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

2019 Vol.20 No.5 P.591-750

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Precision Measurement and Instrumentation Technology
Guest Editors-in-Chief: Song-lin ZHUANG and Jiu-bin TAN

Special Feature on Precision Measurement and Instrumentation Technology

Review Article: Terahertz time-domain spectroscopy and micro-cavity components for probing samples: a review

Lin Chen, Deng-gao Liao, Xu-guang Guo, Jia-yu Zhao, Yi-ming Zhu, Song-lin Zhuang

DOI: 10.1631/FITEE.1800633 Downloaded: 2854 Clicked: 5472 Cited: 0 Commented: 0(p.591-607) <Full Text> <PPT> 1528

Chinese summary <31> 利用太赫茲時域光譜法和微腔器件檢測樣品：綜述

摘要：簡要回顧了上海理工(gōng)大(dà)學在用于探測樣品的太赫茲時域光譜系統和微腔器件領域的研究進展。首先，通過施加高電場研究了基于砷化镓m-i-n二極管的寬頻(pín)太赫茲輻射源。然後，詳細介紹了我(wǒ)們實驗室産生(shēng)的自由空間太赫茲時域光譜系統和光纖耦合太赫茲時域光譜系統及其在藥物(wù)/癌症檢測中(zhōng)的應用。爲進一(yī)步提高信噪比和高靈敏度，我(wǒ)們引入3種通用微腔結構實現微量樣品檢測。本文總結了這些結構的特性、性能和潛在的傳感應用。

關鍵詞組：太赫茲時域光譜；微腔；金屬孔陣列；波導腔；僞局域表面等離(lí)子體(tǐ)

Review Article: Super-resolution optical microscope: principle, instrumentation, and application

Bao-kai Wang, Martina Barbiero, Qi-ming Zhang, Min Gu

DOI: 10.1631/FITEE.1800449 Downloaded: 4648 Clicked: 4788 Cited: 0 Commented: 0(p.608-630) <Full Text> <PPT> 1510

Chinese summary <26> 超分(fēn)辨光學顯微鏡：原理、儀器與應用

摘要：近二十年來，多種基于熒光與非熒光的光學顯微鏡發展迅速，突破了衍射極限。本文綜述了超分(fēn)辨顯微鏡的基本原理、技術成就和儀器應用，讨論了超分(fēn)辨顯微鏡在成像以及其他方面的應用。

關鍵詞組：超分(fēn)辨；成像；光學顯微鏡

Review Article: Displacement measuring grating interferometer: a review

Peng-cheng Hu, Di Chang, Jiu-bin Tan, Rui-tao Yang, Hong-xing Yang, Hai-jin Fu

DOI: 10.1631/FITEE.1800708 Downloaded: 4110 Clicked: 7358 Cited: 0 Commented: 0(p.631-654) <Full Text> <PPT> 1607

Chinese summary <27> 位移測量光栅幹涉儀綜述

摘要：光栅幹涉儀是測量精密位移的常用方法。和激光幹涉儀相比，光栅幹涉儀對空氣折射率不敏感且易于實現多自由度測量結構，因此被廣泛研究、應用。從光學測量原理角度看，光栅幹涉儀曆經零差幹涉、外(wài)差幹涉和空間分(fēn)離(lí)式外(wài)差幹涉3個階段。與前兩者相比，空間分(fēn)離(lí)式外(wài)差光栅幹涉儀具有能消除光學混疊引起納米級周期非線性誤差的特性，可以獲得更高位移測量精度。與此同時，各式各樣光栅幹涉儀結構被提出，以提高光學細分(fēn)數、增加量程、提升适用性或實現多自由度位置姿态測量。本文詳細總結了近年來增量式位移測量光栅幹涉儀的發展，并簡述其測量誤差相關的研究。

關鍵詞組：光栅幹涉儀；光學編碼器；位移測量；精密測量

Review Article: Review of optical tweezers in vacuum

Nan Li, Xun-min Zhu, Wen-qiang Li, Zhen-hai Fu, Meng-zhu Hu, Hui-zhu Hu

DOI: 10.1631/FITEE.1900095 Downloaded: 3001 Clicked: 7023 Cited: 0 Commented: 0(p.655-673) <Full Text> <PPT> 1579

Chinese summary <24> 真空光鑷技術綜述

摘要：光鑷技術自上世紀七十年代由阿瑟·阿什金開(kāi)創以來，作爲捕獲和操縱中(zhōng)性粒子的通用工(gōng)具，已在分(fēn)子生(shēng)物(wù)學、納米技術和實驗物(wù)理學等領域得到廣泛研究和應用。基于光鑷技術的傳感與精密測量系統，通過激光束懸浮傳感單元，而非與裝置固連，相比傳統固态傳感器，無機械耗散。此外(wài)，與液體(tǐ)或空氣介質中(zhōng)的光鑷系統不同，在真空中(zhōng)運作的光鑷系統可實現傳感單元與環境的完全隔離(lí)。基于上述優勢，基礎物(wù)理學和應用物(wù)理學領域科學家對真空光鑷開(kāi)展了大(dà)量研究。本文回顧了真空光鑷技術的基本概念和發展曆史，幫助讀者全面了解該領域。

