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2016年  第45卷  第5期

计算机工程与应用
多类变分优化的自然图像分割方法
杨勇, 郭玲, 叶阳东, 周小佳
2016, 45(5). doi: 第45卷 第5期 pp:824-831
摘要:
针对自然图像中内容的多样性、复杂性以及随机性,若采用区域内部恒定聚类中心假设的CV(Chan-Vese)模型以及多类水平集模型,则难以有效刻画具有非线性、连续性变化的自然图像内容。该文通过对区域内部自由度调控的多变量学生-t概率密度分布描述,提出了多类非线性变分活动轮廓模型,它打破了区域内部恒定密度的约束。由于多类非线性变分活动轮廓模型缺乏区域外力,容易分割出离散、零碎的噪声区域,通过引入测地线区域外力约束项,能有效分割出区域间的光滑边界。针对多类变分模型的最小化问题是NP难问题,提出对多类变分活动轮廓模型进行离散化表达,然后构建对应的多层图割模型,并利用最大流/最小割优化方式快速求得全局近似最优解。实验表明,该文提出的分割方法能够准确地分割出多类非同质目标区域,且区域之间的边界光滑,视觉效果好。
二进制QR码的一个简化查表译码算法
包小敏, 瞿云云, 武登杰, 袁治华, 刘旭, 李梅
2016, 45(5): 791-795. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.014
摘要:
基于QR码的特点和伴随式的重量,给出了二进制QR码的一个新的简化查表译码算法。译码表的行是形如( e,eH )的向量,其中 e 是错误仅出现在信息部分且错误个数不超过码的纠错能力一半的错误模式, eHe 的伴随式。该算法适用于所有的二进制QR码。其译码表的行数在目前已知的二进制QR码的查表译码算法中是最小的。因此该算法不仅有一定的理论意义,也有一定的实用价值。
代理动态操作的云数据拥有性证明方案
赵洋, 任化强, 熊虎, 陈阳
2016, 45(5): 796-801. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.015
摘要:
传统支持动态操作的云存储系统中,对于云中动态文件的动态操作所产生的计算和通信开销是由用户完全承担的,这给用户带来了相应的计算和通信压力。为了解决该问题,构造了云环境下第三方代理动态操作的数据拥有性证明方案,方案中引入了一个功能强大的第三方审计者,用户不仅能委托其承担审计工作而且能够使其代理完成动态操作的任务,在任务处理的过程,系统能够保证用户的数据在第三方审计者中的隐私性。从安全和性能分析可以看出该方案能高效安全地完成审计任务。
多Agent交互策略模型检测方法
张涛, 谢红, 黄少滨
2016, 45(5): 802-807. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.016
摘要:
提出一种基于模型检测的多Agent交互策略验证方法,首先通过责任政策语言建模多Agent的交互策略,基于责任政策语言的操作语义将政策模型转换为模型检测器NuSMV的输入,利用时态逻辑声明表征策略冲突的系统性质,然后利用模型检测器NuSMV自动验证政策模型对性质的可满足性,并根据模型检测器产生的反例分析交互策略中的各种错误。该方法可提高交互策略的验证效率,确保多Agent系统设计的正确性。
一种全同态加密的安全内积计算方案
邓江, 许春香, 杨浩淼
2016, 45(5): 808-811. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.017
摘要:
在云计算环境下密文top-k检索的众多方法中,该文聚焦于同态加密方法,该公钥加密方法具有不解密就能对密文进行操作的优点。在密文top-k查询中,内积相似性是度量索引向量和查询向量的相似性的最常用的一个指标。该文提出一个安全计算两向量内积相似性的方案,该方案使用基于环上错误学习问题的批处理和打包的同态加密来保护隐私。与其他方法相比,该方案具有通信代价低和计算代价低的优点。
