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对数正态纹理海杂波背景非相干CFAR检测方法

段亭宇, 水鹏朗, 封天

2022, 49(5): 1-8. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.001

摘要 ( 738 )

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在相参体系的雷达系统中,相比于相干积累检测方法,非相干积累检测方法具有快速检测的能力,能够满足雷达信号实时处理的需求,在实际应用中具有重大意义。然而,非相干积累检测方法对累积脉冲数、参考单元数、海杂波幅度分布模型的形状参数以及海杂波散斑协方差矩阵均是非恒虚警率的。为了实现对数正态纹理复合高斯海杂波背景下运动目标的快速检测,提出了一种累积前白化和非相干累积级联的检测方法,证明该方法对海杂波幅度分布的尺度参数以及散斑协方差矩阵均是恒虚警率的。此外,分析了功率累积和幅度累积方法对检测性能的影响。通过匹配于海杂波形状参数、累积脉冲数以及参考单元数的检测门限,可以确保所提出检测方法的恒虚警率特性,继而实现对海雷达在大场景下对目标的快速恒虚警率检测。实验结果表明,在检测性能上幅度累积优于功率累积,而且累积前白化总体上提高了运动目标的信杂比,同时对于位于主杂波区之外的高速运动目标也能带来明显的性能改善。

车载毫米波雷达时域测高技术研究

沈文皓,杨明磊,郭俊磊,胡晓宇,刘楠

2022, 49(5): 9-17. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.002

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针对当前一般的车载雷达不具备目标高度测量能力,或是实现成本高昂的问题,提出了一种在毫米波段下使用单天线时域信息的单散射点目标高度测量方法。该方法利用了车载环境下地面反射后多径信号与直达信号干涉产生的多径效应,在汽车行进过程中获取不同距离时待测目标的回波功率,通过插值使采样点在距离倒数上均匀化,进而使用快速傅里叶变换提取出目标的高度信息。首先推导了车载环境下多径效应存在的条件,构建了毫米波段下通过地面的镜面反射而产生多径效应的几何模型,进而拓展到目标回波的数学模型;其次,详细分析了可能对目标高度测量产生影响的因素,如车载雷达的安装高度、采样间隔和距离等,并针对性地提出了多种优化和改进建议;最后,通过仿真以及模拟高度测量实验获得的实测数据结果显示,使用该方法对单散射点目标进行高度测量具有可行性。相较于现有方法,该方法实现车载环境单散射点目标高度测量有着结构简单,成本低廉的优势。

SC-FDE散射通信系统MMSE-HDFE-RISIC均衡

刘刚,庞翔云,陈镇涛,郭漪

2022, 49(5): 18-24. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.003

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对流层散射通信作为一种超视距通信方式,因为保密性强、抗干扰强等,是未来战场的主要通信手段之一。单载波频域均衡技术能够有效解决功放发射峰值功率受限与信号多径衰落问题,在对流层散射通信中广泛应用。然而SC-FDE系统中,频域均衡后的残留码间干扰会严重影响散射通信系统的误码性能。针对这一问题,基于最小均方误差准则,提出了一种适用于SC-FDE散射通信系统的MMSE-HDFE-RISIC均衡算法。该算法基于混合判决反馈均衡算法,通过频域估计残留码间干扰,再时域求和补偿,进一步减少了残留码间干扰对系统性能的影响。仿真分析表明,提出算法在散射信道下具有良好的误码性能。在QPSK调制下,以最小均方差来衡量,频域均衡算法性能提升约2.9 dB,相比传统混合判决反馈均衡算法性能提高约1 dB;在16QAM调制下,频域均衡算法的最小均方差性能提升约1.3 dB,相比传统混合判决反馈均衡算法性能提高约0.6 dB。

