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2016年 第38卷 第10期
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2016, 38(10): 2415-2422.
doi: 10.11999/JEIT151453
摘要:
多輸入多輸出(MIMO)雷達作為一種新型的雷達體制，其成像兼具高分辨率與實時性的優(yōu)點。由于觀測區(qū)域的稀疏性，MIMO雷達成像可以用壓縮感知的方法進行處理。而現(xiàn)有的MIMO雷達稀疏成像的貪婪恢復(fù)算法中，正交匹配追蹤算法(OMP)存在成像圖像有偽影的缺點，子空間追蹤算法(SP)則受到低分辨率的困擾。針對上述問題，該文提出一種稱為混合匹配追蹤算法的壓縮感知貪婪算法以實現(xiàn)MIMO雷達稀疏成像。通過將兩種貪婪恢復(fù)算法結(jié)合起來，利用OMP 算法選擇基信號的正交性和SP 算法具有基信號選擇的回溯策略，來重構(gòu)出高分辨率且沒有偽影的雷達圖像。仿真實驗驗證了所提算法的有效性。
多輸入多輸出(MIMO)雷達作為一種新型的雷達體制，其成像兼具高分辨率與實時性的優(yōu)點。由于觀測區(qū)域的稀疏性，MIMO雷達成像可以用壓縮感知的方法進行處理。而現(xiàn)有的MIMO雷達稀疏成像的貪婪恢復(fù)算法中，正交匹配追蹤算法(OMP)存在成像圖像有偽影的缺點，子空間追蹤算法(SP)則受到低分辨率的困擾。針對上述問題，該文提出一種稱為混合匹配追蹤算法的壓縮感知貪婪算法以實現(xiàn)MIMO雷達稀疏成像。通過將兩種貪婪恢復(fù)算法結(jié)合起來，利用OMP 算法選擇基信號的正交性和SP 算法具有基信號選擇的回溯策略，來重構(gòu)出高分辨率且沒有偽影的雷達圖像。仿真實驗驗證了所提算法的有效性。
2016, 38(10): 2423-2429.
doi: 10.11999/JEIT151391
摘要:
近年來，基于壓縮感知(Compressed Sensing, CS)理論的稀疏場景SAR成像成為研究熱點。在CS理論中，對于具有相同稀疏結(jié)構(gòu)的聯(lián)合稀疏目標(biāo)信號源，多重測量向量(Multiple Measurement Vectors, MMV)模型可以獲得優(yōu)于單重測量矢量(Single Measurement Vector, SMV)模型的重構(gòu)性能。然而，在距離徙動(Range Migration)不可忽略的應(yīng)用場景，SAR各脈沖回波1維距離像具有不完全相同的稀疏結(jié)構(gòu)，這使得無法在SAR應(yīng)用中直接引入MMV模型。該文針對MMV模型與SAR距離徙動的矛盾，提出一種改進的MMV模型。在該模型下，各方位向位置對應(yīng)的1維距離像的稀疏結(jié)構(gòu)不要求完全相同，而是符合距離徙動特性。論文所提出的RM-OMP算法根據(jù)符合距離徙動特性的稀疏結(jié)構(gòu)搜索稀疏信號支撐集，可以準(zhǔn)確地重建稀疏信號源。論文采用仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)實驗驗證了所提模型和算法的有效性。
近年來，基于壓縮感知(Compressed Sensing, CS)理論的稀疏場景SAR成像成為研究熱點。在CS理論中，對于具有相同稀疏結(jié)構(gòu)的聯(lián)合稀疏目標(biāo)信號源，多重測量向量(Multiple Measurement Vectors, MMV)模型可以獲得優(yōu)于單重測量矢量(Single Measurement Vector, SMV)模型的重構(gòu)性能。然而，在距離徙動(Range Migration)不可忽略的應(yīng)用場景，SAR各脈沖回波1維距離像具有不完全相同的稀疏結(jié)構(gòu)，這使得無法在SAR應(yīng)用中直接引入MMV模型。該文針對MMV模型與SAR距離徙動的矛盾，提出一種改進的MMV模型。在該模型下，各方位向位置對應(yīng)的1維距離像的稀疏結(jié)構(gòu)不要求完全相同，而是符合距離徙動特性。論文所提出的RM-OMP算法根據(jù)符合距離徙動特性的稀疏結(jié)構(gòu)搜索稀疏信號支撐集，可以準(zhǔn)確地重建稀疏信號源。論文采用仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)實驗驗證了所提模型和算法的有效性。
2016, 38(10): 2430-2436.
doi: 10.11999/JEIT151163
摘要:
針對多基地雷達系統(tǒng)，該文為解決傳統(tǒng)集中式檢測算法數(shù)據(jù)傳輸率大的問題，根據(jù)廣義似然比檢測算法和自適應(yīng)匹配濾波算法，提出兩種雙門限恒虛警率檢測器：雙門限廣義似然比檢測器和雙門限自適應(yīng)匹配濾波檢測器。首先各個局部雷達站將超過第1門限的局部檢驗統(tǒng)計量傳送到融合中心。然后融合中心根據(jù)局部雷達站傳送的數(shù)據(jù)計算融合后的全局檢驗統(tǒng)計量，并與第2門限比較，得到最終的判決結(jié)果。在各空間分集通道的信雜噪比假設(shè)相同的條件下，給出了雙門限自適應(yīng)匹配濾波檢測器的虛警概率和檢測概率的解析表達式。仿真結(jié)果表明，兩種雙門限檢測器在低數(shù)據(jù)率傳輸時能夠保持較好的檢測性能。
針對多基地雷達系統(tǒng)，該文為解決傳統(tǒng)集中式檢測算法數(shù)據(jù)傳輸率大的問題，根據(jù)廣義似然比檢測算法和自適應(yīng)匹配濾波算法，提出兩種雙門限恒虛警率檢測器：雙門限廣義似然比檢測器和雙門限自適應(yīng)匹配濾波檢測器。首先各個局部雷達站將超過第1門限的局部檢驗統(tǒng)計量傳送到融合中心。然后融合中心根據(jù)局部雷達站傳送的數(shù)據(jù)計算融合后的全局檢驗統(tǒng)計量，并與第2門限比較，得到最終的判決結(jié)果。在各空間分集通道的信雜噪比假設(shè)相同的條件下，給出了雙門限自適應(yīng)匹配濾波檢測器的虛警概率和檢測概率的解析表達式。仿真結(jié)果表明，兩種雙門限檢測器在低數(shù)據(jù)率傳輸時能夠保持較好的檢測性能。
2016, 38(10): 2437-2444.
doi: 10.11999/JEIT151469
摘要:
該文采用矢量傳感器配置下的十字型陣列MIMO雷達系統(tǒng)，提出一種新的2維高精度DOA與極化參數(shù)聯(lián)合估計算法。首先根據(jù)MIMO雷達虛擬陣列導(dǎo)向矢量的特點，通過降維矩陣的設(shè)計及回波數(shù)據(jù)的降維變換，將高維回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至低維信號空間；然后基于傳播算子獲得對應(yīng)信號子空間的估計，利用收、發(fā)陣列陣元間長基線對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)不變性和極化矢量中電場矢量和磁場矢量的叉積進行2維高精度DOA估計和解模糊處理，同時利用與陣列結(jié)構(gòu)無關(guān)的極化域旋轉(zhuǎn)不變性進行極化輔角和極化相位差的聯(lián)合估計。該矢量傳感器MIMO雷達陣列可同時獲取MIMO雷達的波形分集和矢量傳感器的極化分集，無需額外增加陣元和硬件開銷，能夠有效擴展陣列孔徑，提高參數(shù)估計性能；同時通過降維變換及傳播算子，在獲取信噪比增益的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)2維高精度DOA和2維極化矢量的聯(lián)合估計及參數(shù)的自動配對，有效降低數(shù)據(jù)處理維數(shù)和參數(shù)估計的運算復(fù)雜度；最后，仿真結(jié)果驗證了理論分析的正確性和算法的有效性。
該文采用矢量傳感器配置下的十字型陣列MIMO雷達系統(tǒng)，提出一種新的2維高精度DOA與極化參數(shù)聯(lián)合估計算法。首先根據(jù)MIMO雷達虛擬陣列導(dǎo)向矢量的特點，通過降維矩陣的設(shè)計及回波數(shù)據(jù)的降維變換，將高維回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至低維信號空間；然后基于傳播算子獲得對應(yīng)信號子空間的估計，利用收、發(fā)陣列陣元間長基線對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)不變性和極化矢量中電場矢量和磁場矢量的叉積進行2維高精度DOA估計和解模糊處理，同時利用與陣列結(jié)構(gòu)無關(guān)的極化域旋轉(zhuǎn)不變性進行極化輔角和極化相位差的聯(lián)合估計。該矢量傳感器MIMO雷達陣列可同時獲取MIMO雷達的波形分集和矢量傳感器的極化分集，無需額外增加陣元和硬件開銷，能夠有效擴展陣列孔徑，提高參數(shù)估計性能；同時通過降維變換及傳播算子，在獲取信噪比增益的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)2維高精度DOA和2維極化矢量的聯(lián)合估計及參數(shù)的自動配對，有效降低數(shù)據(jù)處理維數(shù)和參數(shù)估計的運算復(fù)雜度；最后，仿真結(jié)果驗證了理論分析的正確性和算法的有效性。
2016, 38(10): 2445-2452.