可证安全的无证书部分盲签名机制
赵振国
2016, 45(5): 812-818. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.018
摘要:
针对现有无证书部分盲签名机制计算复杂度过高的问题,该文设计了一种高效的无证书部分盲签名机制。首先,分析了一个无证书部分盲签名机制的安全性;其次,利用椭圆曲线密码构造一种新的无证书部分盲签名机制;最后,在随机预言模型下证明提出的无证书部分盲签名机制是安全的。分析表明,提出的无证书部分盲签名机制不仅能解决以往机制中存在的安全性缺陷,而且具有更好的性能。
基于MRF的SMT焊点区域分割的研究
宋强, 茹蓓, 刘凌霞
2016, 45(5): 819-823. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.019
摘要:
基于马尔可夫随机场(MRF)图像分割模型,该文提出了一种能够较好分割出表面贴装技术(SMT)焊点区域的分割算法,即基于Gibbs采样的模拟退火算法,并讨论了影响图像分割效果的主要因素,最后将该算法与传统的Gibbs采样算法以及模拟退火算法进行比较。实验结果表明,该算法通过少量人工干预、降低采样维度,从而减少了优化收敛时间,能最快地收敛到全局最优,分割成功率较高,结果较为精确,为进一步的焊点质量分析提供了保证。
大脑局部电位信号与呼吸的关系模型研究
郭祯, 李晖, 吴慰
2016, 45(5): 832-838. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.021
摘要:
由于脑电波信号由无数神经放电构成,使得研究大脑与生理动作刺激之间的关系极具挑战性。根据脑电波与呼吸之间的机理特征,该文采用小波变换分解并重构了局部电位信号的主要成分,采用主成份方法分析了与呼吸相关的脑电波主要成分,分析了子波段与呼吸的强弱关联关系与周期性关系。引入径向基函数神经网络方法辨识了脑系统的呼吸与局部电位信号关系模型。
通信与信息工程
选择利用Wishart和K统计描述的极化SAR图像分割
刘修国, 徐乔, 陈启浩, 陈奇
2016, 45(5): 713-719. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.001
摘要:
为得到极化SAR图像中不同异质程度区域的准确分割,本文提出一种选择利用Wishart和K统计描述的极化SAR图像分割方法。该方法采用分形网络演化算法思想,将简单线性迭代聚类算法生成的超像素作为初始对象;再根据区域异质度指标,选择利用Wishart分布或K分布描述对象的统计相似性;最终实现综合利用Wishart和K统计描述的极化SAR图像分形网络演化分割。通过模拟数据和真实极化数据进行实验并与其它方法相比较,结果表明,本文方法在整体上能准确分割不同异质程度的地物,在局部细节上分割结果边界更精细。
DTN中基于解码预判的高效低时延数据传输算法
姚玉坤, 朱丽青, 陈曦, 任智, 徐亚伟, 余志龙
2016, 45(5): 720-725. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.002
摘要:
针对延迟容忍网络(DTN)中编码节点受限的数据传输机制(Hubcode)存在网络开销大、解码时延长的问题,该文提出一种基于解码预判的高效低时延数据传输算法(HLDA)予以解决。HLDA算法提出了hub节点解码预判新机制以减少数据包的端到端传输时延。通过提出单播、广播混合传输新机制减少beacon信息包的广播次数,从而减少网络开销;并提出减少编码系数矩阵交互机制,更进一步地减少网络开销。仿真结果表明,该算法能够有效降低网络开销,减少端到端的时延。
基于ADMM的分布式功率分配和接入控制联合优化算法
林静然, 姜昌旭, 利强, 邵怀宗, 李玉柏
2016, 45(5): 726-731. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.003
