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

2023 Vol.24 No.6 P.767-934

Cover:

<167>

Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Review Paper

Review Paper: A comprehensive review of optical wireless power transfer technology

Syed Agha Hassnain MOHSAN, Haoze QIAN, Hussain AMJAD

DOI: 10.1631/FITEE.2100443 Downloaded: 3192 Clicked: 1761 Cited: 0 Commented: 0(p.767-800) <Full Text> <PPT> 164

Chinese summary <6> 光无线能量传输技术综述

Syed Agha Hassnain MOHSAN¹,Haoze QIAN²,Hussain AMJAD³
¹浙江大学海洋学院光通信实验室，中国舟山市，316021
²北京邮电大学电子工程学院，中国北京市，100876
³浙江大学海洋学院卫星通信与网络实验室，中国舟山市，316021
摘要：近几十年来，开创性的光无线能量传输（OWPT）技术在学术界和业内专家中都得到广泛关注。通过激光二极管（LDs）对操作设备或电池远程供电有很多优点。远程LDs可以消除额外携带电池的负担，同时可以通过减少电池更换与充电的时间来节省任务时间。然而激光能量传输（LPT）除了具有吸引人的优点外，因其传输效率低，仍然是一项具有挑战性的任务。此篇综述讨论了OWPT的必要性和可行性，并讨论了其工作原理、系统设计和组件等。此外，还表明了OWPT是为物联网（IoT）终端供电的必要部分，强调了动态OWPT的影响。本文概述了几种OWPT技术，包括光波束赋形、分布式激光充电（DLC）、自适应分布式激光充电（ADLC）、同步无线信息与功率传输（SLIPT）、物对物（T2T）OWPT和高强度激光能量束（HILPB），还论述了OWPT系统的激光选择、危害分析和接收器太阳能电池的选择。最后，讨论了一系列公开挑战和应对措施。我们相信，此篇综述将有助于整合研究和消除技术不确定性，从而促进OWPT技术发展的进步和创新。

关键词组：无线能量传输；光无线能量传输；分布式激光充电；激光二极管；太阳能电池

Regular Papers

Regular Paper: Model division multiple access for semantic communications

Ping ZHANG, Xiaodong XU, Chen DONG, Kai NIU, Haotai LIANG, Zijian LIANG, Xiaoqi QIN, Mengying SUN, Hao CHEN, Nan MA, Wenjun XU, Guangyu WANG, Xiaofeng TAO

DOI: 10.1631/FITEE.2300196 Downloaded: 876 Clicked: 693 Cited: 0 Commented: 0(p.801-812) <Full Text> <PPT> 204

Chinese summary <8> 面向语义通信的模分多址技术

张平^1,2,3，许晓东^1,2,3，董辰¹，牛凯^1,2，梁灏泰¹，梁子键¹，秦晓琦¹，孙梦颖¹，陈昊²，马楠^1,2，许文俊¹，王光宇¹，陶小峰^2,4
¹北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，中国北京市，100876
²鹏城实验室宽带通信研究部，中国深圳市，518066
³中关村泛联移动通信技术创新应用研究院，中国北京市，100876
⁴北京邮电大学信息与通信工程学院，中国北京市，100876
摘要：在多用户系统中，系统资源应分配给不同用户。在传统通信系统中，系统资源通常包括时间、频率、空间和功率，因此广泛使用诸如时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、空分多址（SDMA）、码分多址（CDMA）、非正交多址（NOMA）之类多址技术。在被认为是下一代通信系统新范式的语义通信中，我们从语义角度，以基于模型的人工智能方法，从信源中提取高维语义域特征，并针对信源和信道特征联合构建模型信息空间。从模型信息空间中挖掘语义信息的共性化和个性化信息，提出一种新的基于语义域资源的多址技术，称为模分多址（MDMA）。从信息论角度，证明模分多址比传统多址技术获得更多性能提升。仿真结果表明，模分多址比传统多址技术节省更多带宽资源，并且在低信噪比条件下，在加性高斯白噪声（AWGN）信道中，相比非正交多址具有至少5 dB的性能优势。

