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经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质网络可塑性的影响

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中国组织工程研究 2025年第6期29卷 1108-1117页

作者：张帅李子春徐亦豪谢晓峰郭忠圣赵清扬省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室生命科学与健康工程学院河北工业大学天津市300401 天津市生物电工与智能健康重点实验室生命科学与健康工程学院河北工业大学天津市300401

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的... 详细信息

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的影响。方法:①动物实验:将24只C57小鼠平均且随机分为4组,对照组(接受伪刺激)、刺激6.35 W/cm^(2)组(接受0.3 T、6.35 W/cm^(2)的耦合刺激)、刺激17.36 W/cm^(2)组(接受0.3 T、17.36 W/cm^(2)组的耦合刺激)和刺激56.25 W/cm^(2)组(接受0.3 T、56.25 W/cm2的耦合刺激),记录小鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号和行为学正确率。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激小鼠前额叶皮质神经网络模型,分别比较不同刺激强度下神经网络结构连接特性。结果与结论:①经颅磁声电刺激能够有效缩短小鼠行为学习时间,工作记忆能力得到改善(P实验准确度没有明显差异(P>0.1)。分析小鼠前额叶局部场电位信号发现经颅磁声电刺激促进了β节律与γ节律能量增强;而随刺激强度升高,β节律与γ节律出现了非同步性下降;通过β-γ相位幅值耦合发现,刺激增强了神经网络适应新的信息和任务要求的能力变化。②建模仿真发现,刺激使得神经网络放电水平增强,长时程突触权重水平提高而短时程突触权重仅在刺激强度较高时降低。③研究结果表明,不同的刺激强度与神经网络功能结构的影响存在复杂的非线性关系;这种神经调控技术为治疗突触功能障碍和神经网络异常等相关神经疾病方面提供新的可能。

关键词：经颅磁声电刺激工作记忆突触可塑性皮质网络 LIF神经元模型

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消息传递方法及其在信息融合中的应用

控制与决策 2022年第10期37卷 2443-2455页

作者：郭振王增福白向龙兰华潘泉西北工业大学自动化学院西安710129 西北工业大学信息融合技术教育部重点实验室西安710129

作为针对复杂问题的确定性推断方法,近年来消息传递方法及其在信息融合领域中的应用备受关注.消息传递为大规模问题提供了基于贝叶斯的、统一的、可扩展的、效率高的推断框架,消息传递方法在概率图模型的节点之间传递消息.首先,对概率... 详细信息

作为针对复杂问题的确定性推断方法,近年来消息传递方法及其在信息融合领域中的应用备受关注.消息传递为大规模问题提供了基于贝叶斯的、统一的、可扩展的、效率高的推断框架,消息传递方法在概率图模型的节点之间传递消息.首先,对概率图模型进行简要介绍,总结消息传递基础理论方法和近似拓展方法的基本原理、特点以及研究进展;然后,针对信息融合领域中的3类重难点问题:状态估计与平滑、目标跟踪和多源异构数据融合,分别综述消息传递在信息融合中的最新研究进展,并总结不同消息传递方法的适用场景;最后,讨论消息传递方法在信息融合领域未来可能的研究方向.

关键词：消息传递信度传播信息融合统计推断目标跟踪状态估计

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基于空间相关电离层模型的天波雷达目标跟踪

电子与信息学报 2022年第1期44卷 354-362页

作者：郭振王增福兰华潘泉西北工业大学自动化学院西安710129 信息融合技术教育部重点实验室西安710129

天波超视距雷达(简称天波雷达)(OTHR)通过电离层反射效应可实现对多种高价值目标的远程预警。天波雷达目标跟踪算法设计中,电离层建模对其跟踪性能至关重要。该文考虑现实中电离层的空间相关性,提出一种基于高斯马尔可夫随机场(GMRF)的... 详细信息

天波超视距雷达(简称天波雷达)(OTHR)通过电离层反射效应可实现对多种高价值目标的远程预警。天波雷达目标跟踪算法设计中,电离层建模对其跟踪性能至关重要。该文考虑现实中电离层的空间相关性,提出一种基于高斯马尔可夫随机场(GMRF)的电离层虚高模型,以及相应的天波雷达多路径目标跟踪方法。该方法在贝叶斯估计的基础上,对多路径杂波环境下目标状态估计与电离层虚高参数进行联合建模与估计。该方法有效建立起了不同电离层区域之间的相关性,能够在电离层量测有限的情况下推断未量测区域的电离层虚高,改善电离层虚高参数辨识精度,进而提高目标跟踪精度。仿真结果表明基于空间相关性的电离层模型可以有效改善天波雷达目标跟踪性能。

关键词：天波超视距雷达电离层模型目标跟踪高斯马尔可夫随机场空间相关性

伴随压制干扰与组网雷达功率分配的深度博弈研究

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雷达学报（中英文） 2023年第3期12卷 642-656页

