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基于改进LSTM的FBG传感网络光谱基线校正方法

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光通信研究 2024年第4期 38-45页

作者：韩颖张旭于明鑫庄炜北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 天津大学天津300072

【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相... 详细信息

【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相比,改进的LSTM模型利用CNN提取FBG光谱信号的特征信息。文章使用仿真数据集和实测数据集对改进的LSTM模型进行训练。仿真数据集由特征噪声、基线和FBG光谱组成。分别使用小波软阈值法、惩罚最小二乘法、循环神经网络(RNN)法、LSTM法和改进的LSTM法进行基线校正。使用FBG传感信号存活率和均方根误差(RMSE)对5种方法的校正结果进行评价。【结果】使用仿真数据集对LSTM模型进行训练与测试,改进的LSTM模型将FBG传感信号存活率提高了60.8%。采用仿真数据集对模型进行预训练后,再将使用实测数据集对经过预训练的模型进行训练得到的改进LSTM模型与直接使用实测数据集训练的模型相比,改进的LSTM模型具有更好的校正效果。FBG光谱的RMSE降低了10.95%,RMSE的标准差降低了4%。使用改进的LSTM模型对FBG光谱实测数据集进行校正,FBG传感信号存活率提高了50.5%。与小波软阈值法、惩罚最小二乘法、RNN法和LSTM法相比,改进后的LSTM模型具有更好的校正效果,RMSE的均值和标准差分别为0.0122和0.0024。解调中心波长的RMSE为0.036 pm,并且基线校正过程只需9.68 ms。【结论】改进的LSTM模型是一种有效的基线校正方法,在复杂外部环境下具有广阔的应用前景。

关键词：光纤布拉格光栅光谱基线校正改进长短期记忆模型深度学习

一种适用于分布式电力交易的安全高效区块链共识算法

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计算机工程 2024年

作者：房永浩姚中原李敏斯雪明中原工学院前沿信息技术研究院河南省区块链与数据共享国际联合实验室

分布式电力交易正在成为电力能源交易的未来发展趋势，区块链凭借其技术特性为分布式电力交易中存在的缺乏监管机制、交易成本过高、信息规则不明等问题提供解决思路。然而，伴随分布式电力交易规模逐渐增大，区块链系统吞吐量降低，这... 详细信息

分布式电力交易正在成为电力能源交易的未来发展趋势，区块链凭借其技术特性为分布式电力交易中存在的缺乏监管机制、交易成本过高、信息规则不明等问题提供解决思路。然而，伴随分布式电力交易规模逐渐增大，区块链系统吞吐量降低，这也间接限制了分布式电力交易的成交速度。为此，本文提出了一种适用于分布式电力交易的高效安全的区块链共识算法。算法基于分布式电力交易网络内节点的历史交易特性使用聚类算法将共识网络规划为多共识集双层网络结构并采用双层共识流程提升共识的并行性；同时设计高效的单共识集内领导节点选举策略，可以快速确定表现良好、性能出众的领导节点；最后引入结合零知识证明与密钥分享的认证方法，进一步降低恶意节点参与共识的可能性。理论分析本文所提共识算法的抗拜占庭节点数量以及可以抵御双花攻击等多种区块链攻击，仿真实验表明该算法能够显著降低共识通信开销与时延，并有效提高系统吞吐量。

关键词：区块链分布式能源交易共识算法零知识证明密钥分享

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机载激光扩束系统主反射镜组件设计试验

机械研究与应用 2024年第4期37卷 48-53页

作者：邵梦旗李少波邢振冲胡子康安泽尧中国电科网络通信研究院河北石家庄050081 河北省光子信息技术与应用重点实验室河北石家庄050081

针对某机载平台对设备结构性能提出的严格要求,提出了一种应用于机载激光扩束系统的轻小型主反射镜组件设计方法。由激光扩束系统的光学指标分析出发,得到主反射镜的机械设计性能约束;结合机载平台环境要求开展了反射镜的支撑方案设计... 详细信息

针对某机载平台对设备结构性能提出的严格要求,提出了一种应用于机载激光扩束系统的轻小型主反射镜组件设计方法。由激光扩束系统的光学指标分析出发,得到主反射镜的机械设计性能约束;结合机载平台环境要求开展了反射镜的支撑方案设计和各部件的轻量化设计;并对所设计的结构组件实施了工程分析,基于此进行了各零部件的加工装配和组件的试验检测。结果显示:组件内部粘接部分的安全系数达到2.7;组件在光轴水平、光轴竖直以及5℃均匀温升三种工况下的镜面面形误差RMS值均优于设计要求的λ/50(λ=632.8 nm);在随机振动环境下,镜面敏感点的加速度响应RMS值相比输入条件的比值最大为6.29,力学性能良好;试验检测结果显示镜面误差RMS值仅0.018λ。结果表明所设计的结构是合理可行的,满足机载平台应用要求。

