和语义限失真信源编码定理。类似于经典信息论,这些基本编码定理也都是存在性定理,但它们指出了语义通信系统的性能极限,在语义信息论中起着关键作用。由同义映射和这些基本编码定理可以推断,语义通信系统的性能优于经典通信系统,即语义熵小于信息熵H_(s)(U)≤H(U),语义信道容量大于经典信道容量C_(s)≥C,以及语义率失真函数小于经典率失真函数R_(s)(D)≤R(D)。最后,讨论了连续条件下的语义信息度量。此时,同义映射转换为连续随机变量分布区间的划分方式。相应地,划分后的子区间被命名为同义区间,其平均长度定义为同义长度S。特别是对于限带高斯信道,得到了一个新的信道容量公式C_(s)=B log[S^(4)(1+P/N_(0)B)],其中,平均同义长度S表征了信息的辨识能力。这一容量公式是经典信道容量的重要扩展,当S=1时,该公式退化为著名的香农信道容量公式。综上所述,语义信息论依据同义映射这一语义信息的本质特征,构建了语义信息的度量体系,引入新的数学工具,证明了语义编码的基本定理,论证了语义通信系统的性能极限,揭示了未来语义通信的巨大性能潜力。

基于改进蚁狮优化的贝叶斯网络结构学习算法

为了改善小数据集下BN结构学习中对数据利用不充分的缺陷,提高贝叶斯结构学习算法的寻优效率,提出基于改进蚁狮优化的贝叶斯网络结构学习算法。首先,通过互信息约束初步构建网络,并对蚁狮算法初始化;其次,为了有效利用小数据集,用改进的sigmoid函数对迭代中的矩阵元素进行二值转换;为了进一步提高蚁狮算法的搜索效率,用生物地理算法中的迁移、变异、清除算子抽取更换个别蚂蚁;最后,结合蚁狮算法的更新机制寻找最优解。实验结果表明,文中算法寻优效率高、收敛速度快,能跳出局部最优,具有更高的准确性。

Design of Hybrid Fuzzy Neural Network for Function Approximation

In this paper, a hybrid Fuzzy Neural Network (FNN) system for function approximation is presented. The proposed FNN can handle numeric and fuzzy inputs simultaneously. The numeric inputs are fuzzified by input nodes upon presentation to the network while the Fuzzy rule based knowledge is translated directly into network architecture. The connections between input to hidden nodes represent rule antecedents and hidden to output nodes represent rule consequents. All the connections are represented by Gaussian fuzzy sets. The method of activation spread in the network is based on a fuzzy mutual subsethood measure. Rule (hidden) node activations are computed as a fuzzy inner product. For a given numeric o fuzzy input, numeric outputs are computed using volume based defuzzification. A supervised learning procedure based on gradient descent is employed to train the network. The model has been tested on two different approximation problems: sine-cosine function approximation and Narazaki-Ralescu function and shows its natural capability of inference, function approximation, and classification.

Theoretical study of mutual control mechanism between magnetization and polarization in multiferroic materials

The mutual control mechanism between magnetization and polarization in multiferroic materials is studied. The system contains a ferromagnetic sublattice and a ferroelectric sublattice. To describe the magneto–electric coupling, we propose a linear coupling Hamiltonian between ferromagnetism and ferroelectricity without microscopic derivation. This coupling enables one to retrieve the hysteresis loops measured experimentally. The thermodynamic properties of the system are calculated, such as the temperature dependences of the magnetization, polarization, internal energy and free energy.The ferromagnetic and ferroelectric hysteresis loops driven by either a magnetic or an electric field are calculated, and the magnetic spin and pseudo-spin are always flipped synchronously under the external magnetic and electric field. Our theoretical results are in agreement with the experiments.

适用于智能电网的三方认证密钥交换协议

大部分现有智能电网环境下的认证方案都存在需要人工参与或运行性能不高的缺点,不能满足智能电网的实际需求。鉴于此,提出了一种新的三方认证密钥交换协议,用于智能电表、服务提供商和控制中心三方之间的认证和密钥建立。基于物理不可克隆函数,去除了需要人工参与协议运行的缺陷。结合BAN逻辑和非形式化分析方法,对协议的安全性进行了证明。与同类代表性协议相比,所提协议具有更好的安全性和更高的效率。

基于互信息自适应估计的说话人确认方法

为了更准确地度量特征间的关系,提出了一种基于互信息自适应估计的目标函数表示方法。将具有自适应特性的度量方法引入到目标函数中,该目标函数以最大化类内相似度、最小化类间相似度为目标,并能根据深层特征的真实分布情况对相似度进行动态的调整,从而使深度神经网络朝着区分性更强的方向进行优化。此自适应度量方式还被用于特征筛选,其能够根据特征的特点进行有针对性的参数更新,使得选取的特征具有典型性,提升目标函数对于深度神经网络优化方向的指导能力。实验结果表明,相比于其他深度神经网络方法,该方法的相对等错误率最多降低了28%,显著提升了说话人确认系统的性能。

基于一致性算法的多虚拟同步机功率振荡协调抑制

虚拟同步机控制(virtual synchronous generator,VSG)在模拟同步发电机特性以提供惯量支撑的同时,不可避免地引入了有功功率振荡的问题,特别在多个VSG交互的情形下,VSG之间较低的互阻尼加剧了振荡的波动性,这些振荡将损害系统的稳定运行和可再生能源的有效调节。目前,在采用分布式通信架构抑制多VSG并联有功振荡的方法中,未考虑有功合理出力以及非理想通信条件下算法收敛等问题。因此,为抑制系统功率振荡,提高系统之间的互阻尼,首先分析了VSG系统并联交互振荡的原理,同时利用功角构造性能评价函数,推导出一种增加互阻尼的一致性算法,使得扰动下系统内VSG的频率快速收敛达到一致。其次通过构造李雅普诺夫能量函数的方法证明了所提方法的稳定性,在此基础上,利用频域的Nyquist曲线分析互阻尼参数对系统稳定性的影响。最后,通过电磁暂态仿真证明了互阻尼的一致性算法能有效抑制并联VSG系统的功率振荡,同时在非理想通信环境下也能保证算法的有效性。