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嵌入多阶泰勒微分知识的多尺度注意力循环网络深度时空序列预测方法

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2605-2618页

作者：孙强赵珂西安理工大学自动化与信息工程学院通信工程系西安710048

融合先验物理知识的深度时空序列预测方法通常使用偏微分方程(PDE)进行建模,这种做法通常存在两大问题:(1)偏微分方程的近似精度低;(2)无法在循环网络中有效捕捉多种空间尺度的时空特征和时空序列的边缘相关空间信息。为此,该文提出了... 详细信息

融合先验物理知识的深度时空序列预测方法通常使用偏微分方程(PDE)进行建模,这种做法通常存在两大问题:(1)偏微分方程的近似精度低;(2)无法在循环网络中有效捕捉多种空间尺度的时空特征和时空序列的边缘相关空间信息。为此,该文提出了融合泰勒微分的卷积循环神经网络(TDI-CRNN)。首先,为了提高高阶偏微分方程的近似精度并缓解偏微分方程应用的局限性,设计了一种多阶泰勒近似物理模块。该模块首先使用泰勒展开式对输入序列作微分逼近,再将不同阶数之间的微分卷积层使用微分系数耦合,最后动态调整泰勒展开结果的截断阶数与微分项数。其次,为了捕获循环网络隐藏状态的多种空间尺度特征并更好地捕捉时空序列的边缘相关空间信息,设计了一种多尺度注意力循环模块(MSARM),在该模块的多尺度卷积空间注意力UNet(即MCSA-UNet)的卷积层中使用了多尺度卷积和空间注意力机制,目的是关注时空序列的局部空间区域。在Moving MNIST,KTH以及CIKM数据集上开展了大量实验,Moving MNIST数据集的均方误差(MSE)指标下降到42.7,结构相似性指数(SSIM)提高到0.912;KTH数据集的SSIM和峰值信噪比(PSNR)分别提高到0.882和29.03;CIKM数据集上的临界成功指数(CSI)提高到0.515。最终的可视化和定量预测结果均验证了TDI-CRNN模型的合理性和有效性。

关键词：时空序列预测长短期记忆网络知识引导偏微分方程泰勒展开式

单脉冲测角的二维分级主旁瓣干扰联合抑制方法

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电子与信息学报 2024年第1期46卷 213-221页

作者：张仁李朱蕾邱爽盛卫星南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094

针对矩形平面阵列天线同时存在主、旁瓣干扰的单脉冲测角问题,该文设计了2维分级自适应单脉冲波束形成算法(TDHJ-ADBF)。TDHJ-ADBF算法将矩形平面阵分为方位维和俯仰维两个正交维度,采用2维分级处理架构:第1级处理在测角维进行,采用低... 详细信息

针对矩形平面阵列天线同时存在主、旁瓣干扰的单脉冲测角问题,该文设计了2维分级自适应单脉冲波束形成算法(TDHJ-ADBF)。TDHJ-ADBF算法将矩形平面阵分为方位维和俯仰维两个正交维度,采用2维分级处理架构:第1级处理在测角维进行,采用低运算量的压缩多重信号分类法对测角维主瓣干扰进行快速识别与方向估计,构造阻塞矩阵滤除主瓣干扰,获得仅含旁瓣干扰和噪声的协方差矩阵,进而对和、差波束方向图进行指向与鉴角曲线联合约束,完成测角维旁瓣干扰抑制与波束形成处理;第2级在非测角维对残留的测角维主瓣干扰进行抑制。通过2维分级处理实现主、旁瓣干扰联合对抗,并保持单脉冲测角的鉴角曲线线性度。仿真结果表明,TDHJ-ADBF算法实现了对主、旁瓣干扰联合抑制,具有高精度的单脉冲测角性能。

关键词：自适应单脉冲 2维分级波束形成压缩多重信号分类主瓣干扰估计干扰联合对抗

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降质靶标检测算法

兵工学报 2024年第6期45卷 2065-2075页

作者：刘鹏熊泽宇景文博冯萱张俊豪刘桐伯吴雪妮夏璇万琳琳赵海丽长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130000 长春理工大学光电信息工程学院吉林长春130000

装甲车辆动态性能考核中的立靶成像测试环节,靶标检测的准确性与武器装备鉴定及定型的精度息息相关。针对靶标图像对比度低、可辨识度低等降质问题,提出一种基于改进YOLOv5的降质靶标检测算法:使用多分支分组卷积结构配合深度、逐点卷... 详细信息

装甲车辆动态性能考核中的立靶成像测试环节,靶标检测的准确性与武器装备鉴定及定型的精度息息相关。针对靶标图像对比度低、可辨识度低等降质问题,提出一种基于改进YOLOv5的降质靶标检测算法:使用多分支分组卷积结构配合深度、逐点卷积搭建主干特征提取网络,降低网络参数计算量,提高网络的检测速度;引入表征注意力机制,增强靶标的表征能力;在网络输出层,引入3分支空间特征融合,利用低层特征图的细粒度特征信息与高层特征图丰富的语义信息组合,保留降质靶标图像的细节、边缘语义信息;实验结果表明:在靶标数据集中,所提算法的检测精度mAP达到90.88%,检测速度达到52.74帧/s,能在降质环境下够高效、精准地完成动态性能考核中立靶成像测试环节中的靶标检测部分。

