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2021年第44卷第6期刊出日期：2021-12-28 上一期下一期

综述

星地融合智能组网:愿景与关键技术
刘杨, 彭木根
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 1-12. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-113
摘要 ( 1548 ) PDF ( 1333 ) HTML( 1333 ) 　　
星地融合网络不但可以满足无人自动驾驶、物联网、大连接等新兴服务的需求,而且在灾害预防等公共安全方面也有广泛的应用场景. 从星地融合网络如何高效率、低时延地服务地面应用的愿景出发,结合软件定义网络和网络功能虚拟化技术,提出了星地融合智能组网的关键技术,如组网架构、数据感知、接入控制、多维网络切片、时敏性路由转发等,阐述了这些关键技术的原理和性能,探讨了星地融合智能组网现存的挑战和未来发展方向.
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论文

一种面向弱纹理图像的特征点描述子
程鹏飞, 周修庄, 唐玲, 魏世民, 高欢
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 13-19. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-072
摘要 ( 1270 ) PDF ( 860 ) HTML( 860 ) 　　
现有的大多数特征点提取算法适用于处理纹理丰富的图像,而对于弱纹理图像则无法提取有效的特征点. 对此,提出了多邻域结构张量特征(MNSTF)算法. 基于一系列固定的邻域和图像结构张量,通过表达局部图像的结构和纹理信息,解决了弱纹理和无纹理场景下特征点提取和匹配等相关问题;同时,通过计算邻域之间的相对方向,实现了MNSTF算法特征描述子的旋转不变性. 实验结果表明,MNSTF算法在经过旋转的弱纹理图像测试集上的特征点匹配准确率达到了99.9%以上,验证了其良好的适用性、旋转不变性和鲁棒性.
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一种宽带反射型极化旋转器
刘小明, 齐涛, 甘露
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 20-25,32. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-035
摘要 ( 1259 ) PDF ( 428 ) HTML( 428 ) 　　
为满足极化旋转器件在通信、雷达以及遥感领域的应用,基于周期性结构的设计方法,采用斜排列的正方形裂环和正方形贴片单元结构,设计了一款覆盖频率为22.5~50 GHz的反射型极化旋转器,该器件的-3 dB相对带宽达到了75.86%. 极化转换效率在24~47.8 GHz内达到了0.8,角度稳定性达到了30°. 测试结果与仿真结果具有较好的吻合度.
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认知反向散射网络通信容量公平的资源优化
高晓娜, 卢光跃, 叶迎晖, 昝金枚
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 26-32. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-096
摘要 ( 514 ) PDF ( 443 ) HTML( 443 ) 　　
为保证认知反向散射通信网络中物联网节点通信容量的公平性,提出一种基于最大最小准则的资源分配方案. 在考虑物联网节点动态电路能耗模型与非线性能量收集模型的基础上,通过联合优化发射功率、反射及时间分配系数构建一个最大最小物联网节点通信容量的非凸多维资源分配问题. 首先,采用反证法、连续凸近似及辅助变量等方法将原问题转换为凸优化问题;然后提出一种迭代算法来求解转换问题. 仿真结果表明,所提的资源分配方案在提升物联网节点通信容量的同时保障了节点通信的公平性.
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基于分布式惯导测量的机翼弹性形变算法
张华强, 刘林, 秦昌礼, 陈雨, 苏庆华
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 33-39,66. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-052
摘要 ( 532 ) PDF ( 349 ) HTML( 349 ) 　　
飞机在飞行过程中产生的机翼弹性形变难以预测,对此,提出了一种基于分布式惯性导航的机翼形变测量方法. 首先,根据机翼的模态信息及理论模型利用粒子群算法对机翼上的关键测试点进行了布局优化研究;其次,提出了一种相对运动惯性导航解算方法,建立相对惯性导航误差估计的联邦卡尔曼滤波模型,实现了各节点在机翼挠曲变形下的实时对准,并通过联立多子节点的位姿信息描述机翼形变;最后,设计了机翼加载实验,并验证了该算法的精度及有效性. 结果表明,机翼形变测量的三维位置误差与姿态误差均得到了改善,说明该方法具有较高的估计精度并在动态环境中有较好的形变监控能力.