doi: 10.11999/JEIT151425
摘要:
針對雷達目標(biāo)回波信號存在不確定性導(dǎo)致MIMO雷達波形優(yōu)化設(shè)計性能下降問題，該文提出一種扁平橢球不確定集約束下的穩(wěn)健自適應(yīng)發(fā)射-接收波形聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計方法。首先將目標(biāo)脈沖響應(yīng)的誤差推廣到更為一般的扁平橢球不確定集約束條件，并利用Lagrange乘子法對優(yōu)化過程進行推導(dǎo)，得出扁平橢球不確定集約束下的閉式表達式。其次為了提高目標(biāo)脈沖響應(yīng)不確定集范圍較大時的優(yōu)化性能，采用了迭代魯棒最小方差法進行求解(IRMVB)，求得更為精確的目標(biāo)脈沖響應(yīng)，提高了SINR改善性能。然后進一步分析了基于扁平橢球不確定集約束條件與球體約束條件優(yōu)化問題的內(nèi)在聯(lián)系，推導(dǎo)得出該文求解過程為廣義對角加載方法。最后通過仿真實驗表明所提算法對于目標(biāo)回波信號不確定性具有更高的穩(wěn)健性。
針對雷達目標(biāo)回波信號存在不確定性導(dǎo)致MIMO雷達波形優(yōu)化設(shè)計性能下降問題，該文提出一種扁平橢球不確定集約束下的穩(wěn)健自適應(yīng)發(fā)射-接收波形聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計方法。首先將目標(biāo)脈沖響應(yīng)的誤差推廣到更為一般的扁平橢球不確定集約束條件，并利用Lagrange乘子法對優(yōu)化過程進行推導(dǎo)，得出扁平橢球不確定集約束下的閉式表達式。其次為了提高目標(biāo)脈沖響應(yīng)不確定集范圍較大時的優(yōu)化性能，采用了迭代魯棒最小方差法進行求解(IRMVB)，求得更為精確的目標(biāo)脈沖響應(yīng)，提高了SINR改善性能。然后進一步分析了基于扁平橢球不確定集約束條件與球體約束條件優(yōu)化問題的內(nèi)在聯(lián)系，推導(dǎo)得出該文求解過程為廣義對角加載方法。最后通過仿真實驗表明所提算法對于目標(biāo)回波信號不確定性具有更高的穩(wěn)健性。
2016, 38(10): 2453-2460.
doi: 10.11999/JEIT151452
摘要:
為了提高分布式MIMO雷達的多目標(biāo)速度估計精度，該文分析了發(fā)射功率和信號有效時寬對估計精度的影響，進而提出一種將兩者聯(lián)合優(yōu)化的資源分配算法。首先，以最小化目標(biāo)速度估計的克拉美羅界(CRLB)最大值為目標(biāo)函數(shù)，建立了包含發(fā)射功率和信號有效時寬兩個優(yōu)化變量的優(yōu)化模型，然后采用連續(xù)參數(shù)凸估計(Sequential Parametric Convex Approximation, SPCA)算法對這個非凸的優(yōu)化模型進行求解。最后，仿真結(jié)果表明利用所提算法進行資源分配能明顯提高目標(biāo)速度的估計精度。此外，仿真結(jié)果表明信號有效時寬對目標(biāo)速度估計精度的影響大于發(fā)射功率。
為了提高分布式MIMO雷達的多目標(biāo)速度估計精度，該文分析了發(fā)射功率和信號有效時寬對估計精度的影響，進而提出一種將兩者聯(lián)合優(yōu)化的資源分配算法。首先，以最小化目標(biāo)速度估計的克拉美羅界(CRLB)最大值為目標(biāo)函數(shù)，建立了包含發(fā)射功率和信號有效時寬兩個優(yōu)化變量的優(yōu)化模型，然后采用連續(xù)參數(shù)凸估計(Sequential Parametric Convex Approximation, SPCA)算法對這個非凸的優(yōu)化模型進行求解。最后，仿真結(jié)果表明利用所提算法進行資源分配能明顯提高目標(biāo)速度的估計精度。此外，仿真結(jié)果表明信號有效時寬對目標(biāo)速度估計精度的影響大于發(fā)射功率。
2016, 38(10): 2461-2467.
doi: 10.11999/JEIT151457
摘要:
該文針對人造目標(biāo)的極化高分辨距離像，提出一種基于快速密度搜索聚類算法的分類方法。首先根據(jù)散射結(jié)構(gòu)在頻率和極化維度的特性，對散射中心的類型進行判別，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造目標(biāo)分類的特征矢量。然后采用快速密度搜索聚類算法，實現(xiàn)目標(biāo)的分類。仿真實驗結(jié)果表明，文中構(gòu)建的特征矢量能較好地描述目標(biāo)的結(jié)構(gòu)屬性，具有較強的可分性。而快速密度搜索聚類算法簡單高效，在人造目標(biāo)的分類識別中具有極大的應(yīng)用潛力。
該文針對人造目標(biāo)的極化高分辨距離像，提出一種基于快速密度搜索聚類算法的分類方法。首先根據(jù)散射結(jié)構(gòu)在頻率和極化維度的特性，對散射中心的類型進行判別，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造目標(biāo)分類的特征矢量。然后采用快速密度搜索聚類算法，實現(xiàn)目標(biāo)的分類。仿真實驗結(jié)果表明，文中構(gòu)建的特征矢量能較好地描述目標(biāo)的結(jié)構(gòu)屬性，具有較強的可分性。而快速密度搜索聚類算法簡單高效，在人造目標(biāo)的分類識別中具有極大的應(yīng)用潛力。
2016, 38(10): 2468-2474.
doi: 10.11999/JEIT160023
摘要:
該文針對傳統(tǒng)對流層延遲模型和射線描跡法在估計對流層延遲方面的局限性，如效率低、成本高、精度受地表參數(shù)和探空數(shù)據(jù)限制等不足，提出一種基于改進射線描跡法的對流層斜延遲估計方法。該方法結(jié)合中緯度大氣模式氣象參數(shù)公式和UNB3m氣象參數(shù)模型，改進了射線描跡法中折射率剖面的計算，克服了氣象數(shù)據(jù)對射線描跡法的限制。選取亞洲地區(qū)10個站點2012年的氣象數(shù)據(jù)，分別采用改進射線描跡法和傳統(tǒng)對流層延遲模型估計各個站天頂方向至 高度角區(qū)間15個方向的對流層斜延遲，并與基于探空數(shù)據(jù)獲取的對流層斜延遲真值進行比較，計算結(jié)果表明該方法的估計精度優(yōu)于傳統(tǒng)對流層延遲模型，為非氣象數(shù)據(jù)情況下對流層斜延遲實時估計提供了新的思路。
該文針對傳統(tǒng)對流層延遲模型和射線描跡法在估計對流層延遲方面的局限性，如效率低、成本高、精度受地表參數(shù)和探空數(shù)據(jù)限制等不足，提出一種基于改進射線描跡法的對流層斜延遲估計方法。該方法結(jié)合中緯度大氣模式氣象參數(shù)公式和UNB3m氣象參數(shù)模型，改進了射線描跡法中折射率剖面的計算，克服了氣象數(shù)據(jù)對射線描跡法的限制。選取亞洲地區(qū)10個站點2012年的氣象數(shù)據(jù)，分別采用改進射線描跡法和傳統(tǒng)對流層延遲模型估計各個站天頂方向至 高度角區(qū)間15個方向的對流層斜延遲，并與基于探空數(shù)據(jù)獲取的對流層斜延遲真值進行比較，計算結(jié)果表明該方法的估計精度優(yōu)于傳統(tǒng)對流層延遲模型，為非氣象數(shù)據(jù)情況下對流層斜延遲實時估計提供了新的思路。
2016, 38(10): 2475-2481.
