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基于深度迁移学习的池沸腾瞬时状态快速识别方法

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中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1057-1068页

作者：张轩洪敏古江杭莫冬传衡益中山大学计算机学院广州510006 中山大学国家超级计算广州中心广州510006 中山大学广东省计算科学重点实验室广州510006 中山大学材料学院深圳518107 广东省先进热控材料及系统集成工程技术研究中心广州510275

沸腾过程高效传热的同时也面临着沸腾危机,而沸腾状态的瞬时识别与预测是维持“高功率密度电子器件”高效散热与延长生命周期的关键问题之一.得益于人工智能的快速发展,智能监测与快速识别技术逐渐被用于开发高效的沸腾状态检测器.传统... 详细信息

沸腾过程高效传热的同时也面临着沸腾危机,而沸腾状态的瞬时识别与预测是维持“高功率密度电子器件”高效散热与延长生命周期的关键问题之一.得益于人工智能的快速发展,智能监测与快速识别技术逐渐被用于开发高效的沸腾状态检测器.传统机器学习方法作为纯数据驱动方法难以摆脱对数据的过度依赖,而在实际沸腾应用场景下,模型会因为工况改变与数据稀缺面临泛化瓶颈.基于此,本文提出了一种基于深度迁移学习的池沸腾瞬时状态快速识别方法.首先基于卷积神经网络构建状态识别器OrigCNN,并利用自行开展的池沸腾实验获取沸腾瞬时状态数据集Dataset A训练源模型,测试准确率为100%;针对源模型的泛化瓶颈,本文以自有数据集Dataset A为源域,公开数据集Dataset B和Dataset C为目标域,在源模型OrigCNN中引入迁移学习技术构建深度迁移模型TLCNN,并分别使用目标域数据集的10%,5%,2.5%和1%构建小样本数据集用于迁移训练.测试结果表明,迁移训练样本数据量越多,TLCNN的测试准确率越高,以使用5%Dataset B(132张)进行迁移训练为例,TLCNN测试准确率达99.83%,临界状态检测假阴性率(false negative rate,FNR)为0.38%,证明该模型在实际场景切换时迁移应用的有效性与可靠性.此外,本文提出的深度迁移学习模型的识别效率在单机设备上即可达到毫秒级,对开发实时沸腾瞬态状态识别器及相应的数字孪生工具软件有重要的意义.

关键词：沸腾危机状态识别实时检测卷积神经网络迁移学习

深度学习辅助水下光通信信号检测算法仿真及实验研究

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光子学报 2024年第7期53卷 235-245页

作者：叶鹏飞张鹏于浩何爽田东生王圆鑫佟首峰长春理工大学电子信息工程学院长春130022 长春理工大学光电工程学院长春130022 长春理工大学中山研究院中山528400 吉林大学通信工程学院长春130022

针对水下光通信提出了深度学习辅助的信号检测方法,设计并搭建了室内水下光通信实验平台,测试了所构建的三种水箱信道(水流、浑浊水流1、浑浊水流2)的数学模型,对所提方法进行了仿真测试,采集实验数据集对比研究了三种信道下所提方法与... 详细信息

针对水下光通信提出了深度学习辅助的信号检测方法,设计并搭建了室内水下光通信实验平台,测试了所构建的三种水箱信道(水流、浑浊水流1、浑浊水流2)的数学模型,对所提方法进行了仿真测试,采集实验数据集对比研究了三种信道下所提方法与自适应阈值法的性能。针对不同水下信道、5 Mbps通信传输,三种信道下所提方法误比特率相比自适应阈值法最高分别降低了2个数量级、1个数量级、1个数量级。针对浑浊水流信道1、不同通信速率(5 Mbps、10 Mbps、25 Mbps)通信传输,三种速率下所提方法误比特率均降低了1个数量级。相比自适应阈值法,所提方法在复杂信道下水下无线光通信提高性能方面具有一定作用,可为高速可靠水下无线光通信系统设计提供一定参考。

关键词：光通信通断键控调制深度学习深度神经网络信号检测

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基于半月板MRI的3D卷积神经网络模型预测膝骨关节炎发生的研究

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磁共振成像 2024年第2期15卷 103-107,121页

作者：蒋可欣谢雨含李勉文张志勇陈少龙丘昌镇张晓东南方医科大学第三附属医院(广东省骨科研究院)影像科广州510630 中山大学电子与通信工程学院广州510275

目的探究基于自动分割半月板MRI的3D卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型预测膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)发生的潜在价值。材料与方法本回顾性研究数据均来自于公开数据库骨关节炎倡议(Osteoarthritis Initiat... 详细信息

