• 2022年 第45卷 第5期 刊出日期：2022-10-28 上一期 下一期

论文

• 一种多精度交互的行人轨迹预测
• 刘绍华 孙靖凯 王奕苏 刘海波 毛天露
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 1-6.
• 摘要 ( 302 )     PDF ( 247 ) 　　
• 在机器人导航和自动驾驶等应用中,行人轨迹预测是一项重要且富有挑战性的任务,其中建模行人之间的交互行为是最具挑战性的任务之一。 现有模型大多采用注意力机制进行成对的交互建模,但是,当场景中行人过多时,这种模型存在交互建模冗余的问题,并且可能忽略不同距离行人的交互差异性。 为了解决这些问题,提出了一种多精度的全局鄄局部模型,该模型包含一个新颖的多精度全局交互子网络来捕获全局交互,以及一个额外的局部交互子网络来模拟局部的行人交互; 同时,引入了时间域注意力机制,用来融合不同时刻的交互信息。 实验结果表明,与对比模型相比,所提模型在 2 个公开数据集上取得了更好的性能。
  
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• 变坡跑道的机场净空模型及其解析式分析
• 庄育锋 张聍兮 陈茜颖 韩静雯
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 7-15.
• 摘要 ( 241 )     PDF ( 196 ) 　　
• 提出了一种变坡跑道的机场净空模型,分析其解析式,提高了机场净空区建筑物超高评估工作的效率与精度。 根据机场跑道参数建立了机场净空三维模型,考虑跑道纵坡和机场等级对障碍物限制面的影响,计算出各限制面的平面限制范围。 在此基础上构建机场净空高程模型,设计算法实现待评价点所在限制面类型的判断及限高计算。 将构建的机场净空三维模型及高程模型应用到实际算例中,验证了模型的有效性,净空限高计算精度和效率得到了提高。 并以 Cesium 为开发平台实现了净空模型的可视化显示,便于工作人员快速直观地对建筑物是否超过净空限制面的控制进行判断,有效地保障机场航空的安全运输。
  
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• 基于随机网络演算的车联网边缘计算性能分析
• 李松 王新荣 王博文 孙彦景 陈瑞瑞
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 16-22.
• 摘要 ( 273 )     PDF ( 247 ) 　　
• 为分析车联网任务卸载的性能,通过随机网络演算的矩母函数法研究了车联网毫米波通信边缘计算的任务时延与数据积压。首先,对车辆业务到达过程、毫米波通信和边缘计算服务过程进行数学建模,并推导了到达过程和服务过程对应的矩母函数表达式。接着,推导出车辆计算任务卸载的时延和数据积压概率边界的闭式解。 蒙特卡罗数值分析法仿真验证了理论分析的正确性。
  
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• 基于PSO算法的RIS-MIMO联合波束成形方案
• 郑凤 杨立
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 23-29.
• 摘要 ( 653 )     PDF ( 400 ) 　　
• 在可重构智能表面(RIS)辅助的多输入多输出 (MIMO)系统中,为了最大化系统的频谱效率,波束成形需要联合考虑基站的主动波束成形和 RIS 的相移设计。 对此,提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法的波束成形方案。首先,利用交替优化思想,将联合波束成形问题分解为基站处的有源波束成形和 RIS 处的相移设计。 然后,利用注水功率分配和改进的 PSO 算法分别对这两个问题进行交替优化求解。 最后,将所提方案推广到实用相移模型的RIS 中。 实验结果表明,所提方案可以有效地解决此波束成形问题,并能大幅提升系统的频谱效率。
  
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• 基于电动汽车行驶数据的动力电池放电性能评估
• 吕浙青 修佳鹏 杨正球 刘炎鑫
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 30-35.
• 摘要 ( 476 )     PDF ( 292 ) 　　
• 随着动力电池在新能源汽车中的广泛应用,电池故障诊断、退役电池评价等问题亟需解决,评估电池健康状态成为动力电池领域的重要课题。 在分析电动汽车行驶数据的基础上,提出了一种评估锂离子动力电池放电性能的模型。 该模型针对电池实际工作数据充放电较为随机的特点进行了调整和适配,解决了传统评估模型难以适用于实际使用场景的问题。 该模型具有低复杂度,能够快速给出评估结果,适用于大批量的电池评估。 实验表明,该模型提取的放电性能指标具有随累积行驶里程的增加而下降的趋势。 根据灰色关联分析,放电性能指标和电池容量随里程的变化具有相似趋势,能够从电池实际工作情况中评估出电池当前的放电能力,为更全面地评估电池健康状态提供参考。
  
