2021年, 第49卷, 第3期 刊出日期:2021-03-25
  

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    学术论文
  • 欧庆于, 罗芳, 吴晓平, 杨鹏
    电子学报. 2021, 49(3): 417-423. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200514
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    随着信息体系对抗强度的升级,网络空间已演变为由各类信息平台及控制网络互联而成的复杂网电环境,所面临的安全威胁日趋复杂.作为网络空间安全的基石,各类密码算法实现不可避免地受到由环境引入或攻击者恶意施加的故障扰动影响,进而引发密码安全性问题.本文以电压毛刺故障扰动手段为基础,对分组密码算法实现的故障产生机理及安全扰动机制进行了分析和研究;构建了用于刻画密码电路故障传播概率性波动模型;结合不可区分性理论、活动字节传播概率的统计分布技术,提出了能够充分反映故障扰动场景下分组密码实际安全特性的度量框架.实验表明,该度量框架能够充分反映实际故障概率传播特性与攻击者区分优势之间的关联性,并对分组密码实现在遭受故障攻击下的安全性实施客观分析.
  • 杨艺, 蒋良孝, 李超群, 李宏伟
    电子学报. 2021, 49(3): 424-434. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200337
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    在众包学习中,使用标记集成算法得到的集成标记中仍然存在一定程度的标记噪声.本文受三重训练思想的启发,提出了一种基于tri-training的众包标记噪声纠正算法(Tri-Training-based Label Noise Correction,TTLNC).TTLNC首先使用过滤器获得干净集和噪声集,然后在干净集上进行bagging分别训练三个不同的分类器,并通过这些分类器重新标注噪声集中的实例,同时按照实例分配策略将实例分配给相应的训练集.最后在新训练集上重新训练三个不同的分类器,并用新分类器的分类结果重新标注所有实例.在仿真标准数据和真实众包数据集上的实验结果表明TTLNC比其他四种最先进的噪声纠正算法在噪声比和模型质量两个度量指标上表现更优.
  • 禤韵怡, 杨春玲
    电子学报. 2021, 49(3): 435-442. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200272
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    基于迭代优化的传统视频压缩感知重构算法运行时间长,参数的自适应性较低,限制了其实用性和泛化能力.利用神经网络强大的计算能力和运行速度快、参数可学习的优点,本文首先提出了帧间组稀疏网络(VGSR-Net),用神经网络将图像块组映射到更高维的稀疏表示域中,并利用可学习的阈值提取帧间相关特征.在此基础上,提出了两阶段混合递归增强重构网络(2sRER-VGSR-Net).首先,利用VGSR-Net对初始重构结果进行初步增强;然后,引入STMC-Net实现运动估计,并利用残差重构网络进一步重构当前帧丢失的信息,得到更高质量的重构结果.在第二阶段重构过程中采用混合递归结构,充分利用已有的高质量重构帧信息.仿真结果表明,所提算法与现有最优迭代优化重构算法SSIM-InterF-GSR相比重构性能提升了1.99dB;和基于深度学习的重构网络CSVideoNet相比,性能提升了4.60dB.
  • 赵二虎, 吴济文, 查晶晶, 郭振, 徐勇军
    电子学报. 2021, 49(3): 443-453. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200415
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    以x86+GPU为代表的当前主流AI计算平台,受限于功耗、体积、带宽、环境适应性等因素,无法适用于物端及边缘智能计算场景.提出并研究了一种基于ARM+DLP+SRIO的嵌入式智能计算系统,从AI算力、能效比、IO带宽三个方面分析了所提嵌入式智能计算系统的设计思路和技术优势,并实验验证了该系统的功能及性能指标.实验结果表明:基于ARM+DLP+SRIO的嵌入式智能计算系统AI峰值算力达到114.9TOPS,能效比达到1.03TFLOPS/W,IO带宽达到20Gbps.在智能计算系统领域,其能效比优于国内其它已知同类板卡或系统,嵌入式环境适应能力优于传统台式机和服务器,可作为物端及边缘环境下AI计算任务的通用硬件加速平台.
  • 王鹏, 姬红兵, 刘龙, 张文博
    电子学报. 2021, 49(3): 454-460. https://doi.org/10.12263/DZXB.20181053
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    利用到达角(Angel Of Arrival,AOA)进行目标定位是被动监测领域广泛采用的技术之一.然而,在多基站多目标环境中,通常难以直接获得AOA量测数据间的关联关系,因此需要在目标定位前进行有效的量测数据关联.本文针对AOA量测数据的关联问题,提出了一种基于多向次序关联的AOA量测数据关联方法.该方法首先构建了一种用于描述数据间关联程度的代价函数,并利用雅克比方法估计误差分量的方差.其次结合分配算法和寻优思想,分别计算局部关联方向和基站的关联次序,最终得到关联结果.实验验证了本文方法对密集目标和随机目标量测数据关联的有效性.