关键词组：模分多址（MDMA）；语义通信；多址技术

Regular Paper: A joint image compression and encryption scheme based on a novel coupled map lattice system and DNA operations

Yuanyuan LI, Xiaoqing YOU, Jianquan LU, Jungang LOU

DOI: 10.1631/FITEE.2200645 Downloaded: 997 Clicked: 813 Cited: 0 Commented: 0(p.813-827) <Full Text> <PPT> 162

Chinese summary <5> 一种基于新型耦合映像格子系统和DNA运算的图像压缩加密方案

李媛媛¹，游晓庆²，卢剑权³，楼俊钢^4,5
¹南京林业大学理学院应用数学系，中国南京市，210037
²东南大学网络空间安全学院，中国南京市，210096
³东南大学数学学院系统科学系，中国南京市，210096
⁴湖州师范学院长三角（湖州）智慧交通研究院，中国湖州市，313000
⁵浙江师范大学计算机科学与技术学院，中国金华市，321004
摘要：本文提出一种基于混合线性-非线性耦合逻辑映像格子（NMLNCML）系统和DNA运算的有效图像加密方案。所提出的NMLNCML系统增强了系统的混沌特性，适用于图像加密。该加密系统具有大量的密钥空间；对密钥的敏感性高；对选择明文攻击、统计学攻击和差分攻击具有很强的抵抗能力；并且对一定程度的噪声和数据丢失有很好的鲁棒性。提出的图像密码系统采用置乱-压缩-扩散的架构。首先，通过离散小波变换将普通图像变换为稀疏系数矩阵，并对系数矩阵执行与明文相关的Arnold置乱。然后，采用半张量积（STP）压缩感知对系数矩阵进行压缩和加密。最后，通过DNA随机编码、DNA加法，和位XOR运算来扩散压缩系数矩阵。NMLNCML系统用于在压缩传感的STP测量矩阵和DNA操作中的伪随机序列中生成混沌元素。SHA-384函数用于产生明文密钥，从而使所提出的加密算法对原始图像高度敏感。仿真结果和性能分析验证了该方案的安全性和有效性。

关键词组：压缩感知；耦合映像格子（CML）；DNA运算；半张量积

Regular Paper: Underwater object detection by fusing features from different representations of sonar data

Fei WANG, Wanyu LI, Miao LIU, Jingchun ZHOU, Weishi ZHANG

DOI: 10.1631/FITEE.2200429 Downloaded: 802 Clicked: 1009 Cited: 0 Commented: 0(p.828-843) <Full Text> <PPT> 189

Chinese summary <6> 基于多表征声呐数据特征融合的水下目标检测方法

王非¹，李婉玉¹，刘淼²，周景春¹，张维石¹
¹大连海事大学信息科学技术学院，中国大连市，116026
²大连海事大学交通运输工程学院，中国大连市，116026
摘要：现有水下目标检测方法多基于物体的几何形状从声呐数据中识别物体，这些方法几乎忽略数据采集和数据表征过程所产生的形状畸变问题。为此，本文对声呐数据的不同表示形式进行了对比分析，在此基础上，提出了一个特征融合框架，以充分利用从极坐标图像中提取的强度特征和从点云表示形式中学习的几何特征。该框架中设计了三种特征融合策略，以分析特征融合对检测器不同模块的影响。同时，这些融合策略可以直接集成到其他检测器中，如YOLO系列。通过公开水下实景声呐数据集上的一系列对比实验，验证了所提框架和特征融合策略的有效性。实验结果表明，所提特征融合方法对检测器中候选区域模块和分类模块的结果都有所增益。

关键词组：水下目标检测；声呐数据表示形式；特征融合

Regular Paper: A multipath routing algorithm for satellite networksbased on service demand and traffic awareness

Ziyang XING, Hui QI, Xiaoqiang DI, Jinyao LIU, Rui XU, Jing CHEN, Ligang CONG

DOI: 10.1631/FITEE.2200507 Downloaded: 1377 Clicked: 652 Cited: 0 Commented: 0(p.844-858) <Full Text> <PPT> 185