关键词：靶标降质图像目标检测特征融合注意力机制

分数阶衍射蜂窝晶格中带隙涡旋孤子的传输与控制

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物理学报 2024年第9期73卷 125-135页

作者：王娟芬韦鑫刘帅杨玲珍薛萍萍樊林林太原理工大学电子信息与光学工程学院太原030600

基于分数阶非线性薛定谔方程,研究分数阶衍射效应下蜂窝晶格中带隙涡旋光孤子的存在性与传输特性.首先采用平面波展开法得到蜂窝晶格能带结构,其次在带隙结构中分别采用改进的平方算子迭代法、分步傅里叶法和傅里叶配置法研究含有蜂窝... 详细信息

基于分数阶非线性薛定谔方程,研究分数阶衍射效应下蜂窝晶格中带隙涡旋光孤子的存在性与传输特性.首先采用平面波展开法得到蜂窝晶格能带结构,其次在带隙结构中分别采用改进的平方算子迭代法、分步傅里叶法和傅里叶配置法研究含有蜂窝晶格势的分数阶非线性薛定谔方程中带隙涡旋孤子的模式及其传输特性.研究结果发现带隙涡旋孤子的传输特性受Lévy指数和传播常数的影响.在稳定区间,带隙涡旋孤子可以稳定传输,而在非稳定区间,带隙涡旋孤子会随着传输距离的增加而逐渐汇聚,失去环状结构演变为基孤子.且Lévy指数越大,带隙涡旋孤子能够稳定传输的距离越长,功率越低.此外,相邻晶格同相位两个带隙涡旋孤子与旁瓣能量相叠加,反相位两带隙涡旋孤子与旁瓣能量相抵消,传输过程中逐渐失去环状结构,演化为类偶极子模式,且受方位角调制影响而周期性旋转.在非相邻晶格处两带隙涡旋孤子,由于旁瓣影响较小,带隙涡旋孤子在传输过程中能较好地保持环状结构.

关键词：分数阶薛定谔方程蜂窝晶格带隙涡旋孤子相互作用

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电子在自旋-轨道耦合调制下磁受限半导体纳米结构中的传输时间及其自旋极化

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物理学报 2024年第11期73卷 377-384页

作者：温丽卢卯旺陈嘉丽陈赛艳曹雪丽张安琪桂林理工大学物理与电子信息工程学院桂林541004

通过考虑构筑在半导体GaAs/Al_(x)Ga_(1–x)As异质结上的磁受限半导体纳米结构中的塞曼效应和自旋-轨道耦合,本文采用理论分析和数值计算相结合的方法研究了电子的传输时间与自旋极化.利用矩阵对角化和改进的转移矩阵方法,数值求解电子... 详细信息

通过考虑构筑在半导体GaAs/Al_(x)Ga_(1–x)As异质结上的磁受限半导体纳米结构中的塞曼效应和自旋-轨道耦合,本文采用理论分析和数值计算相结合的方法研究了电子的传输时间与自旋极化.利用矩阵对角化和改进的转移矩阵方法,数值求解电子的薛定谔方程;采用***理论求电子的居留时间,并计算自旋极化率.由于塞曼效应与自旋-轨道耦合,电子的居留时间明显地与其自旋有关,因此可在时间维度上分离自旋、实现半导体中电子的自旋极化.因为半导体GaAs的有效g-因子很小,电子自旋极化主要源于自旋-轨道耦合,大约为塞曼效应引起的自旋极化的4倍.由于电子的有效势与自旋-轨道耦合的强度有关,电子的居留时间及其自旋极化可通过界面限制电场或应力工程进行有效调控.这些有趣的结果不仅对半导体自旋注入具有参考价值,而且还可为半导体自旋电子学器件应用提供时间电子自旋分裂器.

关键词：半导体自旋电子学磁调制半导体纳米结构自旋-轨道耦合居留时间

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改进的麻雀搜索算法优化无线传感器网络覆盖

吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 761-770页

作者：段锦姚安妮王震于林韬长春理工大学电子信息工程学院长春130012

针对麻雀搜索算法在高维复杂问题上由于随机性大而容易陷入局部最优的问题,提出了一种融合多策略改进的麻雀搜索算法。在初始化阶段,引入佳点集策略以确保种群具备多样性和遍历性。在发现者位置更新中,采用动态学习机制平衡全局寻优和... 详细信息

针对麻雀搜索算法在高维复杂问题上由于随机性大而容易陷入局部最优的问题,提出了一种融合多策略改进的麻雀搜索算法。在初始化阶段,引入佳点集策略以确保种群具备多样性和遍历性。在发现者位置更新中,采用动态学习机制平衡全局寻优和局部探索;在跟随者位置更新中,引入莱维飞行扰动机制以增强局部逃逸能力。最后,将本文算法应用于解决无线传感器网络覆盖问题,从最大化覆盖率、最小化冗余和最大化能耗均衡3个角度对多目标覆盖优化问题进行抽象。仿真结果表明:3项改进措施显著提高了算法性能,增强了网络节点覆盖质量,使网络整体性能得到了有效提升,证明本文算法具备实际应用的良好性能。