  • 徐志明, 艾小锋, 刘晓斌, 吴其华, 赵锋
    电子学报. 2021, 49(3): 461-469. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191261
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    双基地雷达观测下,锥体目标的微动特征可以由顶部局部型散射中心,底面边缘滑动型散射中心和侧面滑动型散射中心的微多普勒来表述.首先,本文建立了三种类型双基地散射中心的微多普勒统一参数化模型;然后,提出滑动系数概念,即采用参数化模型两个参数的比值来定量评价散射中心的滑动特性,从而判别锥体目标上散射中心的类型;最后,通过电磁仿真验证了该参数化模型的准确性以及散射中心类型判别方法的可靠性,对锥体目标识别具有重要意义.
  • 罗智勇, 朱梓豪, 谢志强, 孙广路
    电子学报. 2021, 49(3): 470-476. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191211
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    为解决云计算环境下工作流多目标难于优化的问题,本文提出了一种花朵差分授粉工作流多目标调度优化算法.该算法将工作流中任务和虚拟机建模成花粉,将完整的调度序列建模成花朵.依据任务的偏序关系进行离散花朵授粉过程.仿真结果表明较算法NSGA-Ⅱ和MEOA/D,该算法能在限定的截止期和预算的条件下具有更高的资源利用率.
  • 赖春露, 姚统, 王路
    电子学报. 2021, 49(3): 477-483. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200289
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    为满足实际应用对窄带信号高精度微分及微分系统低常延迟的需求,本文提出平坦低延迟有限冲激响应数字微分器的优化设计算法,在平坦性和相位误差约束下对最大幅值逼近误差进行最小化.利用线性方程通解表达式来消除平坦约束,确保了微分器的平坦度要求.利用群延迟误差对相位误差重加权,降低了微分器的通带群延迟误差.设计例子及与文献方法的比较,展现了本文方法的有效性和优越性.
  • 车向北, 康文倩, 邓彬, 杨柯涵, 李剑
    电子学报. 2021, 49(3): 484-491. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200120
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    软件定义网络作为未来网络架构的发展方向,通过分离数据平面与控制平面高效设定路由方案.而在路由方案的优化过程中,准确预估给定路由方案下的网络性能是其关键.本文基于图神经网络建模网络中物理链路与路由方案路径的关系,在给定的路由方案与网络流量下对网络中的各项端到端性能指标(如延迟、抖动)进行准确预估,以辅助优化路由方案.本文基于OMNeT++来生成数据并进行实验,实验结果表明本文提出的模型能够针对延迟抖动等端到端性能指标进行准确预估,预估平均相对误差不超过4.1%.实验也对比了传统最短路径路由算法与基于该预测模型给出的最优路由方案下的端到端性能,相比传统最短路径路由算法,平均延迟和平均抖动分别降低了19.8%和33.52%,最大延迟和最大抖动降低了36.18%和35.45%.
  • 孙志宇, 魏晓光, 赵志斌, 周万迪
    电子学报. 2021, 49(3): 492-499. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200117
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    新一代增强平面栅软穿通型(Soft Punch Through+,SPT+) IGBT采用了阴极侧载流子浓度增强技术,降低了通态损耗.现有仿真模型大多是基于典型穿通型(Punch Through,PT) IGBT建立的,无法准确描述SPT+型IGBT的通态特性.本文在现有PT模型的基础上,结合SPT+型IGBT的结构特点和工作特性,将基区分为PIN区和PNP区两个部分,对阴极侧载流子分布进行优化,提出一种改进的SPT+型IGBT稳态模型.通过新旧模型的仿真波形与实测波形的对比,验证了改进模型的准确性.
  • 陈云翔, 王泽洲, 蔡忠义, 项华春, 王莉莉
    电子学报. 2021, 49(3): 500-509. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200050
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    针对现有机载电子设备剩余寿命自适应预测方法在新研小样本条件下,未能综合考虑设备隐含退化建模与漂移系数在线更新的问题,本文提出一种基于期望最大-扩展卡尔曼滤波(Expectation Maximization-Extended Kalman Filter,EM-EKF)与隐含比例退化模型的机载电子设备剩余寿命自适应预测方法.首先,基于非线性Wiener过程构建带比例关系的设备隐含退化模型;其次,在引入漂移系数更新机制的基础上建立设备退化状态方程,并采用EKF算法同步更新设备退化状态与漂移系数;然后,采用EM-EKF算法实现对退化模型参数的自适应估计;最后,基于全概率公式,推导出设备剩余寿命的概率密度函数.通过对单台微机械陀螺仪实测数据进行分析,验证了本文所提方法具有更好的模型拟合性与预测准确性.