改进型时间反转的多用户DCSK系统

张刚,何平,张天骐

2022, 49(5): 25-36. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.004

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针对基于时间反转的多用户差分混沌移位键控系统误码率较大和传输速率较低的问题,提出了改进型时间反转的多用户DCSK系统,来提升系统的误码性能和信息传输速率。在发送端,混沌信号通过延迟和时间反转两种结构,传输两路参考信号。每一路信号利用正交沃尔什码组同时承载N个用户信息来达到提高传输速率和消除用户间干扰、降低误码率的目的;在接收端,利用滑动平均滤波器对参考信号做降噪处理,降低判决项方差来减小系统误码率,再进行相关解调。推导了系统误码率公式,并在加性高斯白噪声信道和多径瑞利衰落信道下进行了性能仿真分析。分析了用户数N、复制次数P、序列长度β、信噪比E_b/N₀和路径数L对系统误码率的影响,并与基于时间反转的多用户差分混沌移位键控系统的误码率进行比较。结果表明,在加性高斯白噪声信道中,当用户数为2、复制次数为8、β为512时,相较于基于时间反转的多用户差分混沌移位键控系统,该系统传输速率提升了约300%,误码性能提升近3 dB。这为该系统在实际工程应用提供了良好的理论意义和实用价值。

一种SPMA协议的动态阈值设置方法

丁峰,史琰,赵雄旺

2022, 49(5): 37-46. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.005

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基于统计优先级的多址接入SPMA(Statistical Priority-based Multiple Access)协议出现于TTNT(Tactical Targetting Network Technology)数据链中,是一种基于随机竞争思想的接入方式。该协议联合使用时域和频域资源,并将上层业务划分优先级,通过对比阈值和信道占用来评估信道接入状态并控制各个优先级业务的接入行为。然而,SPMA协议中的固定阈值设置方法存在不能灵活应对通信业务变化的问题,造成时频资源浪费,难以保障异构业务服务质量。因此,提出了基于帧成功传输概率的动态阈值设置方法。该方法利用帧成功传输概率来反映网络实时负载情况,通过对比当前的帧成功传输概率和最高优先级业务的帧成功传输概率来动态调整各个优先级的阈值,使得各优先级业务按需地接入信道,从而维护网络吞吐量的稳定,在提高信道利用率的前提下,保障高优先级业务的接入时延为毫秒级且传输成功率不低于99%。

改进多目标蚁狮算法的WSNs节点部署策略

张浩, 覃涛, 徐凌桦, 王霄, 杨靖

2022, 49(5): 47-59. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.006

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针对无线传感网络节点部署中需要均衡覆盖率、连通度、节点数目等问题,构建了最低覆盖率与节点间连通性为约束条件的多目标节点部署模型,利用Pareto最优解集的思想,提出了一种基于改进多目标蚁狮算法的节点部署策略。首先,使用Fuch混沌映射初始化种群,以增加种群的多样性,同时引入自适应收缩边界因子改善算法易陷入局部最优的缺点;然后,利用时变策略对蚂蚁位置扰动以增强算法的寻优能力;再后,通过测试函数与其他多目标算法进行对比分析,结果表明改进后的算法在不同的测试函数上均能获得最小的世代距离与反向世代距离值,验证了所提策略的有效性;最后,将改进多目标蚁狮算法应用于无线传感器网络多目标节点部署中。仿真结果表明,相对于其他几种多目标算法,改进多目标蚁狮算法能有效解决无线传感器网络节点的多目标优化部署问题,提高了监测区域覆盖率与连通性,并为决策者提供更多可行解。

GCN-GRU:一种无线传感器网络故障检测模型

陈俊杰, 邓洪高, 马谋, 蒋俊正

2022, 49(5): 60-67. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.007

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无线传感器网络已经成为一种实时监测环境的解决方案并被广泛应用于各种领域。由于网络中的传感器容易受到复杂工作环境和自身硬件等因素影响而发生故障,因此无线传感器网络故障检测在其应用领域中是不可缺少的环节。针对无线传感器网络中的故障检测问题,提出了一种融合图卷积网络和门控循环单元的故障检测模型GCN-GRU,该模型由输入层、时空处理层和输出层组成。输入层接收传感器网络数据和由无线传感器网络构建的图模型并将其传输至时空处理层;在时空处理层中,运用图卷积网络提取无线传感器网络的空间分布特征及故障在高维空间的特征,并将其构造为时序序列的高维数据作为门控循环单元的输入,之后通过门控循环单元对传感器网络数据的时间演变特征和空间演化特征进行提取和融合,最后在输出层得到故障检测结果。为了评估GCN-GRU模型的性能,将其与现有的无线传感器网络故障检测算法进行仿真对比。仿真结果表明,GCN-GRU模型相较于对比算法显著地提高了故障检测率并降低了虚警率,能更有效地识别出故障传感器。