doi: 10.11999/JEIT151462
摘要:
地面動目標(biāo)檢測是多通道合成孔徑雷達系統(tǒng)的重要應(yīng)用。穩(wěn)健主成分分析的方法，因其可以將矩陣中低秩分量、稀疏分量及噪聲分量分離的特性，而在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，該方法受到非理想誤差影響，使得動目標(biāo)檢測結(jié)果中存在大量的雜波擾動點，從而影響動目標(biāo)的檢測性能。針對這一問題，該文提出一種聯(lián)合穩(wěn)健主成分分析和圖形約束的動目標(biāo)檢測算法，結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)對動目標(biāo)區(qū)域進行形狀約束，有效保證動目標(biāo)檢測的同時去除雜波擾動點。仿真和實測數(shù)據(jù)驗證了該算法在強雜波背景下對動目標(biāo)檢測的有效性和可行性。
地面動目標(biāo)檢測是多通道合成孔徑雷達系統(tǒng)的重要應(yīng)用。穩(wěn)健主成分分析的方法，因其可以將矩陣中低秩分量、稀疏分量及噪聲分量分離的特性，而在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，該方法受到非理想誤差影響，使得動目標(biāo)檢測結(jié)果中存在大量的雜波擾動點，從而影響動目標(biāo)的檢測性能。針對這一問題，該文提出一種聯(lián)合穩(wěn)健主成分分析和圖形約束的動目標(biāo)檢測算法，結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)對動目標(biāo)區(qū)域進行形狀約束，有效保證動目標(biāo)檢測的同時去除雜波擾動點。仿真和實測數(shù)據(jù)驗證了該算法在強雜波背景下對動目標(biāo)檢測的有效性和可行性。
2016, 38(10): 2482-2487.
doi: 10.11999/JEIT151475
摘要:
為了對抗天波超視距雷達中的瞬態(tài)干擾，現(xiàn)有時域算法一般有干擾定位、干擾剔除與數(shù)據(jù)恢復(fù)3個步驟，其中干擾定位的精度直接決定了后續(xù)處理的性能。目前工程中應(yīng)用的固定門限方法定位精度不夠，而現(xiàn)有文獻中提出的方法運算量較大，且對參數(shù)的選擇較為敏感。針對這一問題，該文提出一種迭代剔除平均檢測器。此檢測器將判決為干擾的樣本點剔除出迭代平均的過程，并采用前-后向檢測的定位方法，保證了背景估計與干擾定位的可靠性。天波超視距雷達的實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果證明了所提方法的有效性。
為了對抗天波超視距雷達中的瞬態(tài)干擾，現(xiàn)有時域算法一般有干擾定位、干擾剔除與數(shù)據(jù)恢復(fù)3個步驟，其中干擾定位的精度直接決定了后續(xù)處理的性能。目前工程中應(yīng)用的固定門限方法定位精度不夠，而現(xiàn)有文獻中提出的方法運算量較大，且對參數(shù)的選擇較為敏感。針對這一問題，該文提出一種迭代剔除平均檢測器。此檢測器將判決為干擾的樣本點剔除出迭代平均的過程，并采用前-后向檢測的定位方法，保證了背景估計與干擾定位的可靠性。天波超視距雷達的實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果證明了所提方法的有效性。
2016, 38(10): 2488-2494.
doi: 10.11999/JEIT151310
摘要:
該文利用RDNLMS算法對消機載外輻射源雷達多普勒展寬的直達波、強雜波，推導(dǎo)了RDNLMS濾波器的傳遞函數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出一種非均勻多普勒頻率抽取方法，在降低計算量的同時盡可能減小了因抽取帶來的性能損失。該方法既能確保強雜波落在所抽取的多普勒頻率上從而被有效對消，又能保證抽取間隔不致過大進而使較弱的雜波也得到適當(dāng)?shù)囊种?。仿真實驗表明：?dāng)對消階數(shù)相同時，非均勻多普勒頻率抽取方法比均勻抽取對消性能提高2.4 dB。
該文利用RDNLMS算法對消機載外輻射源雷達多普勒展寬的直達波、強雜波，推導(dǎo)了RDNLMS濾波器的傳遞函數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出一種非均勻多普勒頻率抽取方法，在降低計算量的同時盡可能減小了因抽取帶來的性能損失。該方法既能確保強雜波落在所抽取的多普勒頻率上從而被有效對消，又能保證抽取間隔不致過大進而使較弱的雜波也得到適當(dāng)?shù)囊种?。仿真實驗表明：?dāng)對消階數(shù)相同時，非均勻多普勒頻率抽取方法比均勻抽取對消性能提高2.4 dB。
2016, 38(10): 2495-2501.
doi: 10.11999/JEIT151354
摘要:
合成孔徑雷達高度計是目前測高精度最高的新一代衛(wèi)星海洋雷達高度計，它將孔徑合成的思想引入到傳統(tǒng)高度計中來，測高精度比傳統(tǒng)高度計提高了1倍。該文在對合成孔徑雷達高度計與傳統(tǒng)雷達高度計的測量精度進行比對研究的基礎(chǔ)上，提出了機載試驗數(shù)據(jù)比對處理方法，首次通過機載試驗的方法驗證了合成孔徑高度計比傳統(tǒng)高度計測量精度提高約1倍的結(jié)論。
合成孔徑雷達高度計是目前測高精度最高的新一代衛(wèi)星海洋雷達高度計，它將孔徑合成的思想引入到傳統(tǒng)高度計中來，測高精度比傳統(tǒng)高度計提高了1倍。該文在對合成孔徑雷達高度計與傳統(tǒng)雷達高度計的測量精度進行比對研究的基礎(chǔ)上，提出了機載試驗數(shù)據(jù)比對處理方法，首次通過機載試驗的方法驗證了合成孔徑高度計比傳統(tǒng)高度計測量精度提高約1倍的結(jié)論。
2016, 38(10): 2502-2508.
doi: 10.11999/JEIT160095
摘要:
電磁波低頻入射情況下，植被中散射體獨立不相關(guān)的假設(shè)無效，此時應(yīng)考慮散射體之間的相干效應(yīng)以及近場互作用。該文提出一種基于分形結(jié)構(gòu)的植被高階相干散射模型，該模型利用分形理論生成近乎真實植被的3維幾何結(jié)構(gòu)，根據(jù)每個散射體的空間位置信息考慮了相干效應(yīng)，應(yīng)用互易定理計算了相鄰散射體間高階互作用，結(jié)合非相干的分層模型中后向散射機制劃分方式，給出了各項散射機制的表達式。與機載合成孔徑雷達實驗數(shù)據(jù)對比，驗證了模型的準(zhǔn)確性。在針葉林仿真參數(shù)下，分析了各項散射機制對總散射效應(yīng)的貢獻與入射頻率、角度、植被結(jié)構(gòu)的關(guān)系，結(jié)果表明，低頻入射條件下，稀疏植被散射模型可進一步簡化從而應(yīng)用于參數(shù)反演中。
電磁波低頻入射情況下，植被中散射體獨立不相關(guān)的假設(shè)無效，此時應(yīng)考慮散射體之間的相干效應(yīng)以及近場互作用。該文提出一種基于分形結(jié)構(gòu)的植被高階相干散射模型，該模型利用分形理論生成近乎真實植被的3維幾何結(jié)構(gòu)，根據(jù)每個散射體的空間位置信息考慮了相干效應(yīng)，應(yīng)用互易定理計算了相鄰散射體間高階互作用，結(jié)合非相干的分層模型中后向散射機制劃分方式，給出了各項散射機制的表達式。與機載合成孔徑雷達實驗數(shù)據(jù)對比，驗證了模型的準(zhǔn)確性。在針葉林仿真參數(shù)下，分析了各項散射機制對總散射效應(yīng)的貢獻與入射頻率、角度、植被結(jié)構(gòu)的關(guān)系，結(jié)果表明，低頻入射條件下，稀疏植被散射模型可進一步簡化從而應(yīng)用于參數(shù)反演中。
2016, 38(10): 2509-2514.
doi: 10.11999/JEIT160208
摘要:
該文針對無霧圖像具有高灰度對比度且大氣遮罩局部平滑的特性，提出一種基于非局部全變分正則化優(yōu)化的單幅霧天圖像恢復(fù)新方法。先構(gòu)建一種基于非局部全變分正則化的有約束優(yōu)化算法對大氣遮罩進行估計，然后通過優(yōu)化Bregman分離迭代法求解非局部Rudin-Osher-Fatemi模型獲得準(zhǔn)確的大氣遮罩，進而從霧天場景圖像恢復(fù)出場景圖像。實驗結(jié)果表明，所提新方法可以有效地對霧天降質(zhì)圖像進行復(fù)原，對多紋理復(fù)雜區(qū)域的恢復(fù)效果也較好。
該文針對無霧圖像具有高灰度對比度且大氣遮罩局部平滑的特性，提出一種基于非局部全變分正則化優(yōu)化的單幅霧天圖像恢復(fù)新方法。先構(gòu)建一種基于非局部全變分正則化的有約束優(yōu)化算法對大氣遮罩進行估計，然后通過優(yōu)化Bregman分離迭代法求解非局部Rudin-Osher-Fatemi模型獲得準(zhǔn)確的大氣遮罩，進而從霧天場景圖像恢復(fù)出場景圖像。實驗結(jié)果表明，所提新方法可以有效地對霧天降質(zhì)圖像進行復(fù)原，對多紋理復(fù)雜區(qū)域的恢復(fù)效果也較好。
2016, 38(10): 2515-2522.