  • 张亮, 王国宏, 张翔宇, 李思文, 辛婷婷
    电子学报. 2021, 49(3): 510-517. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191334
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    针对现有移频干扰对抗方法,分析得出基于回波匹配输出中心频率鉴别干扰适用范围有限、调频斜率捷变LFM (Slope Varying LFM,SV-LFM)波形能够一定程度抑制干扰,但需设计合理捷变方式的结论.同时,以LFM脉冲多普勒雷达抗自卫式移频干扰为背景,提出联合相参积累和二维分数阶傅里叶变换(Two Dimensional Fractional Fourier Transform,2D-FRFT)干扰鉴别方法,根据回波信号在两种处理方式下的峰值差异,对比门限鉴别目标真伪.仿真结果表明分析结论正确,所提方法可行有效.
  • 欧阳一鸣, 张鹏, 王奇, 安鑫, 梁华国
    电子学报. 2021, 49(3): 518-526. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191304
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    WiNoC (Wireless Network-on-Chip)中的无线路由器面临着比传统片上路由器更加严峻的拥塞问题,平衡有线/无线链路负载是当前无线片上网络的研究热点之一.为此本文提出并设计了一种基于优先级的交叉开关仲裁方案PbSA (Priority based Switch allocator),其将优先级更高的无线数据包优先路由至无线路由器;结合PbSA提出了拥塞感知的路由算法CARA (Congestion-aware Routing Algorithm),该算法有效平衡有线/无线链路负载且避免死锁,提高了数据包在网络中的路由效率.此外,本文还提出了新颖的虚通道划分方法,它不仅减少了实现PbSA的硬件复杂度,而且缓解了无线路由器发生拥塞时对整个网络的影响.实验表明,虽然本文的方案引入了较小的面积和功耗开销,但是具有良好的流量自适应特性,从而在低注入率或高注入率的情况下较好的提升了网络性能.
  • 蒋侣, 张恒巍, 王晋东
    电子学报. 2021, 49(3): 527-535. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191070
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    随着移动目标防御技术研究的不断深入,移动目标防御策略选取问题成为当前研究的热点问题之一,本文提出一种基于多阶段Markov信号博弈模型的移动目标防御最优策略选取方法.首先,结合攻防实际,提出实施攻击所需构建的攻击链模型.其次,在考虑状态随机跳变的基础上,将多阶段信号博弈模型与Markov决策过程相结合,构建基于多阶段Markov信号博弈的移动目标防御模型.同时,引入Logistic映射刻画攻防博弈系统中可能造成概率更新过程失真的随机干扰因素.在形式化建模的基础上,设计折扣收益目标函数,并提出均衡求解算法,给出最优防御策略选取算法.最后,通过仿真实验验证模型和方法的有效性.
  • 李燕, 严永财
    电子学报. 2021, 49(3): 536-541. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191033
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    投影仪向绘制有同心圆阵列的标定板投射彩色同心圆,利用同心圆投影满足的几何约束确定圆心图像坐标,计算标定平面、投影平面和相机成像平面之间的单应,实现系统标定.利用颜色信息分离投影同心圆和标定板标记图像,简化标定步骤减少图像采集数量;同时通过交比不变性实现同心圆自动匹配,避免人工干预.实验结果证明算法简单高效.
  • 高杨, 黄仰超, 程国兵, 段磊
    电子学报. 2021, 49(3): 542-549. https://doi.org/10.12263/DZXB.20190150
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    针对传统多目标威胁评估方法通常是二支决策,只能得到目标威胁排序,需要主观地划定威胁等级与选择作战目标数,不适应于复杂动态任务环境的问题,提出直觉模糊信息下基于VIKOR和三支决策的多目标威胁评估方法.首先,对动态直觉模糊威胁评估信息进行集结并求取属性权重;然后,通过VIKOR方法求取目标决策所需的条件概率;最后,通过评估信息构造各属性下目标的损失函数矩阵,集结得到目标的综合损失函数矩阵,计算综合阈值,得到决策规则.算例分析表明,所提方法能够有效地处理动态不确定目标态势信息,将传统方法的二支排序结果转变为三支分类结果;可以依据目标态势信息客观地选取作战目标.