陀螺随机误差补偿中一种改进混合降噪法

田易,阎跃鹏,钟燕清,李继秀,孟真

2022, 49(5): 68-75. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.008

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为降低微机电系统陀螺测量数据中的随机误差,针对当载体运动状态突然改变导致陀螺传感器数据发生阶跃变化的情况,提出了一种改进的自适应噪声完备经验模态分解-前向线性预测滤波(CEEMDAN-FLP)的混合降噪方法。改进算法首先对于低阶噪声本征模态函数采用软阈值滤波,避免了常规方法将噪声本征模态函数直接去除引起高频信号丢失的问题,同时对混合本征模态函数采用前向线性预测滤波,避免阈值提升引起的过度滤波问题;最后对滤波结果与信号本征模态函数进行数据重构。通过仿真验证,表明改进算法滤波结果的均方根误差与滤波前相比减小了约51.53%,与经验模态分解滤波算法相比减小了约17.39%;通过实测数据验证,表明改进算法滤波后的陀螺数据与基于CEEMDAN的算法滤波后的陀螺数据分别用于姿态解算,在不明显增加运算负担的同时,改进算法姿态累积误差仅约是CEEMDAN算法姿态累积误差的20.56%。可见,改进算法可以有效地提高传感器的测量精度。

低复杂度LDPC码信息瓶颈量化译码器设计

胡继文, 郑慧娟, 童胜, 白宝明, 徐达人, 王仲立

2022, 49(5): 76-83. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.009

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近年来,信息瓶颈方法已经被成功应用于低密度校验码量化译码器的设计当中,所设计的量化译码器仅需4 bit量化位宽就能逼近双精度和积译码算法的性能。此外,信息瓶颈译码器只需处理无符号整数,且可使用查表来替代复杂的校验节点运算,适宜于硬件实现。然而,现有的低密度校验码信息瓶颈译码器所需的查表次数与节点度数的平方成正比,不利于在含有高度数节点的低密度校验码(如有限几何低密度校验码和高码率低密度校验码)中应用。为了解决这一问题,提出了一种基于前后向算法的低密度校验码信息瓶颈量化译码器设计方案。在所提方案中,基于前后向算法的节点运算可以分为3个步骤:前向查表,后向查表以及输出外信息。为了降低存储空间,可以精心地设计使得前向查表和后向查表复用同一套表格行。在输出外信息时,节点充分利用了前向查表与后向查表时产生的中间结果,有效地避免了消息的重复计算,使得译码所需要的查表次数与节点度数呈线性关系。仿真结果验证了所提低密度校验码信息瓶颈量化译码器设计方案的有效性。

一种多核极化码的缩短核矩阵构造方法

胡利港,许丽卿,谭晓青,刘凌,吕善翔

2022, 49(5): 84-91. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.010

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作为首个在理论上被证明可达到信道容量的信道编码,极化码是5G增强型移动宽带场景中控制信道的编码方案。针对传统极化码在构造大维度核矩阵方面的局限性,提出了一种基于克罗内克积的多核构造改进的缩短核矩阵的方法。该方法首先在多核构造的过程中选取大指数的因子矩阵,保障较好的初始性能;然后利用部分距离的特性对该矩阵进行缩短,以得到维度更为灵活、性能更为优良的核矩阵。为了解决在构造核矩阵过程中可能出现部分距离超出其对应上界的问题,提出了一种基于汉明距离的消除算法。该算法根据矩阵行向量的部分距离不会超过其汉明距离的特性,通过降低行向量中1的权重以达到降低部分距离的目的。所提方法构造的5阶核矩阵为多核极化码的构造提供了更多的选择。实验表明,基于列权重的缩短方法与克罗内克积多核构造相比,得到的部分核矩阵有着更大指数。该方法在指数方面优于同类型的缩短方法;在译码方面遵循传统极化码的一般结构,且有着更低的译码复杂度。