关键词：信息处理技术麻雀搜索算法无线传感器网络覆盖佳点集初始化动态学习机制莱维飞行策略

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平行平板光学参数的快速高精度测量方法

光学学报 2024年第3期44卷 115-128页

作者：钱宇郭仁慧蒋金威薛亮刘杨李建欣南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

提出一种基于特征多项式的波长移相干涉测量方法。首先,将该方法与两步绝对测量法结合,对多表面干涉技术进行理论研究;然后,以特征图和特征多项式理论为基础设计出一种加权多步波长移相算法,用于对平板的表面面形、光学厚度变化以及光... 详细信息

提出一种基于特征多项式的波长移相干涉测量方法。首先,将该方法与两步绝对测量法结合,对多表面干涉技术进行理论研究;然后,以特征图和特征多项式理论为基础设计出一种加权多步波长移相算法,用于对平板的表面面形、光学厚度变化以及光学均匀性信息进行提取计算,并通过移相算法的评价函数及其傅里叶表达式展示了算法对误差的抗扰度;最后,将该算法与OPL算法进行对比。结果表明,所提方法在不同厚度平行平板光学均匀性的测量上具有速度快、精度高的优势。

关键词：测量波长移相特征多项式光学均匀性

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基于多维动态拓扑学习图卷积的骨架动作识别

电子学报 2024年第3期52卷 991-1001页

作者：罗会兰曹立京江西理工大学信息工程学院江西赣州341000

图卷积由于其对图数据的强大表示能力被广泛应用于基于骨架的动作识别任务中.但是现有的图卷积方法在所有帧或通道上都使用共享的图拓扑进行特征聚合,这极大限制了图卷积网络的表示能力.为了解决这些问题,本文提出多维动态拓扑学习图卷... 详细信息

图卷积由于其对图数据的强大表示能力被广泛应用于基于骨架的动作识别任务中.但是现有的图卷积方法在所有帧或通道上都使用共享的图拓扑进行特征聚合,这极大限制了图卷积网络的表示能力.为了解决这些问题,本文提出多维动态拓扑学习图卷积用于动态建模具有时序与通道特异性的拓扑结构.多维动态拓扑学习图卷积主要包含三个组成部分:纯粹节点拓扑学习图卷积(pure Joint topology learning Graph Convolution,J-GC)、动态时序特异性拓扑学习图卷积(Dynamic Temporal-Wise topology learning Graph Convolution,DTW-GC)和通道特异性拓扑学习图卷积(Channel-Wise topology learning Graph Convolution,CW-GC).特别地,在DTW-GC中使用了动态骨架拓扑建模方法(Dynamic Skeleton Topology Learning,DSTL),以高效地建模富含全局时空拓扑特征的动态骨架拓扑.将多维动态拓扑学习图卷积与多尺度时间卷积(Multi-Scale Temporal Convolution,MS-TC)相结合,本文构建了具有强大建模能力的图卷积网络.此外,为了对骨架数据的空间信息进行补充,本文额外引入了相对节点数据和相对骨骼数据进行多流网络的融合.本文所提出的方法在NTU-RGB+D与NTU-RGB+D 120数据集上分别取得了92.64%和89.29%的准确率,超过了当前最先进方法.

关键词：动作识别深度学习图卷积动态骨架拓扑数据融合

分数阶光敏神经元的动力学特性分析及其同步研究

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 1138-1146页

作者：杨宁宁孟诗悦吴朝俊西安理工大学电气工程学院西安710048 西安工程大学电子信息学院西安710048

神经元是神经系统的基本单位,神经元模型的准确性影响对其本质特征的分析和理解。该文研究了由分数阶电容和电感构成的分数阶光敏FitzHugh-Nagumo(FHN)神经元电路。利用分岔图、相轨迹图和时间序列图分析了分数阶光敏神经元模型的动力... 详细信息

神经元是神经系统的基本单位,神经元模型的准确性影响对其本质特征的分析和理解。该文研究了由分数阶电容和电感构成的分数阶光敏FitzHugh-Nagumo(FHN)神经元电路。利用分岔图、相轨迹图和时间序列图分析了分数阶光敏神经元模型的动力学特性。研究发现,随着分数阶阶次的降低,分数阶光敏神经元的活跃度增加。当选取不同参数时,神经元系统可以诱发不同的放电模式,如周期放电态、混沌放电态和尖峰放电态。此外,利用电突触耦合的方式连接两个分数阶光敏神经元。通过调整耦合强度,可以实现分数阶光敏神经元系统之间的相位同步和完全同步。最后,采用dSPACE验证了外部光信号对神经元兴奋性的调制作用。

关键词：神经元光敏神经元分数阶微积分同步