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期刊信息/Journal information
西安电子科技大学学报（自然科学版）
西安电子科技大学
西安电子科技大学学报（自然科学版）

西安电子科技大学

梁昌洪

双月刊

1001-2400

xuebao@mail.xidian.edu.cn

029-88202853

710071

西安市太白南路2号349信箱

西安电子科技大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Xidian University(Natural Science)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊主要刊登通信工程、信息工程、计算机科学与技术、机电工程与自动控制、微电子学、物理电子学、电磁场与微波技术、无线电物理、密码学、应用数学等方面的有创见有参考价值的学术论文。
正式出版
收录年代

    无人机集群任务分配的多目标算法研究

    高卫峰王琼李宏谢晋...
    1-12页
    查看更多>>摘要：针对目标识别场景下的无人机集群协同任务分配问题,建立了以识别代价和识别收益为目标的优化模型,设计了基于分解的多目标差分进化算法求解该模型.首先,提出了精英初始化方法,在保证所得非支配解分布均匀的基础上,筛选初始解以提高解集的质量;其次,结合模型特性构造整数编码下的多目标差分进化算子,提高算法的收敛速度;最后,设计了带限制的禁忌搜索策略,使得算法具有跳出局部最优的能力.该算法为问题的求解提供一组非支配解集,使得可以根据实际需求选择更加合理的最优解.通过上述方法获得分配方案后,基于拍卖算法设计任务重分配策略,进一步调整分配方案,以应对无人机损毁的突发情况.仿真实验验证了所提算法在求解小、中、大规模任务分配问题上的有效性.相比于其他算法,文中算法所得非支配集具有更高的质量,可以消耗更少的识别代价来获取更高的识别收益,说明算法具有一定的优越性.

    任务分配无人机多目标算法进化算法禁忌搜索

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    通信计算联合优化的图分割工作流部署方法

    马英红吝李婉焦毅李秦尧...
    13-27页
    查看更多>>摘要：为提高计算效率,将复杂的大规模任务分解为简单任务并建模为工作流,交由并行分布式计算集群来完成,已成为云中心处理持续增长的计算和网络任务的重要手段.然而,分布式计算的任务间数据传输所带来的通信带宽占用却容易造成云中心的网络拥塞.如何兼顾计算效率和通信开销,科学地部署工作流意义重大.两类典型的工作流部署算法为基于列表的部署算法和基于分簇的部署算法.然而,前者致力于提高计算效率,未关注工作流中任务之间的通信开销,大规模工作流的部署易带来较重的网络负荷;后者关注通信开销的最小化,但牺牲了工作流中任务的并行计算效率,导致工作流完成时间较长.文中从图论的角度出发,充分挖掘工作流中各任务之间的依赖性和并行性,通过对经典图分割算法进行改进,实现了工作流任务分区过程中通信开销最小化和计算并行性最大化之间的平衡.仿真结果表明,在不同的工作流规模下,所提算法的通信开销比列表部署算法平均减少约 35%～50%,工作流完成时间比分簇部署算法平均降低约 50%～65%,且对于具有不同通信计算比的工作流均具有良好的稳定性.

    云计算数据中心工作流任务部署图论

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    面向韧性拓扑构造的无人机集群功率分配策略

    胡嘉琳任智源刘安妮程文驰...
    28-45页
    查看更多>>摘要：针对无人机作战网络因自身内部故障或受到敌方攻击干扰而造成的网络性能下降及网络瘫痪问题,提出了一种基于功率分配的强韧性无人机作战网络拓扑构造方法.该方法首先以边连通度作为网络的韧性指标;其次,基于最大流最小割定理将最小割作为韧性指标的测度;在此基础上,考虑到单架无人机及系统整体功率有限,从物理层角度出发,通过调节无人机节点的发射功率以构造拓扑,从而提高网络韧性,提出了功率约束下的无人机作战网络功率分配策略;最后,采用粒子群优化算法解决功率约束下的拓扑结构韧性优化问题.仿真结果表明,在相同的调制方式及功率约束下,面对链路失效模式和节点失效模式,对比其它功率分配算法,基于粒子群优化算法得到的功率分配方案能有效提高无人机作战网络韧性,其所构建的网络在约 66.7%的链路失效情况下,平均业务成功到达率仍保持在 95%以上,满足实际作战需求.