数字编码超材料相频响应扩展及验证

王国强,马晖,高思哲

2022, 49(5): 92-99. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.011

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数字编码超材料具有优异的电磁调控能力,通过开关形式控制相位以达到调制空间辐射场的能力,可用于实现低成本的数字阵列。然而,数字编码超材料在实际应用中存在色散效应,使得数字量化相位调制一致性带宽过窄。以1 bit编码超材料单元为例,提出了表征相位调制一致性的δ-相位带宽定义,并根据数字编码超材料的结构特点结合传输线理论,给出了一种用于数字编码超材料单元的传输线结构。通过引入非均匀传输线、增加多支节传输线的方法,不仅扩展了数字编码超材料单元的相频响应、幅频响应的调谐范围,同时能根据不同相位调制一致性下的带宽要求提出设计标准。使用电磁仿真软件CST对非均匀传输线与多支节传输线相应的结构参数进行优化,仿真结果表明:在不同单元相位差δ的情况下,δ-相位带宽均得到展宽。最后,在阵列波束合成与随机辐射场生成两种典型应用背景下,分别对数字编码超材料的波束指向性与方向图相关性两项指标进行测试,证明了所提方法在宽带应用中的有效性。

多传感器协同地面目标跟踪的调度方法

张昀普,单甘霖,付强

2022, 49(5): 100-108. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.012

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针对地面目标跟踪时多普勒盲区存在的情况,为实现对目标的精确跟踪,提出了一种多传感器协同调度方法。首先,通过分析传感器调度的基本过程,建立了包含调度动作、目标状态转移方程和多普勒盲区下传感器量测方程的基本模型;然后,针对地面目标“动-停-动”的运动方式,依据速度大小将其状态分为低速和高速两类,给出了状态概率的计算方法,并引入变结构多模型方法对目标状态进行估计,给出了估计时似然函数和状态转移概率的计算方法;最后,以克拉美罗下限量化跟踪精度,并以跟踪精度最优为优化目标建立了长期调度的目标函数。仿真实验的结果表明,所提方法能够通过预测未来多步的调度收益,制定出最佳的传感器调度方案,从而实现对地面目标的高精度持续跟踪。

77GHz宽带低副瓣毫米波微带天线设计

范文颖, 侯庆文, 陈先中

2022, 49(5): 109-116. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.013

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针对微带天线带宽较窄的问题,提出一种适用于地下煤矿机器人环境感知的宽带低副瓣毫米波微带阵列天线。该毫米波天线阵列由主辐射单元层、寄生贴片层以及空气层构成。主辐射单元采取道尔夫-切比雪夫阵列综合方法以实现低副瓣特点,空气层和寄生单元通过降低等效介电常数及增加新的谐振点有效展宽天线带宽,T形功分器馈电网络设计实现良好的阻抗匹配。HFSS仿真结果表明,天线的-10 dB阻抗带宽为7 GHz,工作频率为76.6~83.6 GHz,E面最大副瓣电平为-15 dB,H面最大副瓣电平为-24 dB,最大增益为17 dBi,满足了毫米波雷达远近距离切换和复杂散射介质回波灵敏度的应用需求。与目前的77 GHz毫米波天线相比,此天线有效降低了副瓣电平,进一步拓展了工作带宽,提高了雷达的抗干扰能力以及分辨率。针对地下煤矿复杂的地磁环境特点,该天线所具有的强抗干扰能力和高分辨率等性能在地下巷道环境感知方面有很大的优势。

利用非局部上下文信息的遥感图像小目标检测

李阳阳, 毛鹤亭, 张小龙, 陈彦桥, 柴兴华

2022, 49(5): 117-124. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.014

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近年来,基于深度学习的目标检测方法取得了令人瞩目的成果,并被成功应用到遥感领域。但是由于遥感图像覆盖面广,而小目标的有效信息少且定位困难,想要精确地检测出小目标并不容易。针对这一问题,利用图像中的非局部特征以及上下文信息来提高小目标检测的质量。首先采用改善特征金字塔网络和跨层注意力网络的组合结构作为主干网络,改善特征金字塔网络用于提取小目标丰富的特征信息,跨层注意力网络用来提取非局部信息并均衡分配给各层;其次使用上下文转移模块,将包含了非局部特征的上下文信息传递给对应的感兴趣区域;最后采取级联网络作为检测网络,改善小目标定位框质量。在Small-DOTA、DIOR和OHD-SJTU-S遥感图像数据集上进行了实验。实验结果表明,所提方法在3个数据集的平均精度均值都达到了最高;在DIOR数据集中包含小目标比较多的船、车辆和风车3个类别上,该算法的平均精度也是最高。这说明与现有方法相比,所提方法能进一步改善遥感图像小目标检测性能。