Chinese summary <5> 一种基于业务需求与流量感知的卫星网络多路径路由算法

邢紫阳^1,2，祁晖^1,2，底晓强^1,2,3，刘晋尧^1,2，许睿^1,2，陈静^1,2，从立钢^1,2
¹吉林省网络与信息安全重点实验室，中国长春市，130022
²长春理工大学计算机科学技术学院，中国长春市，130022
³长春理工大学信息化中心，中国长春市，130022
摘要：随着低轨卫星制造和发射成本的降低，以及其覆盖范围大、数据传输速率高等优点，低轨卫星已成为空地网络数据传输的重要组成部分。但受地理位置及人们生活习惯等因素影响，用户对数据需求差异会造成网络流量不均衡，可能导致网络拥塞进而影响数据传输。传统卫星网络获取网络信息收敛慢，无法细粒度收集全局网络信息，不利于计算最优路由。多业务请求无法满足服务质量要求。本文将人工智能技术应用于低轨卫星网络，利用软件定义网络获取全局网络信息，感知网络流量，通过强化学习在线制定综合决策，实时更新最优路由策略。仿真结果表明，所提强化学习算法有良好收敛性和较强泛化能力。与传统路由相比，本文算法吞吐量提高了8%，且具有负载均衡性。

关键词组：软件定义网络（SDN）；快速用户数据报协议互联网连接（QUIC）；强化学习；Sketch；多业务需求；卫星网络

Regular Paper: A new focused crawler using an improved tabu search algorithm incorporating ontology and host information

Jingfa LIU, Zhen WANG, Guo ZHONG, Zhihe YANG

DOI: 10.1631/FITEE.2200315 Downloaded: 916 Clicked: 946 Cited: 0 Commented: 0(p.859-875) <Full Text> <PPT> 178

Chinese summary <6> 一种新的融合本体和主机信息的改进禁忌搜索算法的主题爬虫方法

刘景发¹，王震^1,2，钟国¹，杨志和¹
¹广东外语外贸大学信息科学与技术学院，中国广州市，510006
²中国联通中南研究院，中国长沙市，410000

摘要：为解决传统主题爬虫方法存在的主题描述不完整和重复爬取已访问链接的问题，本文提出一种新的融合本体和主机信息的改进禁忌搜索算法的主题爬虫方法（FCITS_OH）。该方法基于形式概念分析（FCA）构建领域本体，在语义和知识层面描述主题。为避免重复爬取已访问的链接和扩大搜索范围，提出一种改进的禁忌搜索（ITS）算法和记忆主机信息的策略。此外，为改进未访问链接的主题相关性的评估方法，提出一种基于Web文本和链接结构的综合优先度评估方法。以旅游和暴雨灾害为主题的实验结果表明，对于不同的性能指标，所提出的爬虫方法优于文献中其它主题爬虫策略。

关键词组：主题爬虫；禁忌搜索算法；本体；主机信息；优先度评估

Regular Paper: Visual-feature-assisted mobile robot localization in a long corridor environment

Gengyu GE, Yi ZHANG, Wei WANG, Lihe HU, Yang WANG, Qin JIANG

DOI: 10.1631/FITEE.2200208 Downloaded: 1118 Clicked: 1103 Cited: 0 Commented: 0(p.876-889) <Full Text> <PPT> 234