关键词：光学机械反射镜组件机载平台力学性能随机振动

面向语义通信的信道知识库构建与信道处理研究综述

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无线电通信技术 2024年第3期50卷 519-527页

作者：陈建侨马楠许晓东张平中关村泛联移动通信技术创新应用研究院北京100876 北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室北京100876

语义通信基于共享语义知识库辅助,提取信源语义特征进行编码传输,实现信息的“达意”传递,被认为是应对6G愿景的使能技术之一。为了构建高效、鲁棒的语义通信系统,深入研究语义通信中涉及无线信道建模与处理的相关内容必不可少,如挖掘... 详细信息

语义通信基于共享语义知识库辅助,提取信源语义特征进行编码传输,实现信息的“达意”传递,被认为是应对6G愿景的使能技术之一。为了构建高效、鲁棒的语义通信系统,深入研究语义通信中涉及无线信道建模与处理的相关内容必不可少,如挖掘信道特征以指导语义编/译码、对抗信道衰落与噪声以抑制语义信息误解等。旨在综述面向语义通信涉及无线信道建模与处理的研究进展,在概述语义通信原理基础上,总结了语义通信中涉及无线信道建模与处理的三个方面,包括信道知识库构建、物理信道处理和语义信道处理,综述了相关方面的研究方法与进展。结合已有研究成果,探讨了信道知识库构建和信道处理存在的挑战并展望了其未来发展方向。

关键词：语义通信信道知识库物理信道处理语义信道处理

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中药材及饮片检测中人工智能应用探讨

中国工程科学 2024年第2期26卷 245-254页

作者：王超超张先超谷正昌王阶嘉兴大学信息网络与智能研究院浙江嘉兴314001 浙江省医学电子与数字健康重点实验室浙江嘉兴314001 全省多模态感知与智能系统重点实验室浙江嘉兴314001 上海大学计算机工程与科学学院上海200444 中国中医科学院广安门医院北京100053

目前,中药材及饮片的市场需求快速增长,其质量控制与安全保障更显迫切;传统的中药材及饮片检测手段存在主观经验依赖、检测精度有限、无法全面量化复杂成分等问题,难以满足中药材及饮片在准确分类与鉴别、精准成分测量等方面的需求,而... 详细信息

目前,中药材及饮片的市场需求快速增长,其质量控制与安全保障更显迫切;传统的中药材及饮片检测手段存在主观经验依赖、检测精度有限、无法全面量化复杂成分等问题,难以满足中药材及饮片在准确分类与鉴别、精准成分测量等方面的需求,而人工智能技术的快速发展与广泛应用为中药材及饮片检测提供了新的解决方案。本文总结了中药材及饮片检测的现有方法及应用现状,系统梳理了人工智能技术在药材分类、真伪鉴别、产地溯源、有害成分测量、有效成分测量、药效测量等方面的典型应用,深入分析了当前面临的数据收集与标准化,检测数据共享机制,快速、无损、低成本检测技术需求,检测数据准确性,多模态检测数据融合等问题。研究认为,智能化、精准化、快速化是中药材及饮片检测未来的重点发展方向,需要持续完善检测标准与数据共享体系、深化人工智能技术研究与应用、强化多模态数据融合技术应用、引入新型传感技术、加强人工智能技术应用监管,以此推动我国中药材及饮片检测高质量发展,保障中医药产业的持续健康发展。

关键词：中药材中药饮片人工智能智能检测

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基于无透镜散斑图像编码的集成式光谱检测

红外与激光工程 2024年第3期53卷 175-183页

作者：周天彪黄思远文龙陈沁暨南大学物理与光电工程学院纳米光子学研究院广东省纳米光学操控重点实验室广东广州511443

近年来,片上光谱检测技术由于其优异的集成特性在各种应用中引起了广泛的关注。得益于集成在各类便携式平台的低成本图像传感器,与波长相关的图像编码技术成为一种新兴的集成式光谱检测方法。为了准确地对图像中的光谱信息进行解码,通... 详细信息

近年来,片上光谱检测技术由于其优异的集成特性在各种应用中引起了广泛的关注。得益于集成在各类便携式平台的低成本图像传感器,与波长相关的图像编码技术成为一种新兴的集成式光谱检测方法。为了准确地对图像中的光谱信息进行解码,通常需要物镜和较大的工作距离,这些都不可避免地增加了光学系统的复杂性和整个检测系统的尺寸。文中提出了一种基于卷积神经网络算法的新型散斑图像编码技术,通过将纳米散射结构直接集成到图像传感器表面进行散斑成像,实现了无需光学镜头的片上集成式光谱检测功能。这种高集成、低成本的光谱检测方法和器件利用先进算法克服了有限硬件资源造成的弱光谱检测能力,有望在现场快检和分布式传感网络等领域得到应用。

