基于遥感数据的植被吸收光合有效辐射估算研究

基于MODIS遥感数据、辐射传播模型和光能利用率模型,估算位于中高纬度的美国伊利诺伊州植被吸收的光合有效辐射(APAR),结果较好地反映了该地区植被吸收的光合有效辐射的时空分布。2006-2016年该地区APAR年均值介于35. 10~39. 58 W·m^-2·a^-1,季节变化明显。夏季的APAR均值最高,集中在80~120 W·m^-2·d^-1,其次是春秋两季。基于Mann-Kendall非参数估计方法,模拟了伊利诺伊州地区2006-2016年不同季节平均APAR的变化趋势。夏季,中部、北部的APAR平均值升高幅度最大,为0. 6~1. 0 W·m^-2·a^-1,而南部的平均值呈较为明显的下降趋势;春季,中部范围APAR均值升高;秋季,南部的APAR均值升高幅度较大,而中部和北部变化幅度较小。通过水热条件变化等分析,该地区气温总体在升高,更利于中部、北部的植被生长分布,一定程度上延长了植被的生长季,而南部夏季在相对较高的温度基础上进一步升温,高温抑制植被对辐射的吸收,导致植被吸收的光合有效辐射呈下降趋势。

基于组合森林的工业控制系统入侵检测

随着工业控制系统与互联网的关联逐渐紧密,增加了工控系统被外部入侵的可能性,其网络安全也变得日渐重要。针对上述问题,提出了一种基于组合孤立森林的IPCA-CIF入侵检测方法。该方法在PCA的基础上引入信息价值实现特征提取;其次,结合孤立森林和扩展孤立森林提出了一种组合森林的入侵检测方法,对降维后的数据进行入侵检测;最后构建入侵检测模型进行结果验证。实验表明,IPCA-CIF模型在SWa T数据集上,其检测率为0.986,F1-score可达0.893,具有良好的检测性能。

基于双流自适应时空增强图卷积网络的手语识别

针对提取手语特征过程中出现的信息表征能力差、信息不完整问题,设计了一种双流自适应时空增强图卷积网络(two-stream adaptive enhanced spatial temporal graph convolutional network,TAEST-GCN)实现基于孤立词的手语识别。该网络使用人体身体、手部和面部节点作为输入,构造基于人体关节和骨骼的双流结构。通过自适应时空图卷积模块生成不同部位之间的连接,并充分利用其中的位置和方向信息。同时采用残差连接方式设计自适应多尺度时空注意力模块,进一步增强该网络在空域和时域的卷积能力。将双流网络提取到的有效特征进行加权融合,可以分类输出手语词汇。最后在公开的中文手语孤立词数据集上进行实验,在100类词汇和500类词汇分类任务中准确率达到了95.57%和89.62%。

基于注意力时间卷积网络的加密流量分类

针对目前大多数加密流量分类方法忽略了流量的时序特性和所用模型的效率等问题,提出了一种基于注意力时间卷积网络(attention temporal convolutional network,ATCN)的高效分类方法。该方法首先将流量的内容信息与时序信息共同嵌入模型,增强加密流量的表征;然后利用时间卷积网络并行捕获有效特征以增加训练速度;最后引入注意力机制建立动态特征汇聚,实现模型参数的优化。实验结果表明,该方法在设定的两项分类任务上的性能都优于基准模型,其准确率分别为99.4%和99.8%,且模型参数量最多可降低至基准模型的15%,充分证明了本文方法的先进性。最后,本文在ATCN上引入了一种基于迁移学习的微调方式,为流量分类中零日流量的处理提供了一种新颖的思路。