一种新的直觉模糊最小二乘支持向量机

张丹,周水生,张文梦

2022, 49(5): 125-136. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.015

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最小二乘支持向量机只需求解一个线性方程组即可得到闭式解,训练速度快,因而广泛应用于分类问题。但最小二乘支持向量机模型容易受到离群点和噪声的影响,往往使得其分类精度下降,样本点的模糊加权是解决该问题的一种有效方法。直觉模糊集既包含样本点的隶属度信息又包含样本点的非隶属度信息,可以更加详细地刻画样本点的分布特征。为此,基于直觉模糊集,通过剔除离群点得到更加准确的类中心,再计算样本点到类中心的距离,得到样本点对其所在类的隶属度程度。同时,采用核k近邻的方法,查找样本点的k个近邻里另一类样本点的数量,进而得到样本点的非隶属度信息。最后,根据样本点的隶属度与非隶属度得到一种新的模糊值。进一步将提出的模糊值用于改进最小二乘支持向量机模型,通过赋予离群点和噪声低的模糊值,减少了它们对最小二乘支持向量机模型的影响,提高了最小二乘支持向量机模型的精度。实验结果表明,与已有算法对比,提出的算法可以有效降低离群点和噪声对最小二乘支持向量机模型的影响,提高模型的鲁棒性。

一种改进CenterNet的轻量化目标检测算法

李悦言, 程培涛, 杜淑幸

2022, 49(5): 137-144. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.016

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CenterNet算法结构复杂,导致其参数量大、计算复杂度高和检测速度较慢。针对这一问题,提出了一种CenterNet-encoder算法。该算法使用深度为104层的沙漏网络作为backbone,并将其中的残差模块替换为fire模块来减少算法的参数量,提高算法的计算速度;另外,在backbone和head之间加入了编码层,在不损失分辨率的同时增大了感受野,减少了内存的占用,让输出囊括更多尺度的信息;最后,使用均方误差损失进行边界框的回归,加快算法的收敛,进一步提升了算法的检测精度。CenterNet-encoder算法最终在MS-COCO test-dev数据集上的平均检测精度为40.5%,参数量为47×10⁶。在AMD5900X/32GB/RTX3090环境配置下,检测速度达到了18帧/s。实验结果表明,CenterNet-encoder算法虽然牺牲了一定的精度,但参数量比原算法下降了约77.6%,同时检测速度提升了约69.3%。与其他轻量化目标检测算法相比,在参数量、推理时间和检测精度上也有一定的优势。

一种面向数据中心的能耗感知虚拟机放置策略

杨傲, 马春苗, 伍卫国, 王思敏, 赵坤

2022, 49(5): 145-153. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.017

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随着互联网的不断发展,数据中心规模不断扩大,其面临的突出问题是如何保证数据中心安全运行并降低其运行能耗。目前的研究中仅着眼于降低数据中心运行能耗,并未考虑服务器的环境温度。若在高温区域持续增加负载,则可能导致局部热点问题,使得制冷设备处于过度制冷状态而导致数据中心运行能耗整体提高。针对上述问题,提出一种能耗感知的虚拟机放置策略,可以在降低数据中心运行能耗条件下避免热点出现。策略由两部分算法组成:第1部分为最佳适应算法,算法将物理机序列按照可用的CPU资源大小进行排序,对于当前虚拟机请求,按照文中提出的温度迫切值计算方法选择迫切值最小的物理机作为目标位置,并将目标物理机序列二进制化后作为遗传算法的初始种群;在第2部分遗传算法中,对种群进行交叉变异操作,通过适应度函数计算的适应度值选择出下一代种群,不断迭代计算最终得出最优解。为了验证所提出策略的有效性,在cloudsim仿真计算平台上进行了相关实验。仿真结果表明,所提方法在降低运行能耗的同时也降低了服务器间的温度波动值从而避免热点出现。