關鍵詞組：光鑷；真空光阱；激光冷卻

Rapid thermal sensors with high resolution based on an adaptive dual-comb system

Yi-zheng Guo, Ming Yan, Qiang Hao, Kang-wen Yang, Xu-ling Shen, He-ping Zeng

DOI: 10.1631/FITEE.1800347 Downloaded: 1950 Clicked: 6659 Cited: 0 Commented: 0(p.674-684) <Full Text> <PPT> 1496

Chinese summary <20> 基于自适應雙光梳系統的高分(fēn)辨率快速熱傳感器

摘要：提出一(yī)種基于自适應雙光梳光譜測量系統的相移光纖布拉格光栅（PFBG）高分(fēn)辨率快速熱傳感技術。與傳統雙光梳系統相比，自适應雙光梳系統以兩個自由運行的光纖激光器爲光源，消除了嚴格的鎖相反饋環節，極大(dà)降低了系統複雜(zá)度。利用自适應技術對光梳梳齒的快速不穩定性進行較好補償，通過對幹涉圖進行時域快速傅裏葉變換，精确表征了PFBG的光學響應。單次采集可在幾十毫秒内完成，光譜分(fēn)辨率爲0.1 pm，對應的熱測量分(fēn)辨率爲0.01 ℃。測量的光譜帶寬超過14 nm，說明動态測量範圍較大(dà)。自适應雙光梳系統采用寬松的自控制方案，在室外(wài)實際應用中(zhōng)顯示出巨大(dà)潛力。

關鍵詞組：幹涉儀；光纖傳感器；激光光譜學

Regular Papers

Decentralized fault-tolerant cooperative control of multiple UAVs with prescribed attitude synchronization tracking performance under directed communication topology

Zi-quan Yu, Zhi-xiang Liu, You-min Zhang, Yao-hong Qu, Chun-yi Su

DOI: 10.1631/FITEE.1800569 Downloaded: 1956 Clicked: 5442 Cited: 0 Commented: 0(p.685-700) <Full Text> <PPT> 1733

Chinese summary <23> 有向通信拓撲下(xià)具有姿态同步跟蹤預設性能的多無人機分(fēn)散式容錯協同控制

摘要：針對多無人機在有向通信拓撲中(zhōng)遭遇執行器故障問題，提出一(yī)種分(fēn)散式容錯協同控制方案。首先，利用神經網絡對無人機模型中(zhōng)的固有非線性項和執行器效率下(xià)降故障所引起的未知(zhī)非線性項進行估計。其次，引入幹擾觀測器對神經網絡估計偏差和執行器偏差故障進行估計。再次，設計可反映神經網絡和幹擾觀測器複合估計能力的預測偏差，并将該預測偏差集成至所設計的容錯協同控制方案中(zhōng)，以提升複合估計能力。最後，利用預設性能函數對姿态同步跟蹤偏差進行變換，實現同步跟蹤偏差預設性能控制。該控制方案的一(yī)個關鍵特征是多無人機本身的非線性項和與執行器故障有關的非線性項可被神經網絡、幹擾觀測器、預測偏差組成的複合估計器較好地估計。另一(yī)個關鍵特征是姿态同步跟蹤偏差被嚴格約束在預設性能界限内。仿真結果表明所設計控制方案有效。

關鍵詞組：容錯控制；分(fēn)散式控制；預設性能；無人機；神經網絡；幹擾觀測器；有向拓撲

Binary neural networks for speech recognition

Yan-min Qian, Xu Xiang

DOI: 10.1631/FITEE.1800469 Downloaded: 1856 Clicked: 5021 Cited: 0 Commented: 0(p.701-715) <Full Text> <PPT> 1577

Chinese summary <21> 用于語音識别的二值神經網絡

摘要：近年來，在語音識别的聲學建模中(zhōng)，深度神經網絡(DNNs)明顯優于高斯混合模型。然而，推斷階段巨大(dà)的計算量使其難以部署在低功耗的嵌入式模型上。爲此，稀疏性和低精度定點量化技術被廣泛使用。爲降低推理階段計算量，本文開(kāi)發了用于語音識别的二進制神經網絡，并實現了高速的二值矩陣乘法。在中(zhōng)央處理器(CPU)和圖形處理單元(GPU)上，二值矩陣乘法的運行速度是浮點矩陣乘法的5–7倍。針對大(dà)規模連續語音識别的聲學建模，提出多種二值神經網絡及相關模型優化算法。爲提高二值模型的精度，探索了從浮點模型到二值模型的知(zhī)識蒸餾技術。在标準的Switchboard語音識别任務上，該二值神經網絡模型比浮點神經網絡模型速度提高3–4倍。借助知(zhī)識蒸餾技術，二值深度神經網絡或卷積神經網絡相對其浮點神經網絡的詞錯誤率增加可以保持在15%以内。若隻二值化卷積神經網絡的卷積層，詞錯誤率增加幾乎可忽略。