doi: 10.11999/JEIT151343
摘要:
針對三元編碼矩陣中基分類器不包含被忽略樣本類別先驗知識的問題，該文提出一種基于接收機工作特性(ROC)曲線的矩陣再編碼方法。首先基于ROC曲線尋找構(gòu)造拒絕域的閾值對，從而獲得最優(yōu)分類器；然后利用最優(yōu)分類器對訓(xùn)練樣本中被忽略的類別進行分類，將經(jīng)典的二值輸出變?yōu)槿递敵?，從而對初始編碼矩陣的碼元0進行重新編碼。在解碼階段，采用經(jīng)典的漢明距離解碼方法對未知樣本進行決策。該方法能夠避免基分類器的二次訓(xùn)練，適用于任意的三元糾錯輸出編碼，具有良好的普適性和實用性?；谌斯ず蚒CI公共數(shù)據(jù)集的實驗結(jié)果表明該方法簡單高效，在不增加訓(xùn)練時間的基礎(chǔ)上，能夠提高解碼的速度和精度，促進分類效果的提升。
針對三元編碼矩陣中基分類器不包含被忽略樣本類別先驗知識的問題，該文提出一種基于接收機工作特性(ROC)曲線的矩陣再編碼方法。首先基于ROC曲線尋找構(gòu)造拒絕域的閾值對，從而獲得最優(yōu)分類器；然后利用最優(yōu)分類器對訓(xùn)練樣本中被忽略的類別進行分類，將經(jīng)典的二值輸出變?yōu)槿递敵?，從而對初始編碼矩陣的碼元0進行重新編碼。在解碼階段，采用經(jīng)典的漢明距離解碼方法對未知樣本進行決策。該方法能夠避免基分類器的二次訓(xùn)練，適用于任意的三元糾錯輸出編碼，具有良好的普適性和實用性?；谌斯ず蚒CI公共數(shù)據(jù)集的實驗結(jié)果表明該方法簡單高效，在不增加訓(xùn)練時間的基礎(chǔ)上，能夠提高解碼的速度和精度，促進分類效果的提升。
2016, 38(10): 2523-2530.
doi: 10.11999/JEIT151426
摘要:
針對3維高性能視頻編碼(3D-HEVC)中深度圖像幀內(nèi)編碼單元(Coding Unit, CU)劃分復(fù)雜度高的問題，該文提出一種基于角點和彩色圖像的自適應(yīng)快速CU劃分算法。首先利用角點算子，并根據(jù)量化參數(shù)選取一定數(shù)目的角點，以此進行CU的預(yù)劃分；然后聯(lián)合彩色圖像的CU劃分對預(yù)劃分的CU深度級進行調(diào)整；最后依據(jù)調(diào)整后的CU深度級，縮小當(dāng)前CU的深度級范圍。實驗結(jié)果表明，與原始3D-HEVC的算法相比，該文所提算法平均減少了約63%的編碼時間；與只基于彩色圖像的算法相比，該文的算法減少了約13%的編碼時間，同時降低了約3%的平均比特率，有效地提高了編碼效率。
針對3維高性能視頻編碼(3D-HEVC)中深度圖像幀內(nèi)編碼單元(Coding Unit, CU)劃分復(fù)雜度高的問題，該文提出一種基于角點和彩色圖像的自適應(yīng)快速CU劃分算法。首先利用角點算子，并根據(jù)量化參數(shù)選取一定數(shù)目的角點，以此進行CU的預(yù)劃分；然后聯(lián)合彩色圖像的CU劃分對預(yù)劃分的CU深度級進行調(diào)整；最后依據(jù)調(diào)整后的CU深度級，縮小當(dāng)前CU的深度級范圍。實驗結(jié)果表明，與原始3D-HEVC的算法相比，該文所提算法平均減少了約63%的編碼時間；與只基于彩色圖像的算法相比，該文的算法減少了約13%的編碼時間，同時降低了約3%的平均比特率，有效地提高了編碼效率。
2016, 38(10): 2531-2537.
doi: 10.11999/JEIT151433
摘要:
廣義主成分分析在現(xiàn)代信號處理的諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。目前，自適應(yīng)廣義主成分分析算法還并不多見。針對這一現(xiàn)狀，該文提出一種快速收斂的廣義主成分分析算法，并通過理論分析所提算法的確定性離散時間系統(tǒng)，導(dǎo)出了保證算法收斂的學(xué)習(xí)因子和初始權(quán)向量模值等邊界條件。仿真實驗和實際應(yīng)用驗證了所提算法的正確性和有用性。仿真結(jié)果還表明，所提算法比現(xiàn)有同類算法具有更快的收斂速度和更高的估計精度。
廣義主成分分析在現(xiàn)代信號處理的諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。目前，自適應(yīng)廣義主成分分析算法還并不多見。針對這一現(xiàn)狀，該文提出一種快速收斂的廣義主成分分析算法，并通過理論分析所提算法的確定性離散時間系統(tǒng)，導(dǎo)出了保證算法收斂的學(xué)習(xí)因子和初始權(quán)向量模值等邊界條件。仿真實驗和實際應(yīng)用驗證了所提算法的正確性和有用性。仿真結(jié)果還表明，所提算法比現(xiàn)有同類算法具有更快的收斂速度和更高的估計精度。
2016, 38(10): 2538-2545.
doi: 10.11999/JEIT151422
摘要:
前向后向匹配追蹤(FBP)算法作為一個新穎的兩階段貪婪逼近算法，因為較高的重構(gòu)精度和不需要稀疏度作為先驗信息的特點，受到了人們的廣泛關(guān)注。然而，F(xiàn)BP算法必須運行更多的時間才能得到更高的精度。鑒于此，該文提出加速前向后向匹配追蹤(AFBP)算法。該算法利用每次迭代中候選支撐集的信息，實現(xiàn)對已刪除原子的再次加入，以此減少算法迭代次數(shù)。通過不同非零項分布的稀疏信號和稀疏圖像的仿真結(jié)果表明，相對于FBP算法，該文提出的方案在不降低重構(gòu)精度的同時，大幅降低了算法運行時間。
前向后向匹配追蹤(FBP)算法作為一個新穎的兩階段貪婪逼近算法，因為較高的重構(gòu)精度和不需要稀疏度作為先驗信息的特點，受到了人們的廣泛關(guān)注。然而，F(xiàn)BP算法必須運行更多的時間才能得到更高的精度。鑒于此，該文提出加速前向后向匹配追蹤(AFBP)算法。該算法利用每次迭代中候選支撐集的信息，實現(xiàn)對已刪除原子的再次加入，以此減少算法迭代次數(shù)。通過不同非零項分布的稀疏信號和稀疏圖像的仿真結(jié)果表明，相對于FBP算法，該文提出的方案在不降低重構(gòu)精度的同時，大幅降低了算法運行時間。
2016, 38(10): 2546-2552.
doi: 10.11999/JEIT151445
摘要:
為解決有記憶非線性的連續(xù)相位調(diào)制(CPM)信號調(diào)制方式識別精度低的問題，該文提出一種基于記憶因子的CPM信號最大似然調(diào)制識別新方法。該方法定義具有時齊馬爾科夫性的映射符號，通過計算其后驗概率構(gòu)造記憶因子，進一步結(jié)合CPM分解和EM算法，推導(dǎo)出時間可分離，信道參數(shù)可估計的CPM信號似然函數(shù)。該調(diào)制識別方法所需符號數(shù)目少，適用信噪比范圍廣，識別CPM信號種類多且精度高，對相位誤差魯棒性強。仿真結(jié)果證明，當(dāng)符號數(shù)目為200，信噪比為0 dB，相位誤差任意時，該方法對8種CPM信號的識別率可達95%以上。
為解決有記憶非線性的連續(xù)相位調(diào)制(CPM)信號調(diào)制方式識別精度低的問題，該文提出一種基于記憶因子的CPM信號最大似然調(diào)制識別新方法。該方法定義具有時齊馬爾科夫性的映射符號，通過計算其后驗概率構(gòu)造記憶因子，進一步結(jié)合CPM分解和EM算法，推導(dǎo)出時間可分離，信道參數(shù)可估計的CPM信號似然函數(shù)。該調(diào)制識別方法所需符號數(shù)目少，適用信噪比范圍廣，識別CPM信號種類多且精度高，對相位誤差魯棒性強。仿真結(jié)果證明，當(dāng)符號數(shù)目為200，信噪比為0 dB，相位誤差任意時，該方法對8種CPM信號的識別率可達95%以上。
2016, 38(10): 2553-2559.
