Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2018 Vol.19 No.9 P.1063-1202

<<< CONTENTS >>>

Research Articles

Convergence analysis of distributed Kalman filtering for relative sensing networks

Che Lin, Rong-hao Zheng, Gang-feng Yan, Shi-yuan Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1700066 Downloaded: 2176 Clicked: 5708 Cited: 0 Commented: 0(p.1063-1075) <Full Text> <PPT> 1632

Chinese summary <18> 相對傳感網絡分(fēn)布式卡爾曼濾波器的收斂性分(fēn)析

摘要：嚴格分(fēn)析了相對傳感網絡中(zhōng)分(fēn)布式卡爾曼濾波問題。用無向圖對相對傳感網絡建模，并假設網絡中(zhōng)各節點具有相同動力學模型。給出整個系統可觀測性的充要條件，并詳細證明。通過局部信息和測量通信，設計了一(yī)種基于卡爾曼濾波技術的分(fēn)布式次優估計器，并與集中(zhōng)式最優估計器比較。給出系統收斂對應的網絡拓撲充分(fēn)條件，并結合系統參數給出n個線性矩陣不等式（linear matrix inequality, LMI）方程的數值解。數值仿真驗證了所提算法的有效性。

關鍵詞組：相對傳感網絡；分(fēn)布式卡爾曼濾波；Schur穩定；線性矩陣不等式

Physical human-robot interaction estimation based control scheme for a hydraulically actuated exoskeleton designed for power amplification

Yi Long, Zhi-jiang Du, Wei-dong Wang, Long He, Xi-wang Mao, Wei Dong

DOI: 10.1631/FITEE.1601667 Downloaded: 2327 Clicked: 6404 Cited: 0 Commented: 0(p.1076-1085) <Full Text> <PPT> 1695

Chinese summary <19> 一(yī)種應用于功率放(fàng)大(dà)液壓驅動外(wài)骨骼的基于物(wù)理人機交互估計的控制策略

摘要：提出一(yī)種能通過生(shēng)物(wù)醫學或機械傳感器測量人機交互信号感知(zhī)人體(tǐ)運動的用于助力的下(xià)肢外(wài)骨骼，并估計人體(tǐ)步态軌迹以快速準确地實施相應動作。提出安裝在外(wài)骨骼上的力矩傳感器直接獲得物(wù)理人機交互（physical human-robot inter action，pHRI）力矩信息。采用卡爾曼平滑器消除噪聲并平滑信号，定義了從pHRI力矩到人體(tǐ)步态軌迹的映射關系。通過外(wài)骨骼在運動期間的實時狀态推導該映射，并通過基于地面反作用力的阈值方法識别人體(tǐ)運動相位。基于相位識别，通過所提算法估計人體(tǐ)步态，将步态辨識結果作爲控制器的參考輸入。用一(yī)種常規比例-積分(fēn)-微分(fēn)（proportional-integral-derivative，PID）控制策略控制外(wài)骨骼跟随人體(tǐ)步态運動。測試人員(yuán)穿戴外(wài)骨骼以自然速度在水平面進行行走實驗，實驗結果驗證了所提策略的有效性。

關鍵詞組：外(wài)骨骼；物(wù)理人機交互；力矩傳感器；人體(tǐ)步态；卡爾曼平滑器

Adaptive output feedback formation tracking for a class of multiagent systems with quantized input signals

Jing-lin Hu, Xiu-xia Sun, Lei He, Ri Liu, Xiong-feng Deng

DOI: 10.1631/FITEE.1601801 Downloaded: 2080 Clicked: 6820 Cited: 0 Commented: 0(p.1086-1097) <Full Text> <PPT> 1514

Chinese summary <19> 考慮量化輸入信号的多智能體(tǐ)系統自适應輸出反饋編隊跟蹤控制

摘要：針對帶有不确定性和量化輸入信号的多智能體(tǐ)系統的編隊跟蹤控制問題，提出一(yī)種自适應輸出反饋控制方法。利用非線性模型描述智能體(tǐ)系統，其中(zhōng)包含未知(zhī)參數和不可測狀态。建立一(yī)個高增益狀态觀測器以估測系統不可測狀态。在高增益觀測器和遲滞量化器基礎上，設計自适應輸出反饋控制方法，并确定控制系統的參數設置方法。穩定性分(fēn)析證明該控制方法能使多智能體(tǐ)系統跟蹤參考航迹并保持編隊隊形。同時，閉環系統中(zhōng)的所有信号均能保持有界。最後，仿真實驗表明該控制方法的有效性。