基于元学习和强化学习的自动驾驶算法

针对基于强化学习的自动驾驶算法存在收敛困难、训练效果不理想、泛化性能差等问题,提出了一种基于元学习和强化学习的自动驾驶系统。该系统首先将变分自编码器(variational auto-encoder,VAE)与具有梯度惩罚的Wasserstein生成对抗网络(Wasserstein generative adversarial network with gradient penalty,WGAN-GP)相结合形成VWG(VAE-WGAN-GP)模型,提高了所提取特征的质量;然后用元学习算法Reptile训练VWG特征提取模型,进一步得到MVWG(meta-VWG)特征提取模型,以提高模型的训练速度;最后将特征提取模型与近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)决策算法相结合,对PPO算法中的奖励函数进行改进,提高了决策模型的收敛速度,最终得到MVWG-PPO自动驾驶模型。实验结果表明,该文提出的MVWG特征提取模型与VAE、VW(VAE-WGAN)、VWG基准模型相比,重构损失分别降低了60.82%、44.73%和29.09%,收敛速度均提高约5.00倍,重构图像更加清晰,并且在自动驾驶任务中的表现也更好,能够为智能车提供更高质量的特征信息。同时,改进奖励函数后的决策模型与基准决策模型相比,收敛速度也提高了11.33%,充分证明了该文方法的先进性。

电场作用下掺锰石英光纤中线偏振光传输特性研究

为克服传统的基于非光纤传感元件的光纤电压传感器在技术复杂、价格高昂、晶体损耗大且与光纤耦合困难等不足之处,首先研制出了掺锰石英光纤样品,进而实验研究了电场对掺锰石英光纤中线偏振光传输特性的影响。测试分析了掺锰石英光纤中线偏振光的偏转角随电场强度的变化,其呈近似的线性关系。同时,测试分析了线偏振光的偏转角随电场强度的变化灵敏度与掺锰石英光纤长度之间关系。获得掺锰石英光纤长度分别为2.5、5和10 m时,其偏转角随电场强度的变化灵敏度分别为1.23×10^（-3）°m/kV、2.46×10^（-3）°m/kV和3.26×10^（-3）°m/kV。研究结果表明,所研制的掺锰石英光纤中线偏振光的偏转角与电场强度之间的线性关系在全光纤高压传感领域将具有潜在的应用价值。

基于补偿因子的D2D通信自适应联合功率控制算法

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.

39.5 GHz室内走廊环境毫米波MIMO信道特性研究

目前5 G采用毫米波通信系统,其中39.5 GHz频段为其中关键使用频段需要研究其MIMO信道特性。采用射线跟踪法预测在走廊环境下的39.5 GHz毫米波MIMO信道特性,通过对比仿真和实测结果验证了射线跟踪法的可行性。发现路径损耗斜率较小,说明该环境下毫米波传输较远。同时发现了沿走廊纵向方向收发距离较近时,以直射径为主,LOS分量大,距离较远时有效反射次数较少,角度扩展小相关性强,LOS分量也大,而沿纵向方向中间处具有丰富的散射,NLOS分量增大,所以容量会出现峰值。在此基础上预测了走廊环境下不同区域的2×2、4×4 MIMO以及4×64 Massive MIMO信道容量变化,发现了走廊中间的信道容量高于走廊壁两侧,同时发现采用4×64 Massive MIMO相较于4×4 MIMO可以获得一定的容量增益,但是不会有巨大的提升。

基于射线跟踪法的73 GHz走廊环境MIMO信道特性研究

为了研究5G室内走廊环境的毫米波传输特性,通过射线跟踪仿真方法预测了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道特性。介绍了实验的仿真环境和射线跟踪仿真预测的实验方法和具体参数设置。研究了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道的路径损耗、RMS时延扩展和MIMO信道容量变化。发现了路径损耗斜率和RMS时延数值较小。研究MIMO容量随距离变化时发现,收发机沿走廊纵向方向中间处会产生容量峰值,主要是由于该处散射丰富,NLOS分量大。研究MIMO容量特性发现增大天线间距和增大天线阵列规模可以提升容量,但是采用4×64 Massive MIMO相对于采用4×4 MIMO时容量提升较为有限。实验证实了73 GHz毫米波MIMO可以用于室内走廊环境。