doi: 10.11999/JEIT151429
摘要:
該文針對深空通信、移動通信等資源受限網(wǎng)絡(luò)中的信息有效性、可靠性和安全性傳輸，提出一種基于混沌密鑰控制的聯(lián)合信源信道與安全算術(shù)碼編譯碼算法。該算法在編碼端通過混沌映射1控制在算術(shù)碼內(nèi)嵌入多個禁用符號，將信道編碼檢錯與密碼流的擾亂相結(jié)合；同時，通過混沌映射2控制信源符號的算術(shù)編碼，將信源編碼與信息安全相結(jié)合，實現(xiàn)了聯(lián)合信源信道與信息安全編譯碼。實驗結(jié)果表明，該算法與現(xiàn)有的同類算法相比，當(dāng)誤包率為10-3時，改善編譯碼性能0.4 dB，同時增強了可靠性和安全性。
該文針對深空通信、移動通信等資源受限網(wǎng)絡(luò)中的信息有效性、可靠性和安全性傳輸，提出一種基于混沌密鑰控制的聯(lián)合信源信道與安全算術(shù)碼編譯碼算法。該算法在編碼端通過混沌映射1控制在算術(shù)碼內(nèi)嵌入多個禁用符號，將信道編碼檢錯與密碼流的擾亂相結(jié)合；同時，通過混沌映射2控制信源符號的算術(shù)編碼，將信源編碼與信息安全相結(jié)合，實現(xiàn)了聯(lián)合信源信道與信息安全編譯碼。實驗結(jié)果表明，該算法與現(xiàn)有的同類算法相比，當(dāng)誤包率為10-3時，改善編譯碼性能0.4 dB，同時增強了可靠性和安全性。
2016, 38(10): 2560-2567.
doi: 10.11999/JEIT151438
摘要:
該文針對LEO星載陣列天線抑制角度動態(tài)變化的有源干擾的需要，提出一種干擾子空間正交投影的快速零陷跟蹤波束賦形優(yōu)化算法。算法采用干擾子空間動態(tài)更新與迭代正交投影，不斷快速修正零陷位置，并通過迭代傅里葉變換(IFT)技術(shù)進行優(yōu)化加速。所提出的快速算法在整個干擾零陷跟蹤過程中，具有穩(wěn)健和精確的控制方向圖主瓣賦形區(qū)形狀和陣元電流激勵系數(shù)動態(tài)范圍的能力，同時具備自適應(yīng)最小化方向圖旁瓣電平的能力，適用于星載系統(tǒng)在線實時計算。仿真實驗驗證了算法的快速性、有效性和穩(wěn)健性。
該文針對LEO星載陣列天線抑制角度動態(tài)變化的有源干擾的需要，提出一種干擾子空間正交投影的快速零陷跟蹤波束賦形優(yōu)化算法。算法采用干擾子空間動態(tài)更新與迭代正交投影，不斷快速修正零陷位置，并通過迭代傅里葉變換(IFT)技術(shù)進行優(yōu)化加速。所提出的快速算法在整個干擾零陷跟蹤過程中，具有穩(wěn)健和精確的控制方向圖主瓣賦形區(qū)形狀和陣元電流激勵系數(shù)動態(tài)范圍的能力，同時具備自適應(yīng)最小化方向圖旁瓣電平的能力，適用于星載系統(tǒng)在線實時計算。仿真實驗驗證了算法的快速性、有效性和穩(wěn)健性。
2016, 38(10): 2568-2574.
doi: 10.11999/JEIT151470
摘要:
在實際的移動通信環(huán)境中，信道的狀態(tài)復(fù)雜多變，該文針對雙向中繼信道的非對稱性，提出采用分層調(diào)制方式的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方案。首先構(gòu)建源節(jié)點、中繼節(jié)點均采用分層(2/4-PSK)調(diào)制的雙向中繼通信系統(tǒng)模型；其次給出了中繼節(jié)點的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼解調(diào)及映射規(guī)則，推導(dǎo)出加性高斯白噪聲下中繼誤比特率及端到端誤比特率理論計算公式；最后仿真驗證了理論分析結(jié)果。與采用傳統(tǒng)QPSK調(diào)制技術(shù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼相比，該方案利用分層調(diào)制的技術(shù)優(yōu)勢，確保較優(yōu)信道的高速率傳輸，也兼顧了較差信道的傳輸可靠性。
在實際的移動通信環(huán)境中，信道的狀態(tài)復(fù)雜多變，該文針對雙向中繼信道的非對稱性，提出采用分層調(diào)制方式的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方案。首先構(gòu)建源節(jié)點、中繼節(jié)點均采用分層(2/4-PSK)調(diào)制的雙向中繼通信系統(tǒng)模型；其次給出了中繼節(jié)點的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼解調(diào)及映射規(guī)則，推導(dǎo)出加性高斯白噪聲下中繼誤比特率及端到端誤比特率理論計算公式；最后仿真驗證了理論分析結(jié)果。與采用傳統(tǒng)QPSK調(diào)制技術(shù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼相比，該方案利用分層調(diào)制的技術(shù)優(yōu)勢，確保較優(yōu)信道的高速率傳輸，也兼顧了較差信道的傳輸可靠性。
2016, 38(10): 2575-2581.
doi: 10.11999/JEIT160053
摘要:
為提升存在竊聽者的中繼網(wǎng)絡(luò)的安全性能，在多天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼端采用人工噪聲預(yù)編碼(ANP)和特征波束形成(EB)安全傳輸策略，推導(dǎo)了ANP和EB的可達安全速率(EASR)閉合表達式。在中繼配置大規(guī)模天線時，推導(dǎo)了ANP的EASR下界，并在高信噪比和低信噪比情況下研究了漸近性能。分析和仿真結(jié)果顯示，在中高信噪比區(qū)域，ANP相比于EB可獲得顯著的性能增益，而在低信噪比區(qū)域，EB優(yōu)于ANP。當(dāng)信噪比增加時，EB的EASR接近一個與第1跳無關(guān)的常數(shù)。在高信噪比區(qū)域，ANP的最優(yōu)功率分配方案是將一半左右的功率分配給人工噪聲。
為提升存在竊聽者的中繼網(wǎng)絡(luò)的安全性能，在多天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼端采用人工噪聲預(yù)編碼(ANP)和特征波束形成(EB)安全傳輸策略，推導(dǎo)了ANP和EB的可達安全速率(EASR)閉合表達式。在中繼配置大規(guī)模天線時，推導(dǎo)了ANP的EASR下界，并在高信噪比和低信噪比情況下研究了漸近性能。分析和仿真結(jié)果顯示，在中高信噪比區(qū)域，ANP相比于EB可獲得顯著的性能增益，而在低信噪比區(qū)域，EB優(yōu)于ANP。當(dāng)信噪比增加時，EB的EASR接近一個與第1跳無關(guān)的常數(shù)。在高信噪比區(qū)域，ANP的最優(yōu)功率分配方案是將一半左右的功率分配給人工噪聲。
2016, 38(10): 2582-2589.
doi: 10.11999/JEIT151478
摘要:
在視頻點播等應(yīng)用中，為了刺激消費者購買高質(zhì)量的視頻，需要對視頻進行特別的感知加密，使視頻加密后仍然部分可見。該文提出一種Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC)的視覺質(zhì)量可控的快速感知加密算法。利用2D超混沌系統(tǒng)生成的流密碼對重要的語法元素和敏感的編碼元素異或加密。加密內(nèi)容包括運動矢量差的符號位、非零系數(shù)符號位和語法元素significant_coeff_flag。分析及實驗結(jié)果表明，提出的感知加密算法對碼率無影響，編碼時間僅增加7左右，視頻質(zhì)量隨著質(zhì)量因子的改變而變化，滿足視頻感知加密的應(yīng)用需求。
在視頻點播等應(yīng)用中，為了刺激消費者購買高質(zhì)量的視頻，需要對視頻進行特別的感知加密，使視頻加密后仍然部分可見。該文提出一種Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC)的視覺質(zhì)量可控的快速感知加密算法。利用2D超混沌系統(tǒng)生成的流密碼對重要的語法元素和敏感的編碼元素異或加密。加密內(nèi)容包括運動矢量差的符號位、非零系數(shù)符號位和語法元素significant_coeff_flag。分析及實驗結(jié)果表明，提出的感知加密算法對碼率無影響，編碼時間僅增加7左右，視頻質(zhì)量隨著質(zhì)量因子的改變而變化，滿足視頻感知加密的應(yīng)用需求。
2016, 38(10): 2590-2597.