作者：王跃东顾以静梁彦王增福张会霞西北工业大学自动化学院西安710072 信息融合技术教育部重点实验室西安710072

传统的组网雷达功率分配一般在干扰模型给定的情况下进行优化,而干扰机资源优化是在雷达功率分配方式给定情况下,这样的研究缺乏博弈和交互。考虑到日益严重的雷达和干扰机相互博弈的作战场景,该文提出了伴随压制干扰下组网雷达功率分... 详细信息

传统的组网雷达功率分配一般在干扰模型给定的情况下进行优化,而干扰机资源优化是在雷达功率分配方式给定情况下,这样的研究缺乏博弈和交互。考虑到日益严重的雷达和干扰机相互博弈的作战场景,该文提出了伴随压制干扰下组网雷达功率分配深度博弈问题,其中智能化的目标压制干扰采用深度强化学习(DRL)训练。首先在该问题中干扰机和组网雷达被映射为两个智能体,根据干扰模型和雷达检测模型建立了压制干扰下组网雷达的目标检测模型和最大化目标检测概率优化目标函数。在组网雷达智能体方面,由近端策略优化(PPO)策略网络生成雷达功率分配向量;在干扰机智能体方面,设计了混合策略网络来同时生成波束选择动作和功率分配动作;引入领域知识构建更加有效的奖励函数,目标检测模型、等功率分配策略和贪婪干扰功率分配策略3种领域知识分别用于生成组网雷达智能体和干扰机智能体的导向奖励,从而提高智能体的学习效率和性能。最后采用交替训练方法来学习两个智能体的策略网络参数。实验结果表明;当干扰机采用基于DRL的资源分配策略时,采用基于DRL的组网雷达功率分配在目标检测概率和运行速度两种指标上明显优于基于粒子群的组网雷达功率分配和基于人工鱼群的组网雷达功率分配。

关键词：雷达资源管理伴随压制干扰深度强化学习检测概率深度博弈领域知识辅助学习

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一种高斯-重尾切换分布鲁棒卡尔曼滤波器

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 12-23页

作者：黄伟付红坡李煜章卫国陕西省飞行控制与仿真技术重点实验室(西北工业大学) 西安710072 信息融合技术教育部重点实验室(西北工业大学) 西安710072

为降低实际应用中由强未知干扰和仪器故障对观测造成的影响,减轻随机和未建模干扰对系统的侵蚀,从而提升系统在非高斯噪声环境下的状态估计精度,提高滤波器的鲁棒性能,提出了一种基于高斯-重尾切换分布的鲁棒卡尔曼滤波器(Gaussian-heav... 详细信息

为降低实际应用中由强未知干扰和仪器故障对观测造成的影响,减轻随机和未建模干扰对系统的侵蚀,从而提升系统在非高斯噪声环境下的状态估计精度,提高滤波器的鲁棒性能,提出了一种基于高斯-重尾切换分布的鲁棒卡尔曼滤波器(Gaussian-heavy-tailed switching distribution based robust Kalman filter,GHTSRKF)。首先,通过自适应学习高斯分布和一种重尾分布之间的切换概率将噪声建模为GHTS(Gaussian-heavy-tailed switching)分布,所设计的GHTS分布可以通过在线调整高斯分布和新的重尾分布之间的切换概率来对非平稳重尾噪声进行建模,具有虚拟协方差的高斯分布用于处理协方差矩阵不准确的高斯噪声。其次,引入两个分别服从Categorical分布与伯努利分布的辅助参数将GHTS分布表示为一个分层高斯形式,进一步利用变分贝叶斯方法推导了GHTSRKF。最后,利用一个仿真场景对几种不同的RKFs(robust Kalman filters)进行了对比验证。结果表明,所提出的GHTSRKF算法的估计精度对初始状态的选取不敏感,精度优于其他RKFs,它的RMSEs最接近噪声信息准确的KFTNC(KF with true noise covariances)的RMSEs(root mean square errors),且当系统与量测噪声是未知时变高斯噪声时,相比于现有的滤波器,GHTSRKF具有更好的估计性能,从而验证了GHTSRKF的有效性。

关键词：状态估计非平稳重尾噪声自适应学习鲁棒滤波器变分贝叶斯方法

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解耦表征学习综述

自动化学报 2022年第2期48卷 351-374页

作者：文载道王佳蕊王小旭潘泉西北工业大学自动化学院西安710129 信息融合技术教育部重点实验室西安710129

在大数据时代下,以高效自主隐式特征提取能力闻名的深度学习引发了新一代人工智能的热潮,然而其背后黑箱不可解释的“捷径学习”现象成为制约其进一步发展的关键性瓶颈问题.解耦表征学习通过探索大数据内部蕴含的物理机制和逻辑关系复杂... 详细信息

在大数据时代下,以高效自主隐式特征提取能力闻名的深度学习引发了新一代人工智能的热潮,然而其背后黑箱不可解释的“捷径学习”现象成为制约其进一步发展的关键性瓶颈问题.解耦表征学习通过探索大数据内部蕴含的物理机制和逻辑关系复杂性,从数据生成的角度解耦数据内部多层次、多尺度的潜在生成因子,促使深度网络模型学会像人类一样对数据进行自主智能感知,逐渐成为新一代基于复杂性的可解释深度学习领域内重要研究方向,具有重大的理论意义和应用价值.本文系统地综述了解耦表征学习的研究进展,对当前解耦表征学习中的关键技术及典型方法进行了分类阐述,分析并汇总了现有各类算法的适用场景并对此进行了可视化实验性能展示,最后指明了解耦表征学习今后的发展趋势以及未来值得研究的方向.