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• 基于增强CVAE的三维射线重构方法
• 朱军 杨军 李凯 于文欣
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 36-41.
• 摘要 ( 172 )     PDF ( 110 ) 　　
• 射线追踪数据的样本空间不完备性是造成大规模多输入多输出信道幅值预测出现高预测误差用户较多的主要原因。 为了更全面地表征所有用户的信道传播特征,提出了一种基于扩展概率分布的条件变分自编码器(CVAE)的三维射线重构方法。 该方法基于用户射线样本的稀疏度选择先验概率分布,通过增强 CVAE 为高误差用户生成新的射线样本训练集,使射线追踪数据的隐变量分布更符合高误差用户的特征。 仿真结果表明,基于所提出的方法在原有射线样本训练集中扩充新样本后,可将高预测误差用户数降低到原来的 53.59% ;使用新训练集训练的神经网络在得到大幅降低预测信道幅值时间开销的同时,将信道幅值预测精度提升了 7.8% 。
  
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• 基于密集YOLOv3的印刷电路板缺陷识别
• 杨杰 张书杰
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 42-48.
• 摘要 ( 257 )     PDF ( 190 ) 　　
• 对印刷电路板加工过程中微小缺陷的精准检测是保证电子产品质量的前提。 由于电路板缺陷的特征尺寸极小,电路复杂,现有的目标检测方法存在很多不足。 针对这一问题,在 YOLOv3 算法的基础,提出了一种用于印刷电路板缺陷检测的密集 YOLOv3 目标检测算法。 首先,用密集连接卷积网络模块代替 YOLOv3 算法特征提取网络中的部分残差网络单元,增强网络的特征重用;其次,对损失函数加以改进,用预测框和真实值之间的广义交并比来解决交并比为零时无法继续优化的问题。 所提出的密集 YOLOv3 算法在扩充后的印刷电路板缺陷数据集上得到了有效地验证。 实验结果表明,与其他识别算法相比,所提算法在识别精度提高的同时,算法尺寸也有所减小。
  
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• 基于CM-Transformer的连续手语识别
• 叶康 张淑军 郭淇 李辉 崔雪红
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 49-53,78.
• 摘要 ( 319 )     PDF ( 180 ) 　　
• 针对捕获手语动作的全局特征和局部特征以及保留图像中原有的结构和捕获上下文联系,提出了一种改进的卷积多层感知机鄄自注意力(CM-Transformer)方法用于连续手语识别。 CM-Transformer 将卷积层的结构一致性优势与自注意力模型编码器的全局建模性能相结合,以捕获长期的序列依赖。 同时将自注意力模型前馈层替换为多层感知机,以发挥其平移不变性和局部性。 使用随机帧丢弃和随机梯度停止技术,减少时间和空间上的训练计算量,防止过拟合,由此构建一种高效计算的轻量级网络;最后使用连接主义时间分类解码器对输入和输出序列对齐,得到最终的识别结果。 在两个大型基准数据集上的实验结果表明了所提方法的有效性。
  
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• 基于SWIPT的乘积Polar编码协作构造与分析
• 张顺外 夏子寒
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 54-59.
• 摘要 ( 130 )     PDF ( 145 ) 　　
• 为实现绿色可靠通信,提出了基于无线信息与能量同传(SWIPT)技术的乘积极化( Polar)编码协作系统。 首先,建立基于 SWIPT 的乘积 Polar 编码协作系统模型;其次,将 Polar 码作为乘积码的分量码构建乘积 Polar 码,分别在信源节点和中继节点对其行编码和列编码;最后,在目的节点提出一种低译码时延的两步译码算法,第一步对接收到乘积 Polar 码的码字矩阵分别进行串行相消(SC)译码与列 SC 译码,若第一步译码失败,则执行第二步译码,即将乘积 Polar 码的码字矩阵变换为单行 Polar 码,再 SC 译码。 理论分析与仿真表明,相比点对点系统,基于 SWIPT的乘积 Polar 编码协作大大降低了译码时延;与采用置信度传播译码算法的乘积低密度奇偶校验编码协作系统相比,所提系统误码性能更优。
  
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• 具有长程相互作用正方晶格的色散关系和热容
• 李震东 谭振庭 方萍
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 60-65.
• 摘要 ( 174 )     PDF ( 189 ) 　　
• 根据晶格动力学理论计算具有长程相互作用二维单原子正方晶格的色散关系,在简谐近似下,得到了考虑任意近邻原子色散关系的一般表达式。 分析了最近邻和次近邻近似下的结果,当近邻数 p 较大时,第 p近邻的原子对第一布里渊区内平均振动频率的贡献随近邻数的增大以幂律形式衰减。 以长程库仑相互作用为例,进行数值计算和分析。 在此微观动力学的基础上,研究了长程相互作用对宏观热容的影响。 数值计算长程库仑相互作用系统的热容,且发现热容随近邻数的增大以幂律形式衰减。
  