關鍵詞組：多智能體(tǐ)系統；自适應輸出反饋；編隊跟蹤；遲滞量化

Stochastic stability analysis of networked control systems with random cryptographic protection under random zero-measurement attacks

Meng-zhou Gao, Dong-qin Feng

DOI: 10.1631/FITEE.1700334 Downloaded: 2410 Clicked: 7848 Cited: 0 Commented: 0(p.1098-1111) <Full Text> <PPT> 1734

Chinese summary <18> 随機零值攻擊下(xià)基于随機加密防護的網絡化控制系統随機穩定性分(fēn)析

摘要：近年來，網絡化控制系統的安全問題受到廣泛重視。安全防護需要額外(wài)的能量消耗、計算資(zī)源負荷以及時間延遲，使得實時、能量受限系統受到影響。因此，采用随機加密防護技術，該技術相比持續性加密防護技術在計算負荷、時間和能量消耗方面代價較小(xiǎo)。針對能力較弱的攻擊者，即系統經驗知(zhī)識較少，攻擊能力有限，同時又(yòu)有攻擊欲望，考慮了一(yī)種随機零值攻擊，即惡意地将測量值篡改爲零信号。随機加密防護與随機零值攻擊分(fēn)别服從于兩個相關的伯努利分(fēn)布随機變量，該情況下(xià)網絡化控制系統變成随機系統；基于線性矩陣不等式法開(kāi)展了随機穩定性分(fēn)析。所提的随機穩定性分(fēn)析結果有助于确定一(yī)定攻擊概率的随機零值攻擊下(xià)所需的随機加密防護概率。最後，基于某垂直起降飛行系統進行仿真實驗。仿真結果表明該方法的有效性、魯棒性與适用性。此外(wài)，結果表明在選擇合适防護技術時，應考慮延遲的影響；在确定系統采樣周期時，應考慮采樣周期對增加攻擊魯棒性的作用。

關鍵詞組：網絡化控制系統；安全；網絡攻擊；随機穩定性；加密防護

Deep learning compact binary codes for fingerprint indexing

Chao-chao Bai, Wei-qiang Wang, Tong Zhao, Ru-xin Wang, Ming-qiang Li

DOI: 10.1631/FITEE.1700420 Downloaded: 2595 Clicked: 6718 Cited: 0 Commented: 0(p.1112-1123) <Full Text> <PPT> 1679

Chinese summary <20> 基于深度學習緊緻二進制編碼的指紋索引

摘要：随着指紋數據庫迅速發展，有必要開(kāi)發一(yī)種卓越的指紋索引方法滿足系統高效性和準确性要求。實值特征的指紋索引已進行廣泛研究，但二進制編碼特征的研究相對較少，并且二進制編碼特征更适合大(dà)規模指紋數據庫的高效檢索。首先，提出高效的有區分(fēn)度的深度緊緻二進制細節點圓柱體(tǐ)編碼（deep compact binary minutia cylinder code，DCBMCC）作爲指紋索引特征。具體(tǐ)分(fēn)析了最新細節點圓柱體(tǐ)編碼（minutia cylinder code，MCC），并發現其缺點。提出一(yī)種新穎的深度神經網絡學習指紋索引特征DCBMCC，設置網絡倒數第二層直接輸出爲二進制編碼。将獨立性、平衡性、量化損失最小(xiǎo)和相似性保持等重要屬性結合在學習過程中(zhōng)。最後，設計了基于多索引哈希（multi-index hashing，MIH）的指紋索引模式，從而在漢明空間中(zhōng)進行高效精确的搜索。此外(wài)，許多公開(kāi)數據庫上的實驗表明，本文提出的方法是一(yī)個卓越的指紋索引方法，在穿透率非常低的情況下(xià)仍然具有非常小(xiǎo)的錯誤率。

關鍵詞組：指紋索引；細節點圓柱體(tǐ)編碼；深度神經網絡；多索引哈希

Optical plasma boundary reconstruction based on least squares for EAST Tokamak

Hao Luo, Zheng-ping Luo, Chao Xu, Wei Jiang

DOI: 10.1631/FITEE.1700041 Downloaded: 2367 Clicked: 6175 Cited: 0 Commented: 0(p.1124-1134) <Full Text> <PPT> 1433