目的探究基于自动分割半月板MRI的3D卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型预测膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)发生的潜在价值。材料与方法本回顾性研究数据均来自于公开数据库骨关节炎倡议(Osteoarthritis Initiative,OAI)。随机选择基线时的130例膝关节MRI图像,由经过训练的肌骨诊断医师手动勾画半月板感兴趣区,训练半月板MRI分割模型。采用OAI骨关节炎发生队列的MRI图像分割半月板,并基于3D CNN构建KOA预测模型。该关节炎发生队列共纳入710例膝关节,基线时均无放射学KOA,即Kellgren-Lawrence(KL)分级均≤1。在48个月的随访期间,发生放射学KOA(KL分级≥2)为病例组,未发生放射学KOA为对照组。病例组与对照组以1∶1的比例进行匹配。分别利用基线和确定放射学KOA前1年随访时间点(P-1)的膝关节MRI图像构建KOA预测模型。采用Dice系数评估半月板MRI分割模型性能。采用受试者工作特征曲线下面积(area under the curve,AUC)评估基于半月板MRI、临床信息和MRI骨关节炎膝关节评分(MRI Osteoarthritis Knee Score,MOAKS)构建的预测模型的预测价值。结果本研究半月板分割模型在测试集的Dice系数达90.32%。在基线和P-1时间点,3D CNN KOA预测模型(基线时AUC:0.60;P-1时AUC:0.71)比基于临床信息的模型(基线时AUC:0.55;P-1时AUC:0.63)及MOAKS(基线时AUC:0.52~0.56;P-1时AUC:0.51~0.64)在测试集中表现出更好的预测能力,且差异存在统计学意义(P<0.05)。结论基于自动分割半月板MRI构建的3D CNN KOA预测模型较临床信息或MRI半定量评分能更好地预测放射学KOA的发生。

关键词：膝骨关节炎半月板磁共振成像卷积神经网络分割预测

针对一次对流云降水反演大气垂直运动速度及雨滴谱

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热带气象学报 2024年第1期40卷 127-135页

作者：徐睿吴晓燕鲁江伟汪旭东王涛中山大学电子与通信工程学院广东深圳518107 四创电子股份有限公司安徽合肥230088 太原卫星发射中心机动雷达测量部山西太原030045

反演大气垂直速度和雨滴谱分布是研究云降水机制和云微物理信息的重要内容,对人工预报天气、干预天气都有重要意义。针对2021年8月29日安徽省内毫米波雷达探测到的一次对流云降水过程,处理毫米波雷达的功率谱数据并进行大气垂直速度和... 详细信息

反演大气垂直速度和雨滴谱分布是研究云降水机制和云微物理信息的重要内容,对人工预报天气、干预天气都有重要意义。针对2021年8月29日安徽省内毫米波雷达探测到的一次对流云降水过程,处理毫米波雷达的功率谱数据并进行大气垂直速度和雨滴谱反演。在小粒子示踪法的基础上引入改进小粒子示踪法:选取有效云信号段中最小功率对应的谱点作为反演大气垂直速度的示踪物。首先,根据改进前后的小粒子示踪法分别从功率谱数据中反演大气垂直速度,并跟基数据反演大气速度的结果展开对比分析。进一步得到粒子在静止空气中的下落速度,根据现有粒子下落速度-粒子直径之间的经验公式计算反演粒子直径。研究表明:(1)采用改进后的小粒子示踪法反演大气垂直速度得到的结果比小粒子示踪法得到的结果更精确,在云层内部两者误差较大;(2)进一步得到粒子下落速度,结合探测时段的天气状况,得到的粒子速度与大气速度可很好地契合,跟对流云天气情况信息大致吻合;(3)粒子浓度是反演雨滴谱分布时需要注意的主要参数,云在快速发展过程中,内部粒子持续朝外部扩张,云内部的粒子浓度较小,云边界的粒子浓度反而较大。

关键词：毫米波雷达功率谱数据小粒子示踪法大气垂直运动速度雨滴谱分布

光电振荡器：从分立到薄膜铌酸锂光集成（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第11期 18-33页