摘要:
传统网络节能问题在给定的服务质量(QoS)限制下实现传输功耗最小化。在此基础上引入接入控制,通过联合优化接入用户和发射功率进一步实现网络节能。当网络无法满足所有用户的QoS要求时,接入控制使网络服务尽可能多的用户。它还能对用户进行分类和挑选,以较低功耗代价满足接入用户的QoS条件,提高传输功效。在将原问题转换成一个近似的凸稀疏优化问题后,利用交错乘子法(ADMM)对其进行分布式迭代求解。该算法的每一步都具有闭合解,因此运算量很低。计算机仿真验证了该算法的正确性和有效性。
M维软解调的FH/MFSK系统抗PBNJ性能分析
杜洋, 董彬虹, 唐鹏, 王莉
2016, 45(5): 732-737. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.004
摘要:
针对FH/MFSK系统,提出一种MFSK信号的M维软解调能量信息,作为译码器软输入的方法,避免了近似比特对数似然信息(LLR)的计算,并结合卷积码,给出了相应的软译码算法。理论推导了采用该算法的FH/MFSK系统在AWGN和Rayleigh衰落信道下抗PBNJ性能,给出了BER的上界闭合表达式。计算机仿真验证了理论推导的正确性,并与近似比特LLR和硬判决2种译码器输入信息的FH/MFSK系统进行对比,证明该算法获得了明显的抗PBNJ处理增益。
基于复数域网络编码的D2D传输方案设计
王静, 欧阳明生, 罗威, 王新梅
2016, 45(5): 738-743. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.005
摘要:
终端直通(D2D)用户在复用蜂窝网络频谱资源提高频谱效率的同时,不可避免地会受到蜂窝用户的干扰,为此该文提出一种基于复数域网络编码的D2D传输方案。D2D用户复用蜂窝下行链路频谱,将蜂窝基站和D2D发送端作为两个独立的信源,蜂窝用户作为中继节点。蜂窝用户对检测到的蜂窝信号和D2D信号进行复数域网络编码,D2D接收端采用最大似然多用户检测恢复出D2D信号,消除蜂窝用户对D2D用户的信号干扰。理论分析与仿真结果表明,该方案较传统的D2D传输方案,在确保消除蜂窝信号干扰的同时,能显著提高系统可达速率,降低符号错误概率。
一种磁控忆感模拟器的设计及其特性分析
杨凌, 苏婧, 黄麟, 蒲中柱
2016, 45(5): 744-749. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.006
摘要:
记忆器件的出现为电路设计提供了新的方法,由于目前尚无法获得实际的记忆器件,所以研究人员通常通过搭建电路模拟器的方法对其进行研究。本文直接从忆感器的定义出发,建立了一种磁控忆感器的数学模型,采用通用电路元器件设计了一种不包含忆阻器的磁控忆感“浮地”电路模拟器,并采用Matlab和Multisim混合仿真的方法,给出了在不同交变信号激励以及不同参数下磁控忆感电路模拟器的系统级仿真实验,结果表明:所设计的磁控忆感器具有磁通-电流之间的自收缩磁滞回线特性,是一种具有记忆特性的非线性电感,这与理论概念上的忆感器特性相吻合,从而为忆感器在电子学领域产生新的应用电路提供了器件模拟实体。
容忍单粒子多节点翻转的三模互锁加固锁存器
黄正峰, 倪涛, 欧阳一鸣, 梁华国
2016, 45(5): 750-756. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.007
摘要:
为了能够容忍单粒子多节点翻转,提出了一种新颖的三模互锁加固锁存器。该锁存器使用具有过滤功能的代码字状态保存单元(CWSP)构成三模互锁结构,并在锁存器末端使用CWSP单元实现对单粒子多节点翻转的容错。HSPICE仿真结果表明,相比于三模冗余(TMR)锁存器,该锁存器功耗延迟积(PDP)下降了58.93%;相比于容忍多节点翻转的DNCS-SEU锁存器,该锁存器的功耗延迟积下降了41.56%。同时该锁存器具有较低的工艺偏差敏感性。
强激光靶耦合产生电磁脉冲信号处理方法研究