Chinese summary <19> 基于最小(xiǎo)二乘法的EAST托卡馬克光學等離(lí)子體(tǐ)邊緣重建

摘要：重建等離(lí)子體(tǐ)位形是托卡馬克裝置中(zhōng)一(yī)個非常重要的課題。平衡與反演編碼（equilibrium and fitting, EFIT）是部分(fēn)托卡馬克中(zhōng)常用的等離(lí)子體(tǐ)邊緣重建方法。然而，這種磁方法有一(yī)些不可避免的缺點。提出一(yī)種光學等離(lí)子體(tǐ)邊緣重建算法，将EFIT編碼結果作爲标準值學習光學重建模型。在邊緣提取方面，傳統邊緣檢測方法不能提取較清晰的等離(lí)子體(tǐ)邊緣。因此，提出一(yī)種基于全局對比度的方法在圖像平面提取等離(lí)子體(tǐ)邊緣。這種方法對光照有很好的魯棒性。用一(yī)個同階多項式和一(yī)個轉換矩陣拟合提取等離(lí)子體(tǐ)邊緣和EFIT重建等離(lí)子體(tǐ)邊緣。爲在沒有相機标定的前提下(xià)獲取轉換矩陣，用最小(xiǎo)二乘法最小(xiǎo)化光學邊緣和EFIT重建邊緣誤差，得到一(yī)個數學模型，該數學模型将提取的等離(lí)子體(tǐ)邊緣從一(yī)個圖像平面轉換到托卡馬克極向平面。一(yī)旦獲得這個轉換矩陣，便可在捕獲的任意圖像重建光學等離(lí)子體(tǐ)邊緣。展示了所提方法和EFIT之間的誤差，并讨論不同多項式階數的實驗結果。

關鍵詞組：光學等離(lí)子體(tǐ)重建；邊緣檢測；全局對比度；最小(xiǎo)二乘法；EAST托卡馬克

A novel forwarding and routing mechanism design in SDN-based NDN architecture

Jia Li, Ren-chao Xie, Tao Huang, Li Sun

DOI: 10.1631/FITEE.1700698 Downloaded: 1913 Clicked: 4934 Cited: 0 Commented: 0(p.1135-1150) <Full Text> <PPT> 1554

Chinese summary <17> 一(yī)種基于SDN的NDN路由轉發機制設計

摘要：近年來，命名數據網絡（named data networking，NDN）和軟件定義網絡（software defined networking，SDN）的結合被認爲是網絡架構創新的重要趨勢，吸引了大(dà)量關注。雖然關于兩者結合已有大(dà)量研究成果，但未能解決傳統NDN的轉發機制存在興趣包泛洪和丢棄的固有問題。基于SDN在NDN架構設計了一(yī)種新型轉發機制，在架構中(zhōng)分(fēn)布式部署集中(zhōng)控制器，進行全局路由決策，并設計了興趣包和數據包的具體(tǐ)轉發流程。基于設計的轉發機制，提出一(yī)種基于服務質量（quality of service，QoS）的新型路由算法，綜合考慮資(zī)源消耗和網絡負載均衡，并利用改進遺傳算法求解。仿真結果表明所提路由轉發機制有良好性能。

關鍵詞組：基于SDN的NDN；轉發機制；QoS路由；遺傳算法

Performance analysis of two EM-based measurement bias estimation processes for tracking systems

Zhi-hua Lu, Meng-yao Zhu, Qing-wei Ye, Yu Zhou

DOI: 10.1631/FITEE.1800214 Downloaded: 1897 Clicked: 5668 Cited: 0 Commented: 0(p.1151-1165) <Full Text> <PPT> 1567

Chinese summary <20> 針對目标跟蹤的兩種基于最大(dà)期望算法測量值偏差估計過程的性能分(fēn)析

摘要：在現實目标跟蹤問題中(zhōng)，傳感器采集的測量值，比如系統缺陷，可能存在一(yī)定程度偏差。爲正确估計目标的運動軌迹，測量值偏差的識别與估計将成爲首要任務。首先，提出兩種狀态空間模型，分(fēn)别把測量值偏差視爲随機變量和常數。其次，假設測量值樣本數足夠大(dà)，基于最大(dà)期望算法，利用擴展卡爾曼濾波和平滑，針對兩種模型提出不同的循環叠代偏差估計過程。最後，分(fēn)析這兩種估計過程的全局收斂結果，揭示其内在聯系。結果表明，第二種估計過程比第一(yī)種估計過程更簡單準确，并且收斂速度更快。批量處理測量值樣本後，可同時獲得目标運動軌迹和測量值偏差的估計結果。

關鍵詞組：非線性狀态空間模型；測量值偏差；擴展卡爾曼濾波；擴展卡爾曼平滑；最大(dà)期望算法

A multi-modular shunt active power filter system and its novel fault-tolerant strategy based on split-phase control and real-time bus communication