關鍵詞組：語音識别；二值神經網絡；二值矩陣乘法；知(zhī)識蒸餾；位1計數

Adaptive compression method for underwater images based on perceived quality estimation

Ya-qiong Cai, Hai-xia Zou, Fei Yuan

DOI: 10.1631/FITEE.1700737 Downloaded: 1709 Clicked: 5550 Cited: 0 Commented: 0(p.716-730) <Full Text> <PPT> 1507

Chinese summary <22> 基于質量感知(zhī)的水下(xià)圖像自适應壓縮方法

摘要：水下(xià)圖像壓縮是水聲圖像傳輸系統必不可少且至關重要的一(yī)個環節，有效預測感知(zhī)壓縮圖像質量能使系統在壓縮過程更好調整壓縮率，提高圖像傳輸通信系統效率。首先分(fēn)别對壓縮感知(zhī)和嵌入式編碼兩種壓縮策略下(xià)的水下(xià)壓縮圖像進行質量感知(zhī)，然後利用圖像活動性IAM（Image Activity Measurement）與BPP-SSIM（Bits Per Pixel and Structural SIMilarity）曲線間的映射建模并獲得模型參數，從而根據圖像的空域活動性、壓縮率和壓縮策略預測圖像壓縮質量。實驗結果表明，所建立的模型能有效拟合水下(xià)圖像壓縮質量曲線，根據模型中(zhōng)參數具有的規律性，能夠在較小(xiǎo)誤差範圍内預測水下(xià)壓縮圖像的感知(zhī)質量。所提方法能夠有效預測感知(zhī)水下(xià)圖像壓縮質量，并有效權衡壓縮率與壓縮質量之間的關系，減小(xiǎo)發送端的數據緩存壓力，提高水下(xià)圖像通信系統效率。

關鍵詞組：水下(xià)圖像壓縮；SPIHT壓縮；壓縮感知(zhī)；壓縮質量預測

Driftor: mitigating cloud-based side-channel attacks by switching and migrating multi-executor virtual machines

Chao Yang, Yun-fei Guo, Hong-chao Hu, Ya-wen Wang, Qing Tong, Ling-shu Li

DOI: 10.1631/FITEE.1800526 Downloaded: 2009 Clicked: 4905 Cited: 0 Commented: 0(p.731-748) <Full Text> <PPT> 1623

Chinese summary <20> 基于切換和遷移多執行體(tǐ)架構虛拟機的雲側信道攻擊防禦技術

摘要：雲中(zhōng)不同租戶的虛拟機共存爲以信息洩露爲目标的側信道攻擊創造了便利條件。然而，當前絕大(dà)多數防禦技術都存在通用性或兼容性問題，無法在真實環境下(xià)實現快速部署。作爲雲系統固有功能之一(yī)，虛拟機遷移機制可通過在服務器之間遷移虛拟機，限制租戶共存，從而提供一(yī)種具有應用前景的防禦思路。本文首先建立一(yī)個統一(yī)的攻擊模型，攻擊者關注的目标是有效側信道攻擊。設計了一(yī)種包含多執行架構虛拟機的新型雲系統：Driftor。對于其中(zhōng)每個虛拟機，同一(yī)時刻有且僅有一(yī)個執行體(tǐ)處于運行狀态，并通過代理提供服務，以此降低可能洩漏的信息量。爲模拟虛拟機遷移機制，系統将在虛拟機不同執行體(tǐ)之前周期性切換運行狀态，同時通過真實遷移操作加強防禦效果。爲解決CIRCUIT-SAT求解遷移問題時的弱擴展性，本文提出一(yī)種類貪婪算法，通過逐漸擴展必須遷移的虛拟機子集搜索可行解。實驗結果表明，Driftor能有效防禦快速側信道攻擊，且針對真實雲應用的防禦開(kāi)銷較小(xiǎo)。

關鍵詞組：雲計算；側信道攻擊；信息洩露；多執行體(tǐ)架構；虛拟機切換；虛拟機遷移

Retraction Note

Retraction Note to: Dynamic stability enhancement of interconnected multi-source power systems using hierarchical ANFIS controller-TCSC based on multi-objective PSOs

Ali Darvish Falehi, Ali Mosallanejad

DOI: 10.1631/FITEE.19r0001 Downloaded: 1428 Clicked: 4401 Cited: 0 Commented: 0(p.749-749) <Full Text>

Erratum

Erratum to: A novel method based on convolutional neural networks for deriving standard 12-lead ECG from serial 3-lead ECG

Lu-di Wang, Wei Zhou, Ying Xing, Na Liu, Mahmood Movahedipour, Xiao-guang Zhou

DOI: 10.1631/FITEE.17e0413 Downloaded: 1515 Clicked: 2440 Cited: 0 Commented: 0(p.750-750) <Full Text>