李廷帅, 杨进文, 刘西云, 杨鸣, 易涛, 王传珂, 王锐, 高占忠, 刘慎业, 丁永坤, 江少恩
2016, 45(5): 757-762. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.008
摘要:
基于惯性约束聚变的激光靶耦合过程会产生大量的电磁脉冲,严重影响诊断设备的正常运行和测试数据的精确采集。该文采用Tikhonov正则化结合L-curve参数优化法,通过把电场、电压和传递函数的关系离散化,绘制L曲线图以确定最适正则化参数,从而对测试数据进行优化。结果表明,L-curve在成功消除病态数的同时还具有较强的抗噪声抗干扰性能,达到明显数据优化作用。
投射式电容触摸屏高精度驱动与检测方法
张晋芳, 陈后金, 张利达
2016, 45(5): 763-766. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.009
摘要:
抗噪声能力是投射式电容触摸屏驱动和检测电路的难点。在研究电容式触摸屏驱动的基础上,提出了一种电容触摸屏高精度驱动与检测方法,通过采用多电极驱动结合IQ正交解调技术,选取合适的驱动矩阵有效地降低感应电极耦合信号的干扰噪声、并消除由信号传输路径不同所引入的相位差,获得信噪比高、一致性好的解调数据。实验测试表明,采用该方法可以实现高性能、低成本触摸屏驱动芯片,为用户带来更好的触控体验。
自动化技术
基于后向差分Delta算子的卡尔曼滤波算法及其仿真
宋召青, 王康
2016, 45(5): 767-771. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.010
摘要:
在高速采样时,Delta算子离散化模型的参数趋于原来的连续时间模型,且Delta算子实现时系统具有较好的数字特性,使其能够改善基于传统移位算子的离散卡尔曼滤波中存在的滤波发散问题。该文采用正交投影法,推导了基于Delta算子的随机线性离散系统的卡尔曼滤波方程,最终给出了基于后向差分Delta算子的卡尔曼滤波递推算法,并进行了仿真研究。实验结果和性能分析表明,在高频采样情形下基于后向差分Delta算子的递推卡尔曼滤波的收敛性能优于常规卡尔曼滤波。
继电保护电流测量回路极性检测方法
王洪彬, 曾星星, 赵红, 熊小伏, 欧阳金鑫, 张友强, 陈涛
2016, 45(5): 772-777. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.011
摘要:
基于电流原理的继电保护是电力系统应用最广泛的主保护装置,其测量回路异常将直接导致保护设备误动或拒动,是电力系统应尽量预防的高风险事故。极性是保护二次系统电流测量回路的重要特征,但其现有检测方法仍较繁琐复杂,而且常常出现错检漏检事件,从而严重影响电力系统的安全性和可靠性。因此,有必要研究更为简易可靠的极性检测措施以确保电流测量回路极性的正确性。为此该文定义了广义变比,建立了继电保护电流测量回路极性辨识模型,分析了测量回路综合误差对极性监测的影响,并得到了测量回路极性故障判据。仿真分析验证了该方法的有效性。
测量不确定度估计的极限费舍尔信息方法
谢暄, 高乐, 吕珏, 李西峰, 谢三山, 谢永乐
2016, 45(5): 778-784. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.012
摘要:
极限费舍尔信息(EFI)是源于极限物理信息理论下的一种信息测度。由于在测量实践中,很难一一准确且高效地定义与补偿所有影响测量结果的因素并估计测量不确定度。因此,该文提出了采用根据EFI推导的概率密度函数(PDFs)来估计被测量的测试边界信息,即待测系统的测量不确定度。该方法能够根据不同的不确定度影响因素以及待测系统的物理规则更加动态地刻画测量不确定性。从物理应用角度进行了详细的数理推导与讨论,相比不考虑物理意义的数学模型,该方法更适用于实际应用。最后,用两组实例验证了该EFI方法的有效性。
小麦S波段多层后向散射模型
何磊, 童玲, 陈彦, 李玉霞