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结合S盒与混沌映射的图像加密算法
张雷, 陈川, 谭淇匀, 郝茂鑫, 杨学康
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 40-47. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-061
摘要 ( 881 ) PDF ( 572 ) HTML( 572 ) 　　
针对现有图像加密算法存在的加密质量低、明文敏感性差等问题,提出了一种结合S盒与混沌映射的图像加密算法. 对明文图像的散列值进行运算,得到混沌系统的密钥,以进行置乱和扩散,S盒通过Logistic映射生成. 利用二维Logistic映射和Chen混沌系统生成2个与明文图像大小相同的混沌序列,用来对图像的每个像素进行互换和一阶扩散,并利用混沌序列选择S盒元素与各像素值进行比特异或与同或运算,再对整体的各像素作二阶、三阶扩散处理. 仿真测试和安全性能分析结果表明,所提算法具有良好的加密效果、鲁棒性和明文敏感性,也能较好地抵抗各类攻击.
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基于环式对齐链的干扰对齐闭式解方法
刘伟华, 王中方, 张秋闻, 徐晋, 丁汉清
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 48-52. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-023
摘要 ( 419 ) PDF ( 311 ) HTML( 311 ) 　　
针对一般干扰网络下干扰对齐闭式解的问题,提出了一种新颖的、基于环式对齐链的干扰对齐闭式解方法. 首先将干扰对齐预编码矩阵分解成若干个子矩阵,并精心设计其环式对齐链,尽可能压缩干扰子空间维度;然后基于环式对齐链,利用矩阵理论求解干扰对齐预编码矩阵和滤波矩阵. 仿真结果表明,该方法实现了较高的系统和速率性能,并且具有较低的运算复杂度.
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基于感知驱动的纹饰矢量图评价方法
赵海英, 李焕洪, 侯小刚
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 53-58. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-097
摘要 ( 459 ) PDF ( 356 ) HTML( 356 ) 　　
针对构建中华文化矢量素材库过程中如何评价矢量图质量优劣的问题,提出精确性、连续性和简单性三大视觉评价指标,并进行了量化分析. 首先,对矢量图进行解析,获取矢量图的文档对象模型,遍历文档树得到矢量信息;然后,结合格式塔心理学对矢量图的视觉误差、曲线连续性和纹饰图案的复杂度进行量化;最后,提出一种基于感知驱动的传统纹饰矢量图的评价方法. 结合视觉上的启发性规则,所提评价方法可提供3个量化指标用于多任务驱动矢量化系统中矢量图的自动评价、排序和筛选. 在纹饰矢量图数据集上对算法进行了仿真实验,结果表明,对矢量图的评价结果符合主流设计的视觉审美和期望.
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基于样本均衡与特征交互的通信网络故障预测方法
贾珺, 冯春燕, 夏海轮, 张天魁, 李成钢
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 59-66. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-051
摘要 ( 621 ) PDF ( 531 ) HTML( 531 ) 　　
通信网络故障预测数据集样本不均衡,影响故障预测的准确性,对此,提出了基于样本均衡与特征交互的通信网络故障预测方法. 首先,将基于Wasserstein距离的梯度惩罚生成对抗网络(WGAN-GP)用于生成新的少数类样本,解决了告警数据集中存在的样本不均衡问题,并提出了嵌入记忆向量的特征生成卷积神经网络(M-FGCNN)模型. 利用多层感知器和卷积神经网络加强特征间的交互,将告警领域专家经验与因子分解机模型结合生成新的告警特征;在模型的嵌入矩阵中加入记忆向量并改进了模型的损失函数,增强了模型的记忆性. 在样本不均衡的公开数据集上进行实验的结果表明,引入WGAN-GP模型的方法比已有的样本均衡方法能生成质量更好的新数据. M-FGCNN模型比其他深度学习模型具有更好的通信网络故障预测性能.
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混合噪声下移动受限水声传感器网络自定位算法
胡克勇, 宋相琳, 郭小兰, 孙中卫, 宋传旺
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 67-73. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-016
摘要 ( 406 ) PDF ( 261 ) HTML( 261 ) 　　
现有的水声传感器网络定位算法需要信标节点辅助定位,测距噪声服从高斯分布,定位成本高,精度低,对此,提出一种混合测距噪声下基于最大后验概率的自定位算法. 首先对受限移动节点的移动模式进行建模以获取节点位置的先验信息,测量节点间距离并基于加性和乘性混合噪声构建似然函数,在贝叶斯框架下将节点位置的先验与似然信息进行融合,通过最大化后验概率得到定位目标函数;然后利用BFGS拟牛顿法对目标函数进行优化求解. 仿真结果表明,相比同类定位方法,所提方法无需信标节点,定位精度高,收敛速度快,且对测距噪声的变化具有鲁棒性.