融合工件几何特征的变工况切削力预测方法

常建涛,刘尧,孔宪光,李欣伟,陈强,苏欣

2022, 49(5): 154-165. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.018

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在机械加工中,加工工件的几何特征变化会导致切削力统计特征发生变化,使得传统数据驱动的切削力预测模型精度变低,同时不同的加工工况使得采集的切削力建模数据存在明显的数据分布差异,导致切削力预测模型泛化能力出现显著退化。针对上述问题,提出了一种融合工件几何特征的变工况切削力预测方法。首先,进行数据预处理,包括工件几何特征、工况信息编码处理,对切削力信号去除趋势项,对切削力统计特征剔除异常值;其次,考虑工件几何特征及工况变化导致的数据分布差异,将数据集分为源域数据和目标域数据,并将源域数据和目标域数据按照规则划分为训练集和测试集,基于迁移学习构建融合工件几何特征的变工况切削力预测模型;最后,从不同数据量、单一加工几何特征、变工况、不同算法等方面进行了实验验证。实验结果表明,相比传统数据驱动切削力预测模型,该方法更适用于工况以及工件几何特征变化情况下的切削力预测,同时在数据样本较少的情况下保持较高的预测精度,泛化性能更强,具备更好的实用性。

一种采用动态子空间的小样本图像分类算法

任佳兴, 曹玉东, 曹睿, 闫佳

2022, 49(5): 166-174. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.019

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针对当前基于度量学习的小样本图像分类算法中普遍存在的图像分类精度不高与泛化性能一般的问题,提出了一种采用动态子空间的小样本图像分类算法。首先,使用残差神经网络提取小样本图像特征,对各类特征向量进行分解后,动态生成表征图像类别的正交化投影子空间,增强类间特征的差异性;其次,通过融合子空间损失函数与交叉熵损失函数,增强同类样本的特征相似性,构建基于小样本学习的动态子空间分类器,随采样量与样本相似度的变化动态更新子空间的类间距离;最后,将目标图像的特征向量输入动态子空间分类器,使用平方欧氏距离与softmax函数计算类别概率,预测其所属类别。在mini-ImageNet、CIFAR-100和Pascal VOC2007小样本数据集上进行性能测试,并与当前主流的小样本图像分类算法进行了比较,所提出算法的图像分类精度高于对比算法。在5-way 5-shot的条件下,分类精度比当前性能较好的深度子空间分类网络提高了2.3%。实验结果表明,所提出的算法具有较强的泛化性能与抗干扰能力。

递进式空洞残差深度双目立体匹配网络

刘侍刚,张同,杨建功,葛宝

2022, 49(5): 175-180. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.020

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为了实现轻量化高精度的双目立体匹配网络,提出了一种递进式空洞残差深度双目立体匹配网络——PDR_Net。在特征提取网络模块上提出了递进式的空洞残差网络结构,利用空洞卷积网络代替池化等降采样方式获取图像的多尺度特征信息,解决了利用池化等降采样方式进行尺度变换带来的图像特征信息损失的问题;同时引入残差网络弥补了空洞卷积网络自身特点带来的图像特征信息丢失的缺点,各尺度分支之间采用递进式的级联方式进行特征信息融合,促进了图像的各尺度特征信息之间的融合,既降低了网络的复杂度,也保留了更多的图像特征信息;最后,在三维卷积神经网络模块中采用堆叠的沙漏型编码解码网络结构,通过跳跃式连接使得网络能够更好地结合特征图的上下文信息,并在该模块中引入通道注意力机制模型,增强了网络对不同通道中各视差下特征信息之间的聚合学习能力,加深了特征点在不同视差条件下的联系。PDR_Net网络与现有网络相比,具有参数量少、速度快、精度高等优点。

融合自注意力机制与CNN-BiGRU的事件检测

王侃, 王孟洋, 刘鑫, 田国强, 李川, 刘伟

2022, 49(5): 181-188. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.021

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基于卷积神经网络和循环神经网络的事件检测已得到广泛研究。然而卷积神经网络只能考虑卷积窗口内的局部信息,忽略了词语的上下文联系。循环神经网络存在梯度消失和短期记忆的问题,且其变体门控循环单元无法得到每个词语的特征。为此,提出一种基于自注意力机制与卷积双向门控循环单元模型的事件检测方法。该模型将词向量和位置向量作为输入,不仅能够通过卷积操作提取不同粒度的词汇级特征,通过双向门控循环单元提取句子级特征,而且通过自注意力机制考虑全局信息,关注对事件检测更重要的特征。将提取的词汇级特征和句子级特征拼接作为联合特征,通过softmax分类器进行候选词分类,从而完成事件检测任务。实验结果显示,在ACE2005英文语料上,事件检测中触发词识别和分类的F值分别达到78.9%和76.0%,优于基线事件检测方法的结果,且模型表现出更好的收敛性。实验结果表明,所提出的基于自注意力机制与卷积双向门控循环单元模型有良好文本特征提取能力,提升了事件检测的性能。