  • 陈丹, 姚伯羽
    电子学报. 2021, 49(3): 550-558. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200433
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    针对小型移动机器人对人体目标快速运动或遮挡导致的跟踪准确率降低甚至跟踪失败问题,通过建立足部运动模型预测双脚位置信息,获得核相关滤波(KCF,Kernel Correlation Filter)目标检测区域,再结合输出响应峰值邻域相关检测,提出了运动模型引导的自适应核相关滤波算法.对实际拍摄的七组不同情况下的视频进行了足部目标跟踪实验,结果表明运动模型引导的自适应响应KCF算法平均跟踪准确率最高,且在短时间遮挡情况下的算法跟踪准确率也达到86%,明显高于自适应响应KCF、BACF (Background Aware Correlation Filters)以及SAMF (Scale Adaptive kernel correlation filters with Multiple Features)三种跟踪算法.最后在ROS (Robot Operating System)下将所提算法应用于Turtlebot机器人目标跟踪测试,成功克服了遮挡情况对足部跟踪带来的影响,验证了所提算法具有较强的鲁棒性和实时性.
  • 崔子熙, 胡宇翔, 兰巨龙, 王雨
    电子学报. 2021, 49(3): 559-565. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200199
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    为充分利用数据中心网络的多路径带宽,现有研究多采用基于链路感知的负载均衡算法,在动态获取全局链路拥塞信息后选取最优路径对流量进行转发.然而这些研究未考虑数据中心网络流量大小分布不均匀的特性,难以在选路成本和转发效率上取得平衡.为此,设计一种基于流分类的数据中心网络负载均衡机制(ULFC,Utilization-aware Load balancing based on Flow Classification),在实现拥塞感知的基础上进行流量特征分析,采用不同的策略为大、小流分配路径,实现网络流量特征与选路方法优势的最佳匹配.实验结果表明,相比于现有方案,ULFC的平均流处理效率提高了1.3倍至1.6倍,路由成本降低了50%以上.
  • 姜宏志, 赵闯, 胡德秀, 赵拥军, 赵勇胜, 刘智鑫
    电子学报. 2021, 49(3): 566-572. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191316
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    现有的分选算法均或多或少地存在对复杂调制信号难以分选、分选正确率低、对低重频信号分选效果差以及实时性差等问题.本文针对以上问题,提出了一种基于多站时差和多参数信息联合的单脉冲信号实时分选方法.该方法首先引入时差窗,对多站接收到的脉冲信号进行粗配对,分别得到多个可能与主站单脉冲正确配对的"脉冲对"序列;然后,利用脉内多参数信息对"脉冲对"进行精确匹配,获得真实配对的"脉冲对",进而计算"脉冲对"对应的时差并得到"时差对"序列;最后,在误差容限内,依据时差的不变性,实现对单脉冲信号的实时分选.仿真结果表明,与现有算法相比,该算法能够对复杂脉间和脉内调制信号、超低重频信号甚至单脉冲信号进行有效分选,具有较高的分选正确率和较好的分选实时性.
  • 樊凌雁, 燕武, 陈晞涵
    电子学报. 2021, 49(3): 573-577. https://doi.org/10.12263/DZXB.20180895
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    为了克服无人机在传输数据过程中能量消耗较大的问题,本文首先根据实际场景建立了无人机的传输能量消耗模型,其次利用离散线性状态空间近似和线性化技术对该模型进行近似处理,最后提出了基于凹凸过程(Concave-Convex Procedure)的迭代算法.数值仿真结果表明,提出的算法收敛迅速并能达到较好的效果.
  • 王亚良, 倪晨迪, 金寿松
    电子学报. 2021, 49(3): 578-585. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200228
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    针对传统多目标优化算法在求解Pareto解集时存在全局搜索能力与局部寻优能力无法得到有效平衡的问题,提出了一种基于多邻居结构的自适应元胞差分算法.该算法在保留传统元胞差分算法进化特点的基础上,使用更加丰富的多邻居结构替换原有的单一邻居结构,并且依据相应元胞个体的性能优劣来对其邻居结构进行选择分配.同时,面对进化过程中的复杂性能需求,算法定义了一种周期性变化的变异策略来实现不同进化阶段的自适应调节.最后,利用DTLZ系列测试函数对算法性能进行测试,并通过与四种经典的多目标优化算法相比较,证明了改进后的算法拥有更好的收敛性与分布性.