基于深度学习的赤潮发生预报方法研究

赤潮作为海洋灾害,对海洋渔业、生态、经济,以及人类生产、生活造成了严重影响。一直以来,赤潮受到研究者的广泛关注,但由于它的形成机制比较复杂,使得赤潮预报极具挑战性。针对赤潮预报的研究问题,本文收集了厦门海域赤潮发生前后的海洋监测数据,结合皮尔逊相关系数、散布矩阵、复相关系数方法,分析多环境因子与赤潮发生多要素的关联情况,重点采用基于深度学习的LSTM与CNN融合方法,挖掘环境因子的时序依赖,发现序列数据的局部特征,对赤潮发生进行预报。在厦门一号和厦门二号数据集中,本方法在预报未来12 h内的赤潮情况时,RMSE、MAE误差分别达到0.5218、0.5043。通过协同对比模型进一步确定赤潮发生的预报概率,在两个数据集上的最终预报准确率分别为67.58%和63.49%。本研究为赤潮的分析预报提供了探索经验,证明了将深度学习方法应用于赤潮预报的可行性。

基于Leap Motion的病患手评估算法研究

手功能评估的传统方法还是基于医生和专家的主观判断,这样的方法不仅仅缺乏标准性,同时还会因为个别医生或者专家的评估标准不同,获得错误的评估结果。随着人工智能的发展,硬件的革新换代,各种算法的提出,使得利用计算机技术对手进行科学的自动的评估成为了可能。论文搭建了手功能自动评估系统,利用Leap Motion提取手各个部位在空间中的位置和方向,提出评价两手之间手势差异程度的方法,从而实现数据化后的患侧手和健康手的比较,获得患侧手手功能丧失程度。通过该项研究,可以科学地评估患侧手的病患程度,帮助医生做进一步的诊断和治疗,有助于病人尽快恢复病患手的功能。

基于IHDR的自主学习巡检技术研究

针对无人机路径规划存在只适用于静态场景的问题,提出一种自主飞行巡检方法。利用增量分层判别回归(IHDR)树存储无人机飞行经验,通过当前位置矢量搜索IHDR树,得到飞行控制量。根据当前位置与期望位置的偏差调整输出控制量,实现人造目标的巡检。实验结果表明,与IHDR方法相比,该方法学习时间缩短12.2%,且具有较高的准确率,适用于无人机巡检。

强电磁干扰环境下光纤束传像系统的设计研究

为解决电磁辐射干扰环境中图像稳定传输的问题,设计并开发了具有抗强电磁干扰能力的光纤束传像系统。利用ZEMAX光学设计软件,对传像系统中前置物镜和后置目镜分别进行了设计,并根据物镜和目镜的初始像差分布情况,利用优化函数,结合各种操作数,对系统的像差进一步优化。优化结果表明,物镜各视场的光学调制传递函数(MTF)值在空间频率为38 lp/mm处大于0.85,目镜各视场的MTF值在空间频率为120 lp/mm处大于0.3,具有较高的成像质量。针对选用的物镜、目镜、光纤束及CCD的结构特点,设计并制备出系统连接的耦合器件,并搭建了一套传像系统,进行图像传输实验。对系统的成像质量以及影响因素进行分析,采用Gamma算法提高像面亮度,获得了高质量的传输图像。

基于稀疏表示和神经网络的头相关传输函数个性化方法研究

头相关传输函数(Head-Related Transfer Function, HRTF)的个性化定制,是实现虚拟听觉系统(Virtual Audio Display, VAD)的关键技术之一。本文提出了一个基于稀疏表示和径向基函数(adial Basis Function, RBF)神经网络的HRTF个性化方法,通过LASSO回归分别计算出生理特征的稀疏系数和HRTF数据的稀疏系数,利用神经网络来建模两组系数的映射关系,并使用Pearson相关分析筛选与测试样本相关性强的数据作为训练集,所提方法只需要进行较少的训练就可以估计出个性化头相关传输函数。仿真实验表明,与已有的稀疏表示方法相比,本方法所需的训练集更小,估计误差更低。

硫化铅掺杂石英玻璃光纤喇曼增强特性研究

普通单模光纤的喇曼增益低,严重制约了喇曼放大器的发展。因此,研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品,并测得其传输损耗谱和喇曼光谱,实验结果表明:硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下,分别进行了喇曼放大实验,相比于普通单模光纤,硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。