2016, 45(5): 785-790. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.013
摘要:
针对麦穗出现后小麦生长期的微波散射特性,基于矢量辐射传输理论(VRT),建立了小麦S波段多层后向散射模型。模型把小麦冠层划分为麦穗层、麦秆叶层和土壤层,并基于能量守恒的矢量辐射传输理论,对电磁波强度的反射、吸收和传输进行了分析,采用5项后向散射贡献构成冠层总后向散射。模型的解析首先采用先进积分方程模型(AIEM)对土壤粗糙面的后向散射进行模拟,然后利用消光矩阵和相矩阵分别计算散射能量的衰减和散射方向的变化,最后利用Mueller矩阵获得最终的解析解。该文选用2011年川西实验场测量的小麦S波段散射数据对构建的模型进行验证与分析,模型的模拟值与实测值吻合较好。研究结果表明麦穗出现后对小麦冠层后向散射影响较大,建模时有必要单独考虑麦穗的影响。
复杂性科学
基于上下文相关的未知实体词识别方法
夏虎, 黄文茜
2016, 45(5): 839-844. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.022
摘要:
现有的未知实体词识别方法主要针对人名、地名、机构名等具有特定结构的实体词进行识别,而随着电子商务和社交网络的快速发展,出现了大量结构不确定的专有领域未知实体词。针对该问题,提出两种基于上下文相关的未知词识别算法,通过计算词(字)和词(字)之间的上下文相关性,得到其潜在组合的支持度,并通过过滤模块过滤掉错误的组合,实现具有非确定型结构的未知实体词识别。实验表明,该算法具有较高的准确率,并且可以通过调整参数适应不同的应用场景。
异常链路分析在电力网络恢复中的应用
郭婷婷, 赵承业
2016, 45(5): 854-859. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.024
摘要:
在大规模瘫痪状态下的电力系统的恢复过程中,网络中的一些特殊连边起到了关键作用,这是该文提出的基于异常链路分析的网络重构策略的主要思想。通过链路预测算法对网络中真实存在的连边进行异常度排名,以优先恢复异常度高的电源节点为目标,建立骨架网络恢复策略,然后根据链路的重要性进行骨架网络之外的线路的修复。这样不仅可以快速连通电源发电机,也能及时恢复重要线路,具有实际意义。
生物电子学
基于事件相关电位近似熵识别心理意识真实性的研究
赵敏, 赵春临
2016, 45(5): 860-864. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.025
摘要:
研究受试者在隐藏信息测试(CIT)模式下心理意识真实性识别。通过对15名受试者进行测试并记录其事件相关(ERP)脑电信号,对不同刺激信息诱发的ERP信号的近似熵进行分析。研究结果显示,当刺激信息出现时,近似熵出现了明显的下降趋势;刺激任务完成后,近似熵回升到刺激前水平。以近似熵下降百分比作为近似熵下降程度的量化参数,对比不同类型刺激信息诱发ERP信号的近似熵下降百分比,发现无关刺激在刺激反应过程中,对应的近似熵下降百分比显著大于相关刺激和靶刺激的下降百分比(p<0.001),说明近似熵的下降程度可以作为识别受试者隐藏信息的一种辅助特征参数。
电场对种子影响的时效性分析方法及应用
包斯琴高娃, 马占新, 丁昌江
2016, 45(5): 865-872. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.026
摘要:
针对以往生物信息综合评价中生物效应指标权重确定困难、忽视指标个性信息等弱点,应用非参数广义数据包络分析方法给出了一种综合评价电场强度对植物种子影响时效性的分析方法,该方法不仅考虑了种子的个性信息,而且还克服了确定指标权重的困难。应用该方法研究了电场对小麦种子影响的时效性。研究结果表明,在0.5~6.0 kV/cm场强范围内,小麦种子幼苗形态指标随电场强度增加呈现振荡性变化,并且随着贮存时间的延长其显著性慢慢消失。