  • 陈长青, 郭春, 崔允贺, 申国伟, 蒋朝惠
    电子学报. 2021, 49(3): 586-595. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200623
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    传统的勒索软件动态检测方法需要收集较长时间的软件行为,难以满足勒索软件及时检测的需求.本文从勒索软件及时检测的角度出发,提出了"勒索软件检测关键时间段(Critical Time Periods for Ransomware Detection,CTP)"的概念,并基于CTP的要求提出了一种基于应用程序编程接口(Application Programming Interface,API)短序列的勒索软件早期检测方法(Ransomware Early Detection Method based on short API Sequence,REDMS).REDMS以软件在CTP内执行时所调用的API短序列为分析对象,通过n-gram模型和词频-逆文档频率算法对采集到的API短序列进行计算以生成特征向量,然后运用机器学习算法建立检测模型对勒索软件进行早期检测.实验结果显示,REDMS在API采集时段为前7s且使用随机森林算法时,分别能以98.2%、96.7%的准确率检测出已知和未知的勒索软件样本.
  • 吴绿, 张馨月, 唐茉, 王梓, 王永安
    电子学报. 2021, 49(3): 596-604. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200161
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    场景图像分割一直是机器视觉学习中较为复杂的重难点问题.本文在机器视觉注意力机制学习方法的基础上,融合人类对事物个体的认知,提出场景对象的Focus+Context语义表征,将对象类别信息带入图像底层特征学习中,运用概率统计理论,在抽象层上建模局部区域对象,再联合上下文语义信息推理全局与局部区域对象之间的关系,以实现类内焦点对象(Focus)突出的场景语义分割.实验验证,基于Focus+Context的语义表征和建模能够增加对象的识别率,尤其是在小样本环境下,所提出的方法能极大地简化场景的理解.
  • 唐焕玲, 郑涵, 刘艳红, 马思源, 窦全胜, 鲁明羽
    电子学报. 2021, 49(3): 605-613. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200210
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    当目标领域缺少足够多的标注数据时,迁移学习利用相关源领域的标注数据,辅助提升目标域的学习性能,但是目标域与源域的数据通常不满足独立同分布,容易导致"负迁移"问题.本文在有监督主题模型(Supervised LDA,SLDA)的基础上,融合迁移学习方法提出一种共享主题知识的迁移主题模型(Transfer SLDA,Tr-SLDA),提出Tr-SLDA-Gibbs主题采样新方法,在类别标签的约束下对不同领域文档中的词采取不同的采样策略,且无需指定主题个数.辅助源域与目标域共享潜在主题空间,Tr-SLDA通过发现潜在共享主题与不同领域类别之间的语义关联从源域迁移知识,可以有效解决"负迁移"问题.基于Tr-SLDA迁移主题模型提出Tr-SLDA-TC (Tr-SLDA Text Categorization)文本分类方法.对比实验表明,该方法可有效利用源域知识来提高目标领域的分类性能.
  • 张志勇, 程曦
    电子学报. 2021, 49(3): 614-618. https://doi.org/10.12263/DZXB.20200104
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    不确定性分析是量化不确定性从而获得统计特性的过程。在数值模拟中,均值、标准差等统计特性是评价数值仿真结果是否合理的重要依据。针对探地雷达系统建模仿真输出结果的不确定性,本文提出一种改进的不确定性分析方法。该方法结合辅助微分方程时域有限差分法与广义多项式混沌展开方法,对色散有损土壤模型的不确定参数所引起的仿真输出结果的不确定性进行量化表征,从而得到输出结果的不确定度。与传统不确定性分析方法蒙特卡洛方法相比,该方法计算效率更高,显著降低计算成本。
  • 李海, 尚金雷, 孙婷逸, 冯青, 庄子波
    电子学报. 2021, 49(3): 619-624. https://doi.org/10.12263/DZXB.20191217
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    针对传统降水粒子分类算法存在的过度依赖专家经验和模型预设误差问题,本文提出了一种基于离散属性贝叶斯网络(Bayesian NeTwork,BNT)的双偏振气象雷达降水粒子分类(Hydrometeor Classification,HC)方法.首先对双偏振气象雷达获取的偏振参量取值进行离散化处理生成离散化标准,并根据离散化标准制作训练数据集合;然后使用训练数据集合对贝叶斯网络进行结构学习学得贝叶斯网络结构,以及参数学习学得与贝叶斯网络结构匹配的条件概率表;最后加入附加信息计算出每种降水粒子类先验概率,与贝叶斯网络结构和条件概率表共同组成贝叶斯网络分类器.训练好的贝叶斯网络分类器根据最大后验概率准则完成对测试数据的降水粒子分类,与模糊逻辑算法对比评价结果.实验证明:该方法能有效区分不同的降水粒子得到准确的降水粒子分类结果.
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  • 电子学报. 2021, 49(3): 625-626.
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