    无人机韧性最小割约束优化

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    考虑HPSA的IRS辅助室内VLC系统光源优化

    何慧萌杨婷施会丽王平...
    46-55页
    查看更多>>摘要：针对可见光通信(VLC)系统中接收平面光功率分布不均匀的问题,提出了一种基于混合粒子群算法(HPSA)的智能反射面(IRS)辅助室内 VLC系统光源优化设计方案.以 16 个发光二极管(LED)的矩形和混合型布局为例,设置接收光功率方差为适应度函数,将所提出的 HPSA与 IRS技术相结合,对 LED的位置布局、半功率角以及 IRS的偏航角与滚转角进行优化.仿真对比了初始的(未经优化)、基于 HPSA优化的室内 VLC系统,以及基于 HPSA优化的IRS辅助VLC系统的性能.结果表明,在考虑一次反射链路的情况下,与初始的 VLC系统相比,采用 HPSA优化的系统在两种光源布局下的接收光功率以及信噪比波动都明显降低;基于 HPSA优化的IRS辅助室内VLC系统在矩形布局下对接收光功率波动的改善与基于 HPSA优化的 VLC系统效果相当,其在混合型布局下明显低于仅采用 HPSA优化的 VLC系统的光功率波动.3 种可见光通信系统中,基于 HPSA 优化的 IRS 辅助 VLC 系统的平均接收光功率最大.此外,上述 3 种 VLC系统采用混合型布局的平均均方时延拓展性能均优于矩形布局.研究工作对室内可见光通信系统光源分布研究具有一定参考价值.

    可见光通信系统发光二极管光源优化混合粒子群算法智能反射面接收光功率信噪比

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    灾后无人机自组网高动态多信道TDMA调度算法

    孙彦景李林王博文李松...
    56-67页
    查看更多>>摘要：以自然灾害、事故灾难为主要类型的极端突发事件对应急通信网络快速重组与灾情信息实时回传提出了严峻挑战,亟需构建具备快速响应能力、按需动态调整的应急通信网络.为了在断电、断路、断网"三断"极端条件下实现灾情信息实时回传,可通过多无人机形成飞行自组网对受灾区域进行网络通信覆盖.针对灾后复杂环境受限条件下飞行自组织网络通信资源调度不合理引起的信道冲突问题,提出了基于Q-learning的自适应多信道时分多址调度算法.根据无人机间的链路干扰关系建立顶点干扰图,结合图着色理论,将高动态场景下多信道时分多址调度问题抽象为动态二重着色问题.考虑无人机的高速移动性,通过自适应调整Q-learning的学习因子,实现算法的收敛速度与最优解探索能力的权衡优化,以适应高动态的网络拓扑.通过仿真实验证明,所提算法可以实现网络通信冲突和收敛速度的权衡优化,能够解决灾后高动态场景下资源分配决策与快变拓扑适配问题.

    无人机多信道时分多址图论自适应Q-learning

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    基于归一化循环前缀相关谱的无人机识别技术

    张涵硕李涛李勇朝温志津...
    68-75页
    查看更多>>摘要：基于射频的无人机识别技术具有探测距离长、环境依赖性低的优点,已成为无人机监控系统不可或缺的技术手段.如何在低信噪比条件下有效识别无人机是当前热点问题.为保证良好的图传质量,无人机通常采用带有循环前缀结构的正交频分复用(OFDM)调制作为图传链路的调制方式.据此特性,首先提出一种基于归一化循环前缀相关谱和卷积神经网络的无人机识别算法.依据对无人机信号的 OFDM符号周期和循环前缀长度的分析结果,计算信号归一化循环前缀相关谱.当归一化循环前缀相关谱的计算参数与无人机信号的调制参数匹配时,谱线中会出现若干相关峰,峰的位置分布反映了无人机信号帧结构、突发规则等协议特征.然后,利用卷积神经网络对归一化循环前缀相关谱进行特征分析和提取,从而识别无人机.最后,利用通用软件无线电平台 USRP X310 对 5 款无人机的射频信号进行采集,构建实验数据集.实验结果表明,该算法优于基于频谱和基于时频谱的算法,且在低信噪比下仍然有效.

    无人机射频信号OFDM归一化循环前缀相关谱

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    面向国产异构DCU平台的大规模并行矩量法研究

    贾瑞鹏林中朝左胜张玉...
    76-83页
    查看更多>>摘要：面向国产异构众核处理器超级计算机发展趋势,实现了基于CPU+DCU国产异构并行系统的大规模并行高阶矩量法.在同构并行矩量法负载均衡策略的基础上,提出了一种"MPI+openMP+DCU"的高效异构并行编程框架,解决了计算任务与计算能力不匹配的问题,实现了矩量法异构并行计算过程的负载均衡.采用细粒度任务划分策略与异步通信技术,对深度计算处理器计算过程进行了流水线优化设计,实现了计算与通信重叠,提升了矩量法异构协同计算的效率.通过与有限元法的仿真结果对比,验证了CPU+DCU异构并行矩量法的准确性.基于国产深度计算处理器异构平台的可扩展性分析结果表明,与单纯CPU计算相比,所实现的CPU+DCU异构协同计算方法能够获得 5.5～7.0 倍的加速效果,且在国家超级计算西安中心能够实现全系统运行,并行规模从 360 节点扩展到 3 600 节点(共 1 036 800 个处理器核心),并行效率可以达到约 73.5%.