doi: 10.11999/JEIT151400
摘要:
該文針對低信噪比條件下頻譜感知精度低的問題，提出一種基于馬爾科夫模型的動態(tài)雙門限能量檢測算法。該算法根據(jù)信道時變特性建立基于馬爾科夫的頻譜占用模型，利用信道歷史狀態(tài)信息實現(xiàn)模型參數(shù)的修正。然后采用先聽后說的機制對處于雙門限之間的困惑信道狀態(tài)進行判決，并詳細分析了噪聲不確定性對頻譜感知性能的影響。在此基礎(chǔ)上，為了克服噪聲不確定性的影響，以頻譜檢測概率最大為優(yōu)化目標(biāo)，對雙門限進行實時更新。仿真結(jié)果表明，所提頻譜感知算法在減小噪聲不確定性影響的同時增加了頻譜感知精度，降低了認(rèn)知用戶的感知時間。
該文針對低信噪比條件下頻譜感知精度低的問題，提出一種基于馬爾科夫模型的動態(tài)雙門限能量檢測算法。該算法根據(jù)信道時變特性建立基于馬爾科夫的頻譜占用模型，利用信道歷史狀態(tài)信息實現(xiàn)模型參數(shù)的修正。然后采用先聽后說的機制對處于雙門限之間的困惑信道狀態(tài)進行判決，并詳細分析了噪聲不確定性對頻譜感知性能的影響。在此基礎(chǔ)上，為了克服噪聲不確定性的影響，以頻譜檢測概率最大為優(yōu)化目標(biāo)，對雙門限進行實時更新。仿真結(jié)果表明，所提頻譜感知算法在減小噪聲不確定性影響的同時增加了頻譜感知精度，降低了認(rèn)知用戶的感知時間。
2016, 38(10): 2598-2604.
doi: 10.11999/JEIT151459
摘要:
在正交頻分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)間干擾的統(tǒng)計特性與網(wǎng)絡(luò)性能密切相關(guān)。下行小區(qū)間干擾的累積分布函數(shù)(Cumulative Distribution Function, CDF)還沒有一個閉合表達式。該文提出一種參數(shù)可顯式計算的高斯混合模型對下行小區(qū)間干擾分布進行近似。進一步，利用高斯混合模型將下行小區(qū)間干擾的累積分布函數(shù)近似表示為若干個誤差函數(shù)的加權(quán)和。仿真驗證了高斯混合模型的準(zhǔn)確性，并且表明基于高斯混合模型的累積分布函數(shù)能很好地近似下行小區(qū)間干擾的累積分布函數(shù)。
在正交頻分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)間干擾的統(tǒng)計特性與網(wǎng)絡(luò)性能密切相關(guān)。下行小區(qū)間干擾的累積分布函數(shù)(Cumulative Distribution Function, CDF)還沒有一個閉合表達式。該文提出一種參數(shù)可顯式計算的高斯混合模型對下行小區(qū)間干擾分布進行近似。進一步，利用高斯混合模型將下行小區(qū)間干擾的累積分布函數(shù)近似表示為若干個誤差函數(shù)的加權(quán)和。仿真驗證了高斯混合模型的準(zhǔn)確性，并且表明基于高斯混合模型的累積分布函數(shù)能很好地近似下行小區(qū)間干擾的累積分布函數(shù)。
2016, 38(10): 2605-2611.
doi: 10.11999/JEIT151460
摘要:
頻譜資源的合理分配是認(rèn)知無線電技術(shù)追求的目標(biāo)之一，隨著認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的次用戶(SUs)數(shù)量不斷增加，頻譜資源的精確、實時分配與管控越來越難以實現(xiàn)。針對此問題，該文提出一種分層的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)(CRN)架構(gòu)，多個管理實體專注于為各層用戶提供頻譜服務(wù)；并在該架構(gòu)下，提出一種基于穩(wěn)定匹配的資源分配算法，用戶通過自主協(xié)商形成分配結(jié)果，不僅保證了主用戶(PUs)對次用戶的功率限制，還充分考慮了各自的效用。仿真結(jié)果表明，所提算法的性能接近于最優(yōu)方案，并降低了計算復(fù)雜度和系統(tǒng)時延。
頻譜資源的合理分配是認(rèn)知無線電技術(shù)追求的目標(biāo)之一，隨著認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的次用戶(SUs)數(shù)量不斷增加，頻譜資源的精確、實時分配與管控越來越難以實現(xiàn)。針對此問題，該文提出一種分層的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)(CRN)架構(gòu)，多個管理實體專注于為各層用戶提供頻譜服務(wù)；并在該架構(gòu)下，提出一種基于穩(wěn)定匹配的資源分配算法，用戶通過自主協(xié)商形成分配結(jié)果，不僅保證了主用戶(PUs)對次用戶的功率限制，還充分考慮了各自的效用。仿真結(jié)果表明，所提算法的性能接近于最優(yōu)方案，并降低了計算復(fù)雜度和系統(tǒng)時延。
2016, 38(10): 2612-2618.
doi: 10.11999/JEIT160032
摘要:
利用無線信道參數(shù)提取物理層安全密鑰時，密鑰容量受加性噪聲、信道測量時差、終端移動速度、采樣周期和采樣點數(shù)等因素影響。針對這一問題，該文在均勻散射環(huán)境中利用單輸入單輸出無線信道定量分析密鑰容量，推導(dǎo)了密鑰容量的閉式解以確定最佳采樣周期的約束條件。仿真分析表明該結(jié)論同樣適用于非均勻散射環(huán)境，同時驗證將物理層密鑰提取技術(shù)應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的可行性。
利用無線信道參數(shù)提取物理層安全密鑰時，密鑰容量受加性噪聲、信道測量時差、終端移動速度、采樣周期和采樣點數(shù)等因素影響。針對這一問題，該文在均勻散射環(huán)境中利用單輸入單輸出無線信道定量分析密鑰容量，推導(dǎo)了密鑰容量的閉式解以確定最佳采樣周期的約束條件。仿真分析表明該結(jié)論同樣適用于非均勻散射環(huán)境，同時驗證將物理層密鑰提取技術(shù)應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的可行性。
2016, 38(10): 2619-2626.
doi: 10.11999/JEIT151443
摘要:
該文分析了曹晨磊等人(2014)提出的層次身份基認(rèn)證密鑰協(xié)商方案的安全性，指出該方案無法抵抗基本假冒攻擊。文中具體描述了對該方案實施基本假冒攻擊的過程，分析了原安全性證明的疏漏和方案無法抵抗該攻擊的原因。然后，在BONEH等人(2005)層次身份基加密方案基礎(chǔ)上提出了一種改進方案。最后，在BJM模型中，給出了所提方案的安全性證明。復(fù)雜度分析表明所提方案在效率上同原方案基本相當(dāng)。
該文分析了曹晨磊等人(2014)提出的層次身份基認(rèn)證密鑰協(xié)商方案的安全性，指出該方案無法抵抗基本假冒攻擊。文中具體描述了對該方案實施基本假冒攻擊的過程，分析了原安全性證明的疏漏和方案無法抵抗該攻擊的原因。然后，在BONEH等人(2005)層次身份基加密方案基礎(chǔ)上提出了一種改進方案。最后，在BJM模型中，給出了所提方案的安全性證明。復(fù)雜度分析表明所提方案在效率上同原方案基本相當(dāng)。
2016, 38(10): 2627-2632.
doi: 10.11999/JEIT151476
摘要:
該文針對ZigBee網(wǎng)絡(luò)中Sybil攻擊破壞節(jié)點身份唯一性的問題，提出一種抵御Sybil攻擊的自適應(yīng)鏈路指紋認(rèn)證方案。方案首先基于無線鏈路特征設(shè)計了鏈路指紋，在此基礎(chǔ)上，提出了反映信道質(zhì)量的相干時間估測算法和適應(yīng)子節(jié)點數(shù)量變化的保護時隙(GTS)動態(tài)申請算法，并給出了Sybil攻擊認(rèn)證流程。安全性分析及實驗結(jié)果表明，方案在通信環(huán)境的安全邊界條件下節(jié)點認(rèn)證成功率可達97%以上，且鏈路指紋無需存儲，具有較低的資源需求。
該文針對ZigBee網(wǎng)絡(luò)中Sybil攻擊破壞節(jié)點身份唯一性的問題，提出一種抵御Sybil攻擊的自適應(yīng)鏈路指紋認(rèn)證方案。方案首先基于無線鏈路特征設(shè)計了鏈路指紋，在此基礎(chǔ)上，提出了反映信道質(zhì)量的相干時間估測算法和適應(yīng)子節(jié)點數(shù)量變化的保護時隙(GTS)動態(tài)申請算法，并給出了Sybil攻擊認(rèn)證流程。安全性分析及實驗結(jié)果表明，方案在通信環(huán)境的安全邊界條件下節(jié)點認(rèn)證成功率可達97%以上，且鏈路指紋無需存儲，具有較低的資源需求。
2016, 38(10): 2633-2639.