作者：黄梓骏马蕊蔡鑫伦中山大学电子与信息工程学院光电材料与技术国家重点实验室

光电振荡器（OEO）可以产生高频、宽带可调、低相位噪声的射频（RF）信号，可应用于5G通信、雷达探测和传感等领域。OEO的基本结构主要包括激光器、调制器、储能介质、光电探测器、RF放大器和RF滤波器，实现低相位噪声的关键是高Q储能... 详细信息

光电振荡器（OEO）可以产生高频、宽带可调、低相位噪声的射频（RF）信号，可应用于5G通信、雷达探测和传感等领域。OEO的基本结构主要包括激光器、调制器、储能介质、光电探测器、RF放大器和RF滤波器，实现低相位噪声的关键是高Q储能介质，例如低损耗的长光纤或者高Q因子的光学谐振腔。自姚晓天博士在1996年首次提出OEO至今，已经衍生出各种OEO结构，但它们大多都由分立器件组成，体积庞大、价格昂贵且使用不便。随着各种集成光学材料平台的成熟，小尺寸、低成本和更可靠的集成OEO成为可能，例如绝缘体上硅（SOI）OEO、磷化铟（InP）OEO和硫化物OEO等，但由于这些材料本身高损耗、非线性和温度敏感等特性，难以实现OEO所需的高性能电光调制器和高Q的储能介质，而薄膜铌酸锂（TFLN）由于宽透明窗口、大线性电光系数和低损耗特性在实现高性能的电光调制器和高Q微腔中已经得到广泛应用，有望实现高频、宽带可调、低相位噪声的RF信号。本文回顾过去30年从分立OEO到集成OEO的发展历程并展望未来集成OEO的发展前景。

关键词：薄膜铌酸锂光电振荡器高频相位噪声光集成

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雷达对抗技术研究综述与智能反干扰展望

信息对抗技术 2024年第2期3卷 5-26页

作者：方愚渊魏嵩何超孙一心张磊王明宇中山大学电子与通信工程学院广东深圳518000 空军工程大学防空反导学院陕西西安710051

电磁频谱的争夺是未来信息化战场至关重要的博弈对抗,为了应对更加灵巧和智能化的电子干扰,雷达也必须要发展智能化的反干扰技术。围绕当前雷达反干扰技术发展现状,将雷达反干扰技术框架分解为被动干扰抑制、主动干扰抑制和认知反干扰3... 详细信息

电磁频谱的争夺是未来信息化战场至关重要的博弈对抗,为了应对更加灵巧和智能化的电子干扰,雷达也必须要发展智能化的反干扰技术。围绕当前雷达反干扰技术发展现状,将雷达反干扰技术框架分解为被动干扰抑制、主动干扰抑制和认知反干扰3个主要模块,从基础原理、实现逻辑、性能表现等方面对近几年的代表性文献进行了归纳总结。在此基础上,引入了干扰记忆诱导的智能化反干扰概念,丰富了雷达反干扰智能化内涵。并进一步分析了未来该领域的技术需求、应对场景以及发展趋势,为后续的反干扰技术智能化发展提供参考和依据。

关键词：雷达反干扰电子对抗认知电子战干扰感知

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光电振荡器：从分立到薄膜铌酸锂光集成

激光与光电子学进展 2024年

作者：黄梓骏马蕊蔡鑫伦中山大学电子与信息工程学院光电材料与技术国家重点实验室

光电振荡器(Optoelectronic Oscillator, OEO)可以产生高频、宽带可调、低相位噪声的射频（radio frequency, RF）信号，可应用于5G通信、雷达探测和传感等领域。OEO的基本结构主要包括激光器、调制器、储能介质、光电探测器、RF放大器... 详细信息

光电振荡器(Optoelectronic Oscillator, OEO)可以产生高频、宽带可调、低相位噪声的射频（radio frequency, RF）信号，可应用于5G通信、雷达探测和传感等领域。OEO的基本结构主要包括激光器、调制器、储能介质、光电探测器、RF放大器和RF滤波器，实现低相位噪声的关键是高Q储能介质，例如低损耗的长光纤或者高品质(quality, Q)因子的光学谐振腔。自姚晓天博士在1996年首次提出OEO至今,已经衍生出各种OEO结构,但它们大多都由分立器件组成，体积庞大、价格昂贵和使用不便。随着各种集成光学材料平台的成熟，小尺寸、低成本和更可靠的集成OEO成为可能，例如绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)OEO、磷化铟(Indium Phosphide, In P) OEO和硫化物(Chalcogenide)OEO等，但由于这些材料本身高损耗、非线性和温度敏感等特性，难以实现OEO所需的高性能电光调制器和高Q的储能介质，而薄膜铌酸锂（thin film Lithium Niobate, TFLN)由于宽透明窗口、大线性电光系数和低损耗特性在实现高性能的电光调制器和高Q微腔中已经得到广泛应用，有望实现高频、宽带可调、低相位噪声的RF信号。本文回顾了过去三十年从分立OEO到集成OEO的发展历程以及未来集成OEO的发展前景。