Qun-wei Xu, Jin-xiang Zhan, Long Xiao, Guo-zhu Chen

DOI: 10.1631/FITEE.1601296 Downloaded: 2407 Clicked: 7012 Cited: 0 Commented: 0(p.1166-1179) <Full Text> <PPT> 1634

Chinese summary <19> 多模塊并聯有源電力濾波器系統及其基于分(fēn)相控制和實時總線通訊的新型容錯控制策略

摘要：首先，提出一(yī)種适用于大(dà)容量補償的多模塊并聯有源電力濾波器系統。該系統中(zhōng)每個模塊具備相同的電路拓撲、功能及控制器設計，有助于模塊間協同控制的實現。模塊指令信号由總指令信号與相應的分(fēn)配系數相乘所得。其次，提出一(yī)種基于a-b-c坐标系下(xià)分(fēn)相控制和實時總線通訊的新型容錯控制策略。當某一(yī)相發生(shēng)故障時，所提策略僅隔離(lí)故障橋臂而非停運整個模塊，同時重新計算分(fēn)配系數，将故障相的補償容量轉移到其他正常模塊的相同相，使故障模塊得以持續運行以及剩餘可用功率器件優化利用。故障後電路的穩态分(fēn)析證明系統具備高穩定性及控制可靠性，保證其工(gōng)程應用價值。最後，搭建了實驗樣機，實驗結果驗證了所提多模塊系統及其容錯控制策略的可行性和有效性。

關鍵詞組：并聯有源電力濾波器；容錯拓撲；分(fēn)相控制；總線通訊

Synchronization of two different chaotic systems using Legendre polynomials with applications in secure communications

Saeed Khorashadizadeh, Mohammad-Hassan Majidi

DOI: 10.1631/FITEE.1601814 Downloaded: 2538 Clicked: 6780 Cited: 0 Commented: 0(p.1180-1190) <Full Text> <PPT> 1598

Chinese summary <20> 利用勒讓德多項式同步兩種不同的混沌系統及其在安全通信中(zhōng)的應用

摘要：提出一(yī)種新的由狀态反饋控制器和魯棒控制項組成的混沌同步控制器，采用勒讓德多項式補償不确定性，還考慮截斷錯誤。由于正交函數定理，勒讓德多項式可逼近任意小(xiǎo)的近似誤差的非線性函數。因此，勒讓德多項式可取代模糊系統和神經網絡來估計和補償控制系統中(zhōng)的不确定性。勒讓德多項式具有比模糊系統和神經網絡更少的調整參數，它的調整過程更爲簡單。與模糊系統的參數類似，使用從穩定性分(fēn)析獲得的自适應規則在線估計勒讓德系數。假設主系統和從系統分(fēn)别是Lorenz混沌系統和Chen混沌系統。安全通信系統需要基于觀測器同步，因爲主系統通過信道隻發送一(yī)個狀态變量。讨論了使用基于觀測器同步獲得其他狀态變量的方法。仿真結果表明該方法的有效性。與模糊滑模控制器的比較表明，所提的控制器表現出優異的瞬态響應。此外(wài)，解釋了安全通信問題，并測試了安全通信中(zhōng)控制器的性能。

關鍵詞組：基于觀測器同步；混沌系統；勒讓德多項式；安全通信

Correction of array failure using grey wolf optimizer hybridized with an interior point algorithm

Shafqat Ullah Khan, M. K. A. Rahim, Liaqat Ali

DOI: 10.1631/FITEE.1601694 Downloaded: 2431 Clicked: 6051 Cited: 0 Commented: 0(p.1191-1202) <Full Text> <PPT> 1579

Chinese summary <19> 采用内點算法的灰狼優化程序陣列糾錯

摘要：設計了一(yī)個采用内點算法的灰狼優化程序以糾錯天線陣列。若單個傳感器故障，整個陣列輻射功率圖在旁瓣電平（side lobe level，SLL）和深零度電平（null depth level，NDL）方向受幹擾，零點被破壞并發生(shēng)偏離(lí)。可通過設計新的适應函數解決這些問題，并減小(xiǎo)預期輻射功率圖與零限值之間的偏差。該混合算法用于控制天線陣列的輻射功率圖。仿真實驗使用了由21個傳感器組成的天線陣列。仿真結果表明，與現有的SLL和NDL方法相比，所提方法具有良好性能。

關鍵詞組：故障糾錯；灰狼優化器；内點算法；旁瓣電平；深零度電平