doi: 10.11999/JEIT160015
摘要:
該文針對現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)切換認(rèn)證協(xié)議存在的安全性、隱私等方面的不足，在LIAP協(xié)議的基礎(chǔ)上提出改進方案。首先將隨機數(shù)與偽標(biāo)識串聯(lián)，再用二次模運算對串聯(lián)的信息進行加密，以生成動態(tài)身份標(biāo)識保護用戶位置隱私；與此同時，在移動終端切換過程中，新路側(cè)單元重新生成新會話秘密序列，并與終端偽標(biāo)識進行異或加密，對LIAP協(xié)議中存在的平行會話攻擊進行安全防護。理論分析及實驗表明，改進協(xié)議不僅滿足終端匿名性和抵御各種攻擊的安全需求，也實現(xiàn)了較快的切換速度，與同類切換認(rèn)證協(xié)議相比，實用中具明顯優(yōu)越性。
該文針對現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)切換認(rèn)證協(xié)議存在的安全性、隱私等方面的不足，在LIAP協(xié)議的基礎(chǔ)上提出改進方案。首先將隨機數(shù)與偽標(biāo)識串聯(lián)，再用二次模運算對串聯(lián)的信息進行加密，以生成動態(tài)身份標(biāo)識保護用戶位置隱私；與此同時，在移動終端切換過程中，新路側(cè)單元重新生成新會話秘密序列，并與終端偽標(biāo)識進行異或加密，對LIAP協(xié)議中存在的平行會話攻擊進行安全防護。理論分析及實驗表明，改進協(xié)議不僅滿足終端匿名性和抵御各種攻擊的安全需求，也實現(xiàn)了較快的切換速度，與同類切換認(rèn)證協(xié)議相比，實用中具明顯優(yōu)越性。
2016, 38(10): 2640-2646.
doi: 10.11999/JEIT151344
摘要:
云存儲中，防止數(shù)據(jù)丟失的關(guān)鍵是實現(xiàn)文件容錯。然而，云存儲服務(wù)商可能沒有提供承諾的容錯水平，導(dǎo)致用戶蒙受數(shù)據(jù)丟失和經(jīng)濟損失的雙重風(fēng)險。現(xiàn)有云存儲數(shù)據(jù)容錯存儲方式檢驗方法存在服務(wù)器預(yù)讀取欺騙攻擊，并且效率低、實用性差，不能達到在一定概率范圍內(nèi)，快速、輕量級地檢測出犯規(guī)的服務(wù)器行為的要求。針對上述問題，該文利用磁盤順序存取和隨機存取的差異性設(shè)計了一種遠程數(shù)據(jù)容錯存儲方式檢驗方法 隨機與順序訪問時間差異化(DRST)方法，其原理是文件塊被分散地放在不同磁盤上，讀取一個磁盤上順序存儲的文件塊比隨機讀取不同磁盤上的文件塊所需的響應(yīng)時間短。最后，對所提方法進行了嚴(yán)格的理論證明和深入的性能分析，結(jié)果表明，所提方法能夠快速檢驗出服務(wù)器是否為用戶提供了其承諾的容錯水平，并且比現(xiàn)有方案更安全，更高效。
云存儲中，防止數(shù)據(jù)丟失的關(guān)鍵是實現(xiàn)文件容錯。然而，云存儲服務(wù)商可能沒有提供承諾的容錯水平，導(dǎo)致用戶蒙受數(shù)據(jù)丟失和經(jīng)濟損失的雙重風(fēng)險。現(xiàn)有云存儲數(shù)據(jù)容錯存儲方式檢驗方法存在服務(wù)器預(yù)讀取欺騙攻擊，并且效率低、實用性差，不能達到在一定概率范圍內(nèi)，快速、輕量級地檢測出犯規(guī)的服務(wù)器行為的要求。針對上述問題，該文利用磁盤順序存取和隨機存取的差異性設(shè)計了一種遠程數(shù)據(jù)容錯存儲方式檢驗方法 隨機與順序訪問時間差異化(DRST)方法，其原理是文件塊被分散地放在不同磁盤上，讀取一個磁盤上順序存儲的文件塊比隨機讀取不同磁盤上的文件塊所需的響應(yīng)時間短。最后，對所提方法進行了嚴(yán)格的理論證明和深入的性能分析，結(jié)果表明，所提方法能夠快速檢驗出服務(wù)器是否為用戶提供了其承諾的容錯水平，并且比現(xiàn)有方案更安全，更高效。
2016, 38(10): 2647-2653.
doi: 10.11999/JEIT151448
摘要:
為了優(yōu)化區(qū)域遞增式視覺密碼的恢復(fù)效果，該文通過為共享份添加身份標(biāo)識，并結(jié)合隨機數(shù)，構(gòu)造了單個參與者持有多個共享份的異或單秘密視覺密碼方案，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了異或區(qū)域遞增式視覺密碼的秘密分享與恢復(fù)算法。對于解密區(qū)域利用異或單秘密方案進行分享，對于未解密區(qū)域，通過填充隨機數(shù)實現(xiàn)秘密遮蓋。實驗結(jié)果表明，該方案可以實現(xiàn)解密區(qū)域圖像的完美恢復(fù)，且有效減小了共享份的存儲與傳輸開銷。
為了優(yōu)化區(qū)域遞增式視覺密碼的恢復(fù)效果，該文通過為共享份添加身份標(biāo)識，并結(jié)合隨機數(shù)，構(gòu)造了單個參與者持有多個共享份的異或單秘密視覺密碼方案，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了異或區(qū)域遞增式視覺密碼的秘密分享與恢復(fù)算法。對于解密區(qū)域利用異或單秘密方案進行分享，對于未解密區(qū)域，通過填充隨機數(shù)實現(xiàn)秘密遮蓋。實驗結(jié)果表明，該方案可以實現(xiàn)解密區(qū)域圖像的完美恢復(fù)，且有效減小了共享份的存儲與傳輸開銷。
2016, 38(10): 2654-2659.
doi: 10.11999/JEIT151485
摘要:
網(wǎng)絡(luò)虛擬化被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)實驗平臺和數(shù)據(jù)中心等場景中。作為虛擬化網(wǎng)絡(luò)中的核心組網(wǎng)設(shè)備，虛擬路由器可以在同一物理底層上構(gòu)建多個虛擬路由器實例來承載多個虛擬網(wǎng)。其核心調(diào)度問題在于如何根據(jù)不同虛擬網(wǎng)對帶寬的不同需求，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包調(diào)度到不同的實例中。該文針對該問題對虛擬化場景下的隊列調(diào)度問題進行建模，提出了基于動態(tài)配額的隊列調(diào)度算法，與miDRR等算法相比，該文算法在虛擬網(wǎng)帶寬分配的有效性和公平性上有明顯優(yōu)勢。
網(wǎng)絡(luò)虛擬化被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)實驗平臺和數(shù)據(jù)中心等場景中。作為虛擬化網(wǎng)絡(luò)中的核心組網(wǎng)設(shè)備，虛擬路由器可以在同一物理底層上構(gòu)建多個虛擬路由器實例來承載多個虛擬網(wǎng)。其核心調(diào)度問題在于如何根據(jù)不同虛擬網(wǎng)對帶寬的不同需求，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包調(diào)度到不同的實例中。該文針對該問題對虛擬化場景下的隊列調(diào)度問題進行建模，提出了基于動態(tài)配額的隊列調(diào)度算法，與miDRR等算法相比，該文算法在虛擬網(wǎng)帶寬分配的有效性和公平性上有明顯優(yōu)勢。
2016, 38(10): 2660-2666.
doi: 10.11999/JEIT151434
摘要:
該文針對虛擬網(wǎng)節(jié)能映射問題提出自適應(yīng)的協(xié)同進化粒子群算法。首先，為虛擬網(wǎng)節(jié)能映射問題設(shè)置了聚合度，該聚合度被用于自適應(yīng)地選擇粒子的搜索方式，即隨機搜索、種內(nèi)搜索或種外搜索。其次，根據(jù)粒子群的進化結(jié)果，自適應(yīng)地確定是否終止對子群的搜索。最后，在常用的測試環(huán)境下進行了仿真實驗，對映射的能耗效果對比了結(jié)果，實驗結(jié)果表明了所提算法的高效性。
該文針對虛擬網(wǎng)節(jié)能映射問題提出自適應(yīng)的協(xié)同進化粒子群算法。首先，為虛擬網(wǎng)節(jié)能映射問題設(shè)置了聚合度，該聚合度被用于自適應(yīng)地選擇粒子的搜索方式，即隨機搜索、種內(nèi)搜索或種外搜索。其次，根據(jù)粒子群的進化結(jié)果，自適應(yīng)地確定是否終止對子群的搜索。最后，在常用的測試環(huán)境下進行了仿真實驗，對映射的能耗效果對比了結(jié)果，實驗結(jié)果表明了所提算法的高效性。
2016, 38(10): 2667-2673.