关键词：薄膜铌酸锂光电振荡器高频相位噪声光集成

面向全息MIMO 6G通信的电磁信道建模理论与方法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1940-1950页

作者：黄崇文季然魏丽宫铁瑞陈晓明沙威杨军张朝阳 Yuen Chau 浙江大学信息与电子工程学院杭州310027 新加坡科技与设计大学新加坡487372 西安交通大学信息与通信工程学院西安710049 中兴通讯股份有限公司深圳518000 新加坡南洋理工大学新加坡639798

全息多输入多输出(HMIMO)是6G通信中的新兴技术,相应阵列由固定物理孔径下的密布天线单元组成。全息MIMO是电磁约束下Massive MIMO天线技术的拓展。全息MIMO系统在有效提升无线通信性能方面具有极大的潜力。比如,可用最小的功率损耗实... 详细信息

全息多输入多输出(HMIMO)是6G通信中的新兴技术,相应阵列由固定物理孔径下的密布天线单元组成。全息MIMO是电磁约束下Massive MIMO天线技术的拓展。全息MIMO系统在有效提升无线通信性能方面具有极大的潜力。比如,可用最小的功率损耗实现尽可能大的连续孔径,灵活控制目标方向的电磁波传输等。但是,由于全息MIMO系统包含大量的紧密分布的天线单元,且单元之间的距离小于半波长,因而造成严重的电磁耦合作用。这些耦合使传统的独立同分布的信道假设失效。因此,如何设计一个有效且贴近实际的信道建模成为当前全息MIMO研究中最具挑战性的问题之一。针对该挑战,该文研究了基于电磁场理论的4种信道建模方式,它们都能很好描述全息MIMO系统中的电磁波传输特征。第1种是基于平面格林函数的精确信道建模方式,该方式将自由空间中点对点的格林函数扩展到平面之间积分形式的格林函数,通过积分计算来构造两个全息MIMO平面之间的通信信道,但该方法的复杂度较高。第2, 3种方法则分别采用了平面波展开和球面波展开来近似全息MIMO的通信信道,这两种方案的复杂度更低。其中,基于平面波展开的信道建模形式相对简单,更适用于远场,但是会低估单元强耦合时的最大系统容量;基于球面波展开的信道建模能更好捕捉电磁波信道几何特征,但其复杂度较高。最后介绍基于随机格林函数的信道建模方法,主要描述富散射环境或瑞利信道中电磁波的随机特性。

关键词：全息MIMO通信电磁波理论信道建模

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毫米波车联网多基站多用户下的安全传输方案

通信学报 2024年第8期45卷 84-99页

作者：俱莹陈宇超田素恒刘雷李赞裴庆祺王明阳西安电子科技大学通信工程学院陕西西安710077 深圳市国电科技通信有限公司广东深圳518000 北京跟踪与通信技术研究所北京100085

针对移动场景下毫米波安全波束形成的时效性和毫米波动态窃听场景下安全连接的鲁棒性等问题,提出了一种基于决斗双重深度Q网络(D3QN)-深度确定性策略梯度(DDPG)算法的多智能体安全协作通信方案。该方案利用路侧单元(RSU)辅助的协作干扰... 详细信息

针对移动场景下毫米波安全波束形成的时效性和毫米波动态窃听场景下安全连接的鲁棒性等问题,提出了一种基于决斗双重深度Q网络(D3QN)-深度确定性策略梯度(DDPG)算法的多智能体安全协作通信方案。该方案利用路侧单元(RSU)辅助的协作干扰技术降低窃听者对合法信号的接收质量,并通过联合优化车辆用户(VU)的基站与波束连接控制、阻塞RSU的选择,以及RSU的协作干扰方向和发射功率控制,使得所有合法车辆的总保密传输速率最大化。在此基础上,针对车联网的高动态性,通过构建基于D3QN的VU智能体和基于D3QN-DDPG的RSU智能体,实现了实时的离散-连续混合决策。最后,通过多维度的性能分析和方案对比实验,验证了所提方案的有效性。

关键词：毫米波车联网多智能体物理层安全深度强化学习