支持结果验证的多服务器动态可搜索加密方案

何雨,田有亮,万良,杨力

2022, 49(5): 189-200. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.022

摘要 ( 249 )

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针对传统单服务器可搜索加密方案检索效率不高以及服务器单点故障问题,基于Shamir-秘密共享的思想,结合智能合约,构造了一个支持结果验证的多云服务器可搜索加密方案。首先,使用Shamir-秘密共享技术,将数据拆分成多个不同的数据块,分别加密存储在各个独立的服务器上,构造一个多云服务器可搜索加密模型,防止服务器单点故障导致数据大量丢失的问题,实现数据安全分布存储和高效查询;其次,利用智能合约自动执行的特点,构造查询结果的验证方法,通过签订合约来实现查询结果的验证,解决半可信的云服务器模型下返回结果的正确性难以保证的问题。另外,引入分块矩阵,对更新的数据构造子矩阵,以降低更新文档后查询的计算开销,并且通过添加虚假关键字信息,防止云服务器的猜测攻击,保证更新数据的安全。最后,通过安全性分析和实验分析表明,本方案在有效保护数据隐私的同时,与其他方案相比,减少了索引生成时间,并且检索效率更高。

加密算法Simpira v2的不可能差分攻击

刘亚,宫佳欣,赵逢禹

2022, 49(5): 201-212. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.023

摘要 ( 184 )

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评估适用于各类应用场景中,对称加密算法的安全强度对系统中数据机密性至关重要。Simpira v2是2016年在亚密会上发布可以实现高吞吐量的密码置换算法族,非常适用于信息系统中保护数据的机密性。Simpira-6是Simpira v2族加密算法中6分支的情形,分组长度为128 b比特(bit)。研究了Simpira-6作为Even-Mansour结构下的置换加密算法的安全强度,使用不可能差分攻击基本原理,首先构造一条当前最长的9轮Simpira-6不可能差分链,但基于此攻击需要的复杂度超过穷尽搜索;其次,在Simpira v2的安全性声明下,攻击7轮Simpira-6恢复384位主密钥,攻击需要数据和时间复杂度分别为2^57.07个选择明文和2^57.07次加密;最后,在Even-Mansour安全性声明下对8轮Simpira-6进行不可能差分攻击,恢复768位主密钥,攻击需要数据和时间复杂度分别为2¹⁶⁸个选择明文和2¹⁶⁸次加密。首次对Simpira v2 6分支情形的不可能差分攻击,为未来运用Simpira v2保护数据机密性提供重要的理论依据。

Gimli认证加密方案的不可能差分分析

谭豪,申兵,苗旭东,张文政

2022, 49(5): 213-220. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2022.05.024

摘要 ( 173 )

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Gimli是美国国家标准与技术研究院发起的轻量级加密算法标准第二轮候选算法。当前,Gimli的安全性分析主要针对Gimli置换、Gimli杂凑函数、Gimli带有关联数据的认证加密方案等。Gimli认证加密方案总体采用sponge结构,适用于受限环境下的数据加密场景。目前对Gimli认证加密方案的状态恢复攻击最好结果是9轮,时间复杂度为2¹⁹⁰,数据复杂度为2¹⁹²。为了评估这种方案抵抗不可能差分分析的能力,根据Gimli置换设计了一个差分传播系统,找到了适用于分析sponge结构认证加密方案的7轮不可能差分,此不可能差分仅限制了1 bit输出差分的取值,可显著地降低状态恢复阶段的时间复杂度与数据复杂度。将7轮不可能差分向前扩展4轮,成功实现了对11轮Gimli认证加密方案的状态恢复攻击。在状态恢复阶段,基于Gimli置换前两轮的弱扩散性,将2¹²⁸的密钥猜测量缩小为2个2⁶⁴密钥猜测量,此状态恢复攻击的时间复杂度约为2¹¹⁰次加密,数据复杂度约为2^52.5,优于现有公开文献中对Gimli认证加密方案的状态恢复攻击结果。

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