关键词：深度学习捷径学习潜在生成因子智能感知解耦表征学习

一种面向弹道再入目标跟踪的HPD-SRCQSPF算法

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宇航学报 2018年第6期39卷 639-647页

作者：杨峰郑丽涛西北工业大学自动化学院西安710129 信息融合技术教育部重点实验室西安710129

针对弹道再入目标轨迹跟踪问题,提出基于混合建议分布的平方根容积求积采样粒子滤波(HPDSRCQSPF)算法,该算法以混合建议分布为框架,由两个基本建议分布组成。其中一个基本建议分布为先验分布,另一个基本建议分布为平方根容积求积卡尔曼... 详细信息

针对弹道再入目标轨迹跟踪问题,提出基于混合建议分布的平方根容积求积采样粒子滤波(HPDSRCQSPF)算法,该算法以混合建议分布为框架,由两个基本建议分布组成。其中一个基本建议分布为先验分布,另一个基本建议分布为平方根容积求积卡尔曼滤波估计后的值。该混合建议分布与真实的后验分布很接近,因此有着高效性、高精度等特点。仿真结果表明,对于弹道再入目标轨迹跟踪模型,相比于标准粒子滤波(SPF)算法和平方根容积求积粒子滤波(SRCQPF)算法,HPD-SRCQSPF算法可以在较低运算负载的情况下获得更好的跟踪性能。特别是在弹道目标变轨机动的情况时,所提出算法的性能增益更为显著。

关键词：标准粒子滤波(SPF) 平方根容积求积粒子滤波(SRCQPF) 弹道再入目标轨迹跟踪

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无人机韧性自主定位技术综述

航空学报 2024年第8期45卷 1-23页

作者：赵春晖刘安萌吕洋潘泉西北工业大学自动化学院西安710072 信息融合技术教育部重点实验室西安710072

当前无人机(UAV)自主定位技术研究多针对特定硬件配置平台在稀疏友好环境中满足简单任务时的定位要求,在大范围复杂稠密环境和长周期复杂任务时不具备持续性、高可靠性和强适应性,制约了无人机更大规模和更广范围的应用。本文聚焦无人... 详细信息

当前无人机(UAV)自主定位技术研究多针对特定硬件配置平台在稀疏友好环境中满足简单任务时的定位要求,在大范围复杂稠密环境和长周期复杂任务时不具备持续性、高可靠性和强适应性,制约了无人机更大规模和更广范围的应用。本文聚焦无人机韧性自主定位技术,从自主定位系统回路中的感知、估计、控制3个核心环节出发,关注持续性、可靠性和适应性等韧性指标,按多源冗余信息融合、鲁棒后端估计和具备感知意识的控制策略对国内外研究工作进行了梳理评述,指出在韧性指标要求下当前无人机自主定位技术的局限性,以及在有限机载资源条件下进行方法集成的技术难点,对无人机韧性自主定位技术的发展方向进行了展望。

关键词：无人机韧性自主定位信息融合不确定性估计动态控制

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一种多模型贝努利粒子滤波机动目标跟踪算法

电子与信息学报 2017年第3期39卷 634-639页

作者：杨峰张婉莹西北工业大学自动化学院西安710129 信息融合技术教育部重点实验室西安710129

交互式多模型贝努利粒子滤波器(Interacting Multiple Model Bernoulli Particle Filter,IMMBPF)适用于杂波环境下的机动目标跟踪。但是IMMBPF将模型信息引入粒子采样过程中会导致用于逼近当前时刻真实状态与模型的粒子数减少,而且每次... 详细信息

交互式多模型贝努利粒子滤波器(Interacting Multiple Model Bernoulli Particle Filter,IMMBPF)适用于杂波环境下的机动目标跟踪。但是IMMBPF将模型信息引入粒子采样过程中会导致用于逼近当前时刻真实状态与模型的粒子数减少,而且每次递推各模型间的粒子都要进行交互,存在计算量过大的缺点。为提升IMMBPF中单个采样粒子对于真实目标状态和模型逼近的有效性,该文提出一种改进的多模型贝努利粒子滤波器(Multiple Model Bernoulli Particle Filter,MMBPF)。预先选定每一个模型的粒子数,且模型间的粒子不需要进行交互,减少了计算负荷。模型概率由模型似然函数计算得到,在不改变模型的马尔科夫性质的条件下避免了小概率模型的粒子退化现象。仿真实验结果表明,所提出的MMBPF与IMMBPF相比,用较少的粒子数就可获得更优的跟踪性能。

关键词：机动目标跟踪贝努利滤波粒子滤波多模型