OFDM-OAM复用通信中基于线性回归的串扰消除方案

为减小轨道角动量(OAM)复用信号在自由空间传输过程中的模式间串扰,提出一种串扰消除方案。在传输基于16进制正交幅相调制的正交频分复用(16QAM-OFDM)信号的双路OAM复用自由空间光通信链路中,使用基于梯度下降的线性回归方案缓解OAM模式间串扰,恢复原始信号。实验结果表明:该串扰消除方案使接收到的双路16QAM-OFDM信号的星座点集中在16QAM参考点周围,且每个子载波的误码率(BER)接近于没有串扰时的BER;当串扰功率约为-23.5dBm时,前向纠错码(FEC)门限3.8×10-3处的功率代价至少降低了3d B。

LTE-M通信系统传输建模与可用性分析

目前CBTC系统采用LTE-M通信系统承载多种业务,其中列车控制业务关乎列车的运行安全,对传输的可用性要求极高,系统可用性亟需理论验证。从LTE-M系统数据包传输过程入手,结合CBTC业务模型和LTE-M系统传输模型,采用DSPN对数据包的传输过程进行建模,从理论上分析了数据包的传输时延,并在实验室环境下搭建了LTE-M系统测试平台来测试系统不同场景下的时延与吞吐量,根据测试结果确定不同场景下的DSPN模型参数,最后使用软件Time Net对DSPN模型进行仿真,分析数据包长度以及业务接入量对传输可用性的影响。结果表明,当数据包长度由100 bits增加至400 bits时,端到端传输可用性平均下降0.03%;当业务接入量由系统最大吞吐量的0.9倍增加至0.9999倍时,端到端传输可用性平均下降5%。该模型与计算结果可为实际工程部署提供参考。

电场作用下热极化四孔光纤偏振光传输特性研究

由于热极化将破坏光纤熔石英材料的中心反演对称性,使其产生二阶光学非线性效应或线性电光效应。设计一种四孔光纤,采用载流子模型,通过有限元计算方法,分析四孔光纤的热极化过程,制备出了热极化四孔光纤,并研究了电场对其偏振光传输特性的影响。实验测量结果表明:热极化四孔光纤中,偏振光的椭圆率和方位角随电场强度的变化呈近似线性关系。由此获得其二阶非线性系数为0.17pm/V,与数值仿真结果基本一致。

基于酉重构子空间的一维DOA估计

针对多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法在低阵元数目、低信噪比和小节拍数等非理想条件下,对入射间隔较小的信号波达方向(direction of arrival,DOA)估计有效性的问题,提出了改进的基于酉重构子空间的MUSIC算法。该算法首先利用酉变换将均匀线阵接收数据实数化,然后根据子空间特征向量的大小,重新构造子空间和校正矩阵得到新的空间谱函数,最后与信号子空间投影算法联合,实现DOA估计。仿真结果表明,与传统MUSIC算法和SSP算法相比,所提算法在低阵元数目、低信噪比和小节拍条件下具有更好的分辨率。

视觉拐弯:转角视野盲区无线感知监测算法

驾驶人视野盲区是交通事故频发的一个关键问题。现有的摄像头、转角镜以及传感器在感知环境时容易受到天气或光线不足的影响,从而导致意外事故的发生。因此,基于Wi-Fi网络低功耗、低成本、全天时的泛在感知能力,提出一种基于无线信道状态智能化感知的盲区动态对象监测系统。在类似转角或拐弯的场景下,通过无线感知技术与模式识别,提前监测是否有行人即将进入与行进方向垂直的车辆视野盲区的行为,实现“视觉拐弯”,从而预警来往车辆,避免事故的发生。实验结果表明,所提出的盲区监测系统在5 m范围内的视野盲区中实现行人检测的平均精确度可达到96%,具有鲁棒性与普适性等优势。与传统的监测方式相比,该系统在黑暗环境下能良好地工作,同时不会侵犯人们的隐私,在复杂城市交通网络中具备应用潜力,对社会改善交通状况、保障行人出行安全具有重要意义。