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• 基于压电效应的低频无线通信机械天线
• 杨靖 温习 杨绍隆 潘绪超 毕科
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 66-71.
• 摘要 ( 424 )     PDF ( 413 ) 　　
• 传统电天线的尺寸与其发射电磁波的波长相近。 低频电磁波(30 ~ 300 kHz)的波长达数公里,低频电天线存在尺寸过大、隐蔽性差、功耗大等问题。 为解决电天线尺寸和功耗大的问题,同时提高低频无线通信应用的灵活性,提出了一种基于压电效应的机械天线,机械天线是利用机械运动的电荷直接激励产生电磁波。 研究了压电机械天线工作的物理机理; 通过阻抗-频率曲线研究压电机械天线的阻抗特性; 利用无线通信系统对比了不同边长压电机械天线的低频辐射性能; 同时验证了压电机械天线辐射的磁场随无线通信系统接收端与压电机械天线距离的变化规律。 结果表明,压电机械天线在便携式、低成本和高性能低频无线通信应用中具有巨大潜力。
  
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• 家庭服务机器人知识图谱的构建与应用
• 姚日辉 陈雯柏 陈启丽 吴培良
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 72-78.
• 摘要 ( 305 )     PDF ( 243 ) 　　
• 为提高服务机器人对家庭环境中事物语义信息的准确获取与认知,提出了一种家庭服务机器人知识图谱的构建方案并进行了家庭服务的应用测试。 首先,针对家庭服务应用需求,构建了适用于家庭环境的领域本体,并采用结构化的方法表征家庭场景下环境、人物、服务等知识以及物体的语义属性,将其存储在关系型数据库中。 在此基础上,根据领域本体将知识库的结构化数据进行数据映射和知识抽取,完成知识图谱的构建,并针对典型家庭服务的应用需求进行了测试。 实验结果表明,构建的知识图谱能够有效地帮助服务机器人准确地获取家庭环境中事物的语义信息,检索得到服务所需的知识,从而保障其智能化地执行家庭服务。
  
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• 小波消噪和优化支持向量机的网络流量预测
• 田中大 潘信澎
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 79-84.
• 摘要 ( 185 )     PDF ( 125 ) 　　
• 为了提高对网络流量的预测精度,提出了一种小波消噪和改进黏菌算法优化支持向量机的网络流量预测模型。 首先应用小波消噪对网络流量进行消噪处理,采用支持向量机作为预测模型。 由于支持向量机预测结果受模型参数影响较大,采用带有随机惯性权重机制的改进黏菌算法来优化支持向量机模型中惩罚因子以及核函数参数。 对所提模型使用最佳参数进行仿真实验,并利用实际采集的网络流量数据进行验证。 实验结果表明,所提模型在评估指标上均优于对比模型。
  
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• 基于正交投影学习的图像特征提取算法
• 张小乾 谈振 王潇 梁芹 万黎明
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 85-90,128.
• 摘要 ( 189 )     PDF ( 179 ) 　　
• 为了改进低秩嵌入在数据重构和噪声抑制方面存在的不足,提高特征的识别准确度,提出了一种基于正交投影学习的图像特征提取算法,设计了半二次方的交替方向乘子法用于求解正交投影学习模型。 该模型通过引入正交矩阵保留样本的主要特征,引入范数约束使提取的特征更加显著;使用加权 Schatten p 范数来逼近秩的最优解。为提高模型的鲁棒性并使其适用于有监督场景,将广义相关熵用于数据项建模和分类损失函数的构建。 在不同规模数据集上的实验结果表明,所提模型具有比现有其他模型更优良的特征提取性能。
  
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研究报告

• 基于多RIS优化的空间调制安全传输映射策略
• 丁青锋 杨倩 徐梦引
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 91-96.
• 摘要 ( 239 )     PDF ( 181 ) 　　
• 为保证信号传输的抗窃听安全,提出了一种可重构智能表面( RIS)辅助空间调制的安全传输映射策略。 首先,发射端通过与 RIS 间的瞬时信道质量选取不同空间调制和星座调制的映射模式提升窃听难度。 为保证合法接收者的保密速率和误码率,以最大化合法接收者的信噪比为目标,优化 RIS 的位置和相移。 同时,利用梯度投影法解决 RIS 相移的非凸恒模约束问题。 仿真结果表明,在较低信噪比下,所提安全传输策略能满足接收者的性能。在瞬时映射模式下,窃听者无法正确解码窃听信息,有效地保证了系统的抗窃听安全。
  