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基于多学习单元卷积神经网络的雷达辐射源信号识别
普运伟, 郭江, 刘涛涛, 吴海潇
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 74-82. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-055
摘要 ( 756 ) PDF ( 430 ) HTML( 430 ) 　　
现有基于人工提取特征的复杂体制雷达辐射源信号识别方法时效性低,识别准确率不佳. 为此,提出了一种基于多学习单元卷积神经网络的识别方法. 首先对辐射源信号的模糊函数进行高斯平滑,以校正噪声带来的毛刺与畸变;然后提取其正交切片作为进一步的特征提取对象;最后构建多学习单元卷积神经网络,学习和提取正交切片深层、泛在的特征,并通过softmax分类器进行分类识别. 仿真实验结果表明,所提方法在信噪比为-2 dB时对6类典型雷达信号的整体平均识别率均保持在99.86%以上,即便是在-6 dB环境中,雷达信号的识别率也可达到88.50%,在极低信噪比条件下具有良好的性能和可行性.
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多策略MRFO算法的卷积神经网络超参数优化
刘永利, 朱亚孟, 晁浩
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 83-88,95. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-068
摘要 ( 669 ) PDF ( 480 ) HTML( 480 ) 　　
卷积神经网络的性能与超参数配置密切相关,然而最优超参数的选择耗时耗力. 为了提高超参数选择的效率,提出了一种基于多策略的蝠鲼觅食优化算法,一方面采用半数均匀初始化策略提升种群的多样性;另一方面,融合新权重因子更新策略和分裂策略,提升收敛速度和拟合精度. 根据实数编码策略将所提算法用于卷积神经网络的超参数优化研究中,用3种觅食方式进行迭代,以得到最优的超参数配置. 为了评估超参数优化的有效性,与卷积神经网络超参数优化算法在手写数字和CIFAR-10数据集上进行了对比实验,实验结果表明,所提算法可消耗较少的资源,并获得更高的准确率.
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基于VPP的高性能UPF原型
刘宇, 温向明, 王鲁晗, 路兆铭, 杜科良
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 89-95. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-091
摘要 ( 1199 ) PDF ( 1016 ) HTML( 1016 ) 　　
为满足未来应用多样化的需求,需要更加灵活的移动通信系统网络架构,在软件定义网络/网络功能虚拟化的支持下,第5代移动通信系统(5G)的网络功能可以是运行在通用服务器上的一组软件,但运行于通用服务器的用户面网元(UPF)性能低于传统专用转发硬件的性能. 为了提高UPF软件化后数据处理的性能,设计并实现了一个基于矢量包处理(VPP)的UPF原型系统. 该系统由包转发控制协议、VPP以及相应的接口组成. 设计了2个实验以验证其功能和性能. 实验结果表明,所提出的UPF可与商用基站、商用终端以及开源5G核心网互联互通,同时,其吞吐量相比于基于Linux内核的方法有显著提升.
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敏捷化AIOps框架及运维数据质量评估方法
吴振宇, 施畅
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 96-102,133. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-045
摘要 ( 694 ) PDF ( 473 ) HTML( 473 ) 　　
敏捷化智能运维(AIOps)框架将模型构建提前至测试阶段,利用该阶段产生的监控数据代替线上采集的数据以训练AIOps模型,进而实现智能运维的早开发与早使用. 运维数据质量评估方法通过最大均值差异度量方式,分别在健康评估与故障诊断运维场景下对训练数据分别进行趋势性、阶段性、可检测性及可诊断性评估,以预估数据对模型的适用性. 基于华为技术有限公司提供的测试环境设置测试用例并构建实验数据集,在该数据集上的实验结果验证了敏捷化AIOps框架的可行性及数据质量评估方法的有效性.
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研究报告

多值预测位置隐私保护机制
宋成, 金彤, 贺军义
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 103-108. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-041
摘要 ( 1077 ) PDF ( 261 ) HTML( 261 ) 　　
针对当前位置隐私保护方案中存在的安全和效率问题,基于马尔可夫链技术提出一种多值预测查询的位置隐私保护方案. 首先,根据状态转移矩阵对输入的多个查询值进行计算,并生成下一时刻的预测位置和查询内容;然后,基于布隆过滤器原理,建立兴趣点缓存机制. 安全分析结果表明,所提方案满足匿名性、不可伪造性和抵抗查询服务追踪等安全特性;仿真结果表明,所提方案与现有方案相比具有较高的执行效率和较低的通信开销,且有较高的缓存命中率,能有效减少与基于位置服务器间的交互次数.