关键词：显微光谱仪图像编码散射深度学习

服务天基感知业务的卫星互联网模拟验证系统设计与分析

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天地一体化信息网络 2024年第1期5卷 48-59页

作者：陶滢刘伟张磊高梓贺周钠中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094 天地一体化信息技术全国重点实验室北京100086

提出具有遥感、星间星地组网、星载边缘计算功能的低轨卫星与地面云计算中心和天基、临近空间、空中、陆地、海面等各类型终端构成的卫星互联网总体架构,给出包括资源层、虚拟化层、服务层、服务管理层及应用层在内的星载边缘计算功能... 详细信息

提出具有遥感、星间星地组网、星载边缘计算功能的低轨卫星与地面云计算中心和天基、临近空间、空中、陆地、海面等各类型终端构成的卫星互联网总体架构,给出包括资源层、虚拟化层、服务层、服务管理层及应用层在内的星载边缘计算功能架构。针对星载计算能力有限、天基网络拓扑高动态等典型特征,在提出星载边缘计算模拟验证系统构建方法的基础上,设计服务天基感知业务的卫星互联网模拟验证系统,开展天基感知信息处理分发试验,并根据不同信息处理与分发方式对网络资源占用和用户服务时延的对比,分析不同能力条件下卫星互联网对天基感知业务服务的能力水平。

关键词：天基感知业务卫星互联网星载边缘计算模拟验证

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基于机器学习的光网络监测与优化方法

光通信研究 2024年第3期 1-10页

作者：李鸿刘武罗鸣中国信息通信科技集团有限公司武汉邮电科学研究院有限公司武汉430074 中国信息通信科技集团有限公司光通信技术和网络全国重点实验室武汉430074

近年来,许多新型调制和复用技术以及动态网络概念被提出,以适应不断提高的网络带宽和质量需求。网络控制平台向系统化、智能化趋势发展,要求网络管理者不断监测网络各项参数,时刻优化网络状态。然而,大范围部署额外的监测设备获取参数... 详细信息

近年来,许多新型调制和复用技术以及动态网络概念被提出,以适应不断提高的网络带宽和质量需求。网络控制平台向系统化、智能化趋势发展,要求网络管理者不断监测网络各项参数,时刻优化网络状态。然而,大范围部署额外的监测设备获取参数信息从成本控制的角度缺乏可行性,利用已知数据与特殊算法进行网络性能监测和优化是更优的选择。机器学习方法因为其足够准确和高效逐渐被学术界采纳用于完成上述任务。文章梳理了在光网络监测与优化任务中使用机器学习算法的不同应用场景,综述了该领域的研究成果,并提出了现存的基于机器学习的光网络监测与优化方法存在的问题及可能的进一步研究的方向。基于机器学习的光学性能监测包括光学损伤辨别、信道质量评估以及通道功率预测,基于机器学习的网络配置优化方法包括强化学习优化通道功率。进一步研究方向可以考虑加强与运营商的合作,使用真实的现场数据,不断获取数据动态训练模型,并使用迁移学习和数据增强等技术,以保证算法的鲁棒性与泛化能力。

关键词：机器学习光学性能监测光网络优化神经网络强化学习

基于条件生成对抗网络的手语样本骨架缺失关节点修复

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计算机辅助设计与图形学学报 2023年第3期35卷 423-433页

作者：彭冲张金艺楼亮亮上海大学特种光纤与光接入网重点实验室特种光纤与先进通信国际合作联合实验室上海200444 中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感网与通信重点实验室上海200050

计算机视觉技术由于受到遮挡、视角和光照等因素的影响,对手语样本骨架关节点的检测通常存在缺失,导致手语识别准确率降低.为此,提出基于条件生成对抗网络(CGAN)的手语样本骨架缺失关节点修复方法.首先,通过分析手语样本残缺骨架中关节... 详细信息

计算机视觉技术由于受到遮挡、视角和光照等因素的影响,对手语样本骨架关节点的检测通常存在缺失,导致手语识别准确率降低.为此,提出基于条件生成对抗网络(CGAN)的手语样本骨架缺失关节点修复方法.首先,通过分析手语样本残缺骨架中关节点的缺失分布情况,构建缺失关节点分布概率模型;其次,对完整骨架引入分布概率模型生成的缺失关节点,将这些残缺骨架用于CGAN框架中生成器和判别器的训练,通过CGAN框架训练好的生成器能够以残缺骨架为条件生成没有缺失的骨架;最后,用生成骨架去补全残缺骨架,即完成了修复.在中国手语数据集CSL上开展实验,生成器迭代训练80次后,生成骨架与完整骨架的平均均方根误差从0.019减小到0.001;在修复骨架缺失关节点的手语样本上,搭建手语识别网络迭代训练120次,与未进行修复相比,其识别准确率从90.6%提升为99.6%.实验结果表明,该方法能够有效地修复缺失关节点,极大地提升手语识别准确率.

关键词：手语样本缺失关节点条件生成对抗网络分布概率模型手语识别