    高阶矩量法国产异构并行系统深度计算处理器异构协同并行计算

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    一种添加振荡抑制的移动机器人避障算法

    吴庭明吴宪云邓亮李云松...
    84-95页
    查看更多>>摘要：针对室内移动机器人动态避障算法易出现局部死区问题,提出一种改进 VFH 动态避障算法.首先,针对传统 VFH 类算法,在候选波谷评价函数中引入波谷宽度和路径长度评价指标以降低移动机器人陷入局部死区的概率,提高路径平滑性;其次,针对局部避障算法受限于局部环境易在障碍物附近发生来回振荡的问题,引入振荡评价函数,通过计算移动机器人位姿到起始点和终点的加权欧氏距离绘制振荡评价曲线,利用自动峰值检测和一阶前向差分曲线获取振荡位置,并添加振荡抑制,使移动机器人逃离局部死区.仿真验证表明,在 100 组仿真场景中,改进算法陷入局部死区的场景减少约 70 组,平均规划迭代次数降低约 32.3 次,平均路径长度降低约 26.2%,平均累计转折角度降低约 79.6%.该算法有效降低了局部避障的代价,提高路径平滑度的同时降低在局部特殊环境下陷入死区的概率.

    避障VFH局部死区振荡曲线

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    SAR图像舰船目标检测的轻量化和特征增强研究

    龚峻扬付卫红方厚章
    96-106页
    查看更多>>摘要：针对合成孔径雷达(SAR)图像中的舰船目标的准确率易受近岸杂波的影响,且现有检测算法复杂度高,在嵌入式设备上的部署难度大的问题,提出一种适用于嵌入式设备的轻量化高精度 SAR 图像舰船目标检测算法CA-Shuffle-YOLO.基于 YOLO v5 目标检测算法,对骨干网络进行轻量化及特征精细化提取两个方面的改进,引入轻量化模块以降低网络的计算复杂度,提高推理速度,并引入协同注意力机制模块增强算法对近岸船舶目标的细节信息的提取能力.在特征融合网络中采用加权特征融合以及跨模块融合,增强模型对 SAR舰船目标的细节信息的融合能力,同时,利用深度卷积模块降低计算复杂度,提高实时性.通过在 SSDD舰船目标检测数据集上的测试及对比实验的结果,表明 CA-Shuffle-YOLO 的检测准确率约为 97.4%,检测帧率为 206 FPS,所需运算复杂度为 6.1 GFlops,相比原始的YOLO v5,所提方法的检测帧率提升了 60 FPS,所需运算复杂度降低为原来的 12%.

    合成孔径雷达目标检测卷积神经网络特征提取

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    一种信标辅助的北斗伪卫星CPD定位方法

    张衡蔚保国潘树国
    107-115页
    查看更多>>摘要：针对北斗伪卫星信号引入室内并在小尺度空间下提供高精度定位的难题,如何在顾及网络建设成本的基础上提升小尺度空间的定位时效性和定位精度是未来室内定位技术中需要解决的重要一环.此处充分结合室内环境下小尺度空间的空间特征,提出一种室内节点信标辅助的北斗伪卫星载波相位差定位方法.该方法首先将传统的大范围指纹构建问题转化为指纹节点的方式,在指纹图谱的基础上提出室内节点信标的概念,通过信标节点实现小尺度空间与周围空间的连接,并对以载噪比和载波相位为基础的信标特征谱构建与处理进行了分析;然后以室内节点信标为基础给出了基于载波相位差的位置估计过程,最后结合粒子群寻优算法提出一种顾及行人特征的位置与速度空间约束下的位置搜索算法.在真实环境下的试验结果表明,通过室内节点信标的辅助在室内环境可以实现动态定位精度优于 30cm、暂停态下的定位精度优于 25cm的定位效果.正常步速运动下算法与惯性导航定位精度相当,同时相比于惯性导航方式具有更宽松的运动姿态条件.在小尺度空间下算法具有更优的适用性.

    北斗伪卫星小尺度空间载波相位室内节点信标高精度定位

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