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一种联合采样的神经网络光场
刘绍华, 李明豪, 李兆歆, 毛天露, 刘京
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 109-115. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-095
摘要 ( 607 ) PDF ( 508 ) HTML( 508 ) 　　
相比传统的光场绘制技术,神经网络光场(NeRF)方法可使用神经网络拟合场景的光线采样,将隐式编码输入图片的光场,合成新视图. 针对NeRF方法训练时间长,绘制视图慢的问题,提出了一种基于联合采样的NeRF方法,通过使粗糙网络和细腻网络共享均匀采样结果的方法,减少了不必要的光线采样,从而加快了网络训练和视图合成的速度. 实验结果表明,在取得近似视图合成质量的情况下,与NeRF方法相比,所提方法的训练时间减少了20%,视图合成的效率提高了25%.
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哈夫曼树的异构部分重复码构造
余春雷, 王静, 杨成福, 彭小利
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 116-121. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-026
摘要 ( 422 ) PDF ( 310 ) HTML( 310 ) 　　
针对分布式存储系统中数据被访问频率的不同,提出一种基于哈夫曼树的可变重复度的异构部分重复(HVFR)码,将不同访问频率的数据块作为哈夫曼树带有确定权值的叶子节点,构造哈夫曼树并确定数据块的重复度,利用成对平衡设计构造异构部分的重复码,能够提高热数据的并行访问速度和系统存储效率. 性能分析和实验结果表明,与里所码以及简单再生码相比,HVFR码可以显著减少故障节点的修复时间及修复局部性,提高热数据的并行访问速度,达到负载均衡,且计算复杂度低.
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一种滤波集成型Gysel功率分配器的设计与实现
杨雨豪, 吴永乐, 王卫民
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 122-128. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-080
摘要 ( 569 ) PDF ( 387 ) HTML( 387 ) 　　
为了提高功率分配器对无用信号的抑制能力,针对Gysel功率分配器的结构特征,提出在其基础上实现滤波集成的简明普适思路. 设计完成了具有滤波特性的Gysel功率分配器. 根据奇偶模电路分析方法进行电路分解,获得了易于分析的奇偶模等效电路;利用导纳矩阵求解出端口导纳和阻抗,给出了端口S参数的表达式,并分析了该滤波集成型Gysel功率分配器的电路特性. 通过多个仿真实验案例验证了理论分析结果的正确性. 实验结果表明,该Gysel功率分配器在第5代移动通信系统核心频段的端口反射系数幅值均小于-10 dB,中心频率处的隔离度为17.38 dB,具有较好的带外抑制特性.
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一种微型WLAN贴片天线的设计
杨慧春, 王丽霞, 唐胜春, 魏英
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 129-133. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-043
摘要 ( 586 ) PDF ( 504 ) HTML( 504 ) 　　
针对微小型无线设备的无线局域网天线,在20 mm×20 mm的FR4介质基板上设计了一款5 mm×5 mm的微型贴片天线. 该天线的正面除了有U形辐射结构外,还添加了一端接地一端开路的2条一字形加载单元;天线反面的结构为正面加载单元的镜像,采用正面微带馈电方式. 实验结果显示,天线在2.4~2.483 5 GHz频带内具有良好的辐射特性,其电压驻波比能满足工程应用的需求,具有结构简单、紧凑,成本低且便于与有源电路集成的优点.
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面向真实噪声环境的语种识别
邵玉斌, 刘晶, 龙华, 李一民
北京邮电大学学报. 2021, 44(6): 134-140. DOI:10.13190/j.jbupt.2021-053
摘要 ( 497 ) PDF ( 437 ) HTML( 437 ) 　　
语种识别受真实噪声环境的影响较大,识别效果不佳. 为了解决真实噪声环境下语种识别的问题,提出一种基于对数灰度语谱图的图像处理语种识别方法. 根据噪声能量和语音能量在语谱图上的分布规律对真实噪声中的语音信号进行带通滤波;再结合人耳听觉特性提取对数灰度语谱图;然后提取图像主成分特征作为语种特征,采用残差神经网络模型进行训练测试. 实验结果表明,在掠夺者战斗机驾驶舱的环境下,所提方法的平均识别正确率相对于线性灰度语谱图方法提升了27.5%,在其他噪声环境下的平均识别正确率也有提升.
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