doi: 10.11999/JEIT151437
摘要:
該文提出一種非迭代的稀布線陣方向圖綜合方法。該方法首先對方向圖采樣數(shù)據(jù)進行centro-Hermit化處理，然后通過酉變換構(gòu)造等價實矩陣束，得到非均勻單元位置與新矩陣束廣義特征值的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對實矩陣奇異值分解，并舍棄非主要奇異值以獲得低階左奇異向量矩陣，進而求得稀布陣列的陣元位置和相應(yīng)激勵。相比于其他方法，該方法能夠直接得到陣元位置的實數(shù)解，奇異值分解和特征值分解均在實數(shù)域進行，提高逼近程度的同時有效降低了計算量，仿真驗證了該方法利用少量陣元即可高效實現(xiàn)線陣的方向圖綜合。
該文提出一種非迭代的稀布線陣方向圖綜合方法。該方法首先對方向圖采樣數(shù)據(jù)進行centro-Hermit化處理，然后通過酉變換構(gòu)造等價實矩陣束，得到非均勻單元位置與新矩陣束廣義特征值的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對實矩陣奇異值分解，并舍棄非主要奇異值以獲得低階左奇異向量矩陣，進而求得稀布陣列的陣元位置和相應(yīng)激勵。相比于其他方法，該方法能夠直接得到陣元位置的實數(shù)解，奇異值分解和特征值分解均在實數(shù)域進行，提高逼近程度的同時有效降低了計算量，仿真驗證了該方法利用少量陣元即可高效實現(xiàn)線陣的方向圖綜合。
2016, 38(10): 2674-2680.
doi: 10.11999/JEIT160003
摘要:
X波段脈沖空間行波管主要用于輕型SAR等雷達系統(tǒng)，要求行波管具有高功率、高效率、高可靠的性能。輸出結(jié)構(gòu)是行波管的重要部件，其可靠性不僅影響行波管的輸出功率等性能，還影響行波管的穩(wěn)定性與可靠性。該文針對X脈沖空間行波管輸出結(jié)構(gòu)進行可靠性研究，通過電、磁、熱多物理場耦合的方式對它進行熱、力結(jié)構(gòu)可靠性分析，按分析結(jié)果對輸出結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)進行改進，耐沖擊能力增強，并經(jīng)過1000 h以上的整管老練及空間環(huán)境試驗驗證，輸出結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性，滿足空間環(huán)境試驗及使用要求。
X波段脈沖空間行波管主要用于輕型SAR等雷達系統(tǒng)，要求行波管具有高功率、高效率、高可靠的性能。輸出結(jié)構(gòu)是行波管的重要部件，其可靠性不僅影響行波管的輸出功率等性能，還影響行波管的穩(wěn)定性與可靠性。該文針對X脈沖空間行波管輸出結(jié)構(gòu)進行可靠性研究，通過電、磁、熱多物理場耦合的方式對它進行熱、力結(jié)構(gòu)可靠性分析，按分析結(jié)果對輸出結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)進行改進，耐沖擊能力增強，并經(jīng)過1000 h以上的整管老練及空間環(huán)境試驗驗證，輸出結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性，滿足空間環(huán)境試驗及使用要求。
2016, 38(10): 2681-2688.
doi: 10.11999/JEIT160178
摘要:
憶阻器是一種擁有記憶功能的電阻，目前憶阻器的研究熱點及難點在于新模型的建立以及相關(guān)方面的應(yīng)用。該文提出一種基于雙曲正弦函數(shù)的新型磁控憶阻器模型，通過分析電壓和電流的相軌跡關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其具有典型的憶阻器電壓-電流特性曲線。利用新建的憶阻器模型構(gòu)造新型憶阻混沌系統(tǒng)，通過數(shù)值仿真繪出新系統(tǒng)的相軌跡圖、分岔圖、Lyapunov 指數(shù)譜等，分析了不同參數(shù)時系統(tǒng)的混沌演化過程。另外，基于電路仿真軟件Multisim研制了實驗仿真電路, 該電路結(jié)構(gòu)簡單、易于實際制作，且仿真實驗與理論分析結(jié)論十分吻合，證實了提出的憶阻混沌系統(tǒng)電路在物理上是可以實現(xiàn)的。最后，利用新系統(tǒng)混沌序列對圖像進行加密，重點分析了加密直方圖、相鄰像素相關(guān)性以及抗攻擊能力與密鑰敏感性，結(jié)果表明新系統(tǒng)對圖像密鑰及明文都非常敏感，密鑰空間較大，新提出的憶阻混沌系統(tǒng)應(yīng)用于圖像加密具有較高的安全性能。
憶阻器是一種擁有記憶功能的電阻，目前憶阻器的研究熱點及難點在于新模型的建立以及相關(guān)方面的應(yīng)用。該文提出一種基于雙曲正弦函數(shù)的新型磁控憶阻器模型，通過分析電壓和電流的相軌跡關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其具有典型的憶阻器電壓-電流特性曲線。利用新建的憶阻器模型構(gòu)造新型憶阻混沌系統(tǒng)，通過數(shù)值仿真繪出新系統(tǒng)的相軌跡圖、分岔圖、Lyapunov 指數(shù)譜等，分析了不同參數(shù)時系統(tǒng)的混沌演化過程。另外，基于電路仿真軟件Multisim研制了實驗仿真電路, 該電路結(jié)構(gòu)簡單、易于實際制作，且仿真實驗與理論分析結(jié)論十分吻合，證實了提出的憶阻混沌系統(tǒng)電路在物理上是可以實現(xiàn)的。最后，利用新系統(tǒng)混沌序列對圖像進行加密，重點分析了加密直方圖、相鄰像素相關(guān)性以及抗攻擊能力與密鑰敏感性，結(jié)果表明新系統(tǒng)對圖像密鑰及明文都非常敏感，密鑰空間較大，新提出的憶阻混沌系統(tǒng)應(yīng)用于圖像加密具有較高的安全性能。
2016, 38(10): 2689-2694.
doi: 10.11999/JEIT151416
摘要:
隨著商業(yè)計算和金融分析等高精度計算應(yīng)用領(lǐng)域的高速發(fā)展，提供硬件支持十進制算術(shù)運算變得越來越重要，新的IEEE 754-2008浮點運算標(biāo)準(zhǔn)也添加了十進制算術(shù)運算規(guī)范。該文采用目前最佳的條件推測性算法設(shè)計十進制加法電路，給出了基于并行前綴/進位選擇結(jié)構(gòu)的條件推測性十進制加法器的設(shè)計過程，并通過并行前綴單元對十進制進位選擇加法器進行優(yōu)化設(shè)計。采用Verilog HDL對32 bit, 64 bit和128 bit十進制加法器進行描述并在ModelSim平臺上進行了仿真驗證，在Nangate Open Cell 45nm標(biāo)準(zhǔn)工藝庫下，通過Synopsys公司綜合工具Design Compiler進行了綜合。與現(xiàn)有的條件推測性十進制加法器相比較，綜合結(jié)果顯示該文所提出的十進制加法器可以提升12.3%的速度性能。
隨著商業(yè)計算和金融分析等高精度計算應(yīng)用領(lǐng)域的高速發(fā)展，提供硬件支持十進制算術(shù)運算變得越來越重要，新的IEEE 754-2008浮點運算標(biāo)準(zhǔn)也添加了十進制算術(shù)運算規(guī)范。該文采用目前最佳的條件推測性算法設(shè)計十進制加法電路，給出了基于并行前綴/進位選擇結(jié)構(gòu)的條件推測性十進制加法器的設(shè)計過程，并通過并行前綴單元對十進制進位選擇加法器進行優(yōu)化設(shè)計。采用Verilog HDL對32 bit, 64 bit和128 bit十進制加法器進行描述并在ModelSim平臺上進行了仿真驗證，在Nangate Open Cell 45nm標(biāo)準(zhǔn)工藝庫下，通過Synopsys公司綜合工具Design Compiler進行了綜合。與現(xiàn)有的條件推測性十進制加法器相比較，綜合結(jié)果顯示該文所提出的十進制加法器可以提升12.3%的速度性能。
2016, 38(10): 2695-2700.
doi: 10.11999/JEIT151350
摘要:
張玉磊等人(2015)提出了兩種無證書聚合簽名方案，并證明其方案在隨機預(yù)言機模型下是可證明安全的。該文分析張玉磊等人提出的兩種方案的安全性，指出了第1種方案可以抵抗兩類攻擊者的攻擊；第2種方案不能抵抗第1類攻擊者和第2類攻擊者的攻擊，給出詳細的攻擊過程，證明攻擊者偽造出的簽名可以通過驗證，分析了第2種方案存在偽造攻擊的原因，提出了改進的方案。
張玉磊等人(2015)提出了兩種無證書聚合簽名方案，并證明其方案在隨機預(yù)言機模型下是可證明安全的。該文分析張玉磊等人提出的兩種方案的安全性，指出了第1種方案可以抵抗兩類攻擊者的攻擊；第2種方案不能抵抗第1類攻擊者和第2類攻擊者的攻擊，給出詳細的攻擊過程，證明攻擊者偽造出的簽名可以通過驗證，分析了第2種方案存在偽造攻擊的原因，提出了改進的方案。