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• 基于稀疏变换学习的改进灵敏度编码重建算法
• 李玺兰 段继忠
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 97-102.
• 摘要 ( 184 )     PDF ( 388 ) 　　
• 灵敏度编码(SENSE)是一种利用多个接收线圈的灵敏度信息来减少扫描时间的技术。 基于 SENSE 算法的磁共振成像重建算法的重建图像存在模糊伪影和细节缺失等问题,不利于临床医学诊断。 为减少磁共振重建图像伪影并提高重建图像质量,将数据驱动的自适应稀疏变换学习(TL)引入 SENSE 算法中,得到一种 TL-SENSE 算法。该算法利用交替方向乘子法进行求解,通过变换更新、硬阈值去噪和图像更新实现并行磁共振成像重建。 仿真实验结果表明,所提算法对图像去噪和修复效果较好,能完整保留纹理细节和边缘轮廓信息,目标图像与原始图像的一致性较高。 对所选 48 组数据, TL-SENSE 算法重建图像的平均信噪比相比 SENSE 算法、 L1-SENSE 算法、TV-SENSE算法和 LpTV-SENSE 算法,分别提高了 4.62 dB、1.91 dB、1.30 dB 和 0.89 dB。
  
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• 改进YOLOv3算法的交通多目标检测方法
• 宋宇博 高嘉振
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 103-108.
• 摘要 ( 235 )     PDF ( 199 ) 　　
• 针对交通场景中目标像素占比小、互相遮掩等因素造成漏检、误检的问题,提出了基于 YOLOv3 的多目标检测方法。 该方法在 YOLOv3 网络结构中植入空间金字塔池化模块以增强特征表达,同时提出一种多尺度特征融合机制兼顾获取空间信息和语义信息,通过扩展预测层的预测分支来细化待检目标的语义信息。 此外,将改进的 K均值聚类算法用于提取先验框的初始中心点,提升预测锚框与待检目标的匹配度,并运用柔性非极大值抑制算法进行置信分数的灵活调整。 基于混合数据集的实验结果表明,所提方法有效地提升了检测精度。
  
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• 知识驱动的人机主动对话管理策略
• 黄宏程 孔田田 胡敏 陶洋 寇兰
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 109-114.
• 摘要 ( 202 )     PDF ( 253 ) 　　
• 针对当前的对话系统主要是被动响应回复,尚不能较好地进行主动式对话的问题,提出了一种知识驱动的人机主动对话管理策略,模拟人-人交流模式,将对话分为话题切换和话题深入两个子任务,设计个性化对话管理策略来实现多轮对话中的主动引导和话题转移。 该策略依据人机交互情感状态确定系统主动对话时机,利用知识图谱作为背景知识信息,主动搜索其在知识图谱中触发的对话实体的多跳邻居集合,从而决定下一步交互内容。 针对用户情感消极的话题,通过向外传播法来主动寻找新话题;针对用户情感积极的话题,通过向内聚合法来深入响应当前话题。 实验结果表明,该策略在平衡全局对话连贯性和局部话题一致性的同时,提高了系统对话的主动性,为人机主动对话系统的发展提供了新的参考。
  
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• 一种基于无线网络场景的自适应比特率算法模型
• 陈峻磊 刘凯俊 董辰 周虹媛
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 115-120.
• 摘要 ( 195 )     PDF ( 167 ) 　　
• 为了适应剧烈变化的网络波动与长尾问题,提出了基于深度学习的自适应比特率算法模型,该算法以视频码率、码率切换频率、视频暂停时间为优化对象,可以更加适应网络波动随机性。 与对比模型相比,所提模型在无线网络的大尺度波动的场景下具有更优越的性能。 在最差的网络条件下,对比模型造成视频播放卡顿的概率高达16% ,而所提模型的卡顿概率仅为 1% ,且平均体验质量指标比对比模型高了 30% 。
  
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• 基于LSTM-KF的无人机航迹跟踪算法
• 刘金铭 张玉艳 张碧玲
• 北京邮电大学学报. 2022, 45(5): 121-128.
• 摘要 ( 570 )     PDF ( 242 ) 　　
• 在量测信息有限的情况下,针对使用单一运动模型的卡尔曼滤波(KF)算法难以应对无人机航道跟踪的问题,提出了一种新颖的将长短期记忆网络(LSTM)和 KF 算法结合的 LSTM-KF 算法。 首先,使用 LSTM 预测目标平均速度和瞬时速度的方法解决了非参数模型在位置预测任务中泛化能力差的问题。 其次,分析了 KF 算法使用运动模型的预测局限性,提出利用 LSTM 的预测结果修正运动模型的预测结果的方法,来降低预测误差。 修正后的预测结果与量测数据结合,实现对目标的状态估计。 最后,将所提 LSTM-KF 算法在生成的轨迹上进行了验证,仿真结果证明,LSTM-KF 算法比已有模型具有更高的跟踪精度和更强的鲁棒性。
  
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