Chinese summary <6> 长走廊环境下视觉特征辅助的移动机器人定位研究

葛耿育^1,3，张毅²，王维¹，胡立鹤¹，王洋¹，蒋勤¹
¹重庆邮电大学计算机科学与技术学院，中国重庆市，400065
²重庆邮电大学先进制造工程学院，中国重庆市，400065
³遵义师范学院信息工程学院，中国遵义市，563006
摘要：定位在移动机器人导航系统中起着至关重要的作用，是自主移动的基本能力。在室内环境中，当前主流的定位方案使用2D激光雷达，利用即时定位和建图（SLAM）技术来构建占据栅格地图；然后，基于已知的地图来定位。然而，此类方案仅在具有显著几何特征的区域有效。对于重复、对称或类似结构的区域，例如长走廊，常规粒子过滤方法将失效。为解决这一问题，本文提出一种从粗到细的模式，该模式使用视觉特征辅助长走廊中的移动机器人定位。首先，移动机器人被远程控制，沿着中线从起始位置移动到终点。在移动过程中，使用基于激光的SLAM方法建图。同时，根据关键帧选择策略创建关键帧图像组成的视觉地图。关键帧通过时间戳与机器人的姿势相关联。其次，基于提取的激光扫描距离特征，提出一种移动策略，确定初始粗略位置。这对于移动机器人来说至关重要，因为它给出了机器人需要移动到哪里才能调整姿势的指令。然后，移动机器人根据移动策略以适当的视角捕捉图像，并将其与图像地图进行匹配，以获得粗略的定位。最后，提出一种改进的粒子滤波方法来实现精细定位。实验结果表明，该方法对全局定位是有效和鲁棒的。定位成功率达98.8%，平均移动距离仅0.31米。此外，当移动机器人被绑架到走廊中的另一个位置时，该方法依然有效。

关键词组：移动机器人；定位；即时定位和建图（SLAM）；走廊环境；粒子滤波；视觉特征

Regular Paper: A collaborative assembly for low-voltage electrical apparatuses

Huanpei LYU, Libin ZHANG, Dapeng TAN, Fang XU

DOI: 10.1631/FITEE.2100423 Downloaded: 1180 Clicked: 1289 Cited: 0 Commented: 0(p.890-905) <Full Text> <PPT> 149

Chinese summary <6> 面向低压电器的协同装配方法

吕焕培^1,2，张立彬¹，谭大鹏¹，胥芳¹
¹浙江工业大学机械工程学院，中国杭州市，310014
²宁波财经学院数字技术与工程学院，中国宁波市，315175
摘要：低压电器设备由较多零部件组成，结构较为复杂，其现有装配方法多是刚性、劳动密集和低平衡的装配工艺过程，不能随装配环境变化迅速改变。本文提出一种面向低压电器的协同装配方法。首先，根据协同装配的性能要求，构建着色Petri网模型，以分析协同装配中各机器人的自治性能和交互特性。其次，在装配控制中提出一种基于规划的人工势场算法（artificial potential fieldbased planning algorithm, AFPA），以实现低压电器设备协同装配中机器人静态全局规划和动态交互控制，并引入自适应量子遗传算法（adaptive quantum genetic algorithm, AQGA）对整个装配过程进行平衡优化。最后，以带漏电保护装置的二相断路器为例，对协同装配方法进行模拟分析。结果表明，低压电器装配中，协同装配方法具有较好的成本效益和柔性，同时装配资源得到较好分配。装配机器人能够相互间动态交互以适应低压电器设备装配中的变化。

关键词组：低压电器；协同装配；基于规划的人工势场；自适应量子遗传算法；动态交互

Regular Paper: Controllability of Boolean control networks with multiple time delays in both states and controls

Yifeng LI, Lan WANG

DOI: 10.1631/FITEE.2200618 Downloaded: 701 Clicked: 685 Cited: 0 Commented: 0(p.906-915) <Full Text> <PPT> 183

Chinese summary <5> 状态和控制均具有多时滞的布尔控制网络可控性

李一峰¹，王兰²
¹重庆师范大学重庆国家应用数学中心，中国重庆市，401331
²南京师范大学数学科学学院数学系，中国南京市，210023
摘要：本文研究状态和控制均具有多时滞的布尔控制网络可控性问题。首先，考虑控制具有多时滞的布尔控制网络可控性问题。对于该问题，本文通过定义一个新的矩阵乘积构建系统的可控性矩阵，基于该矩阵，得到一个系统可控的充分必要条件。其次，研究状态具有多时滞的布尔控制网络可控性问题，提出一个状态具有多时滞的布尔控制网络可控的充分必要条件。然后，提出一个状态和控制均具有多时滞的布尔控制网络可控性矩阵，利用该矩阵，提供一个简洁的可控性条件。最后，给出2个例子说明得到的理论结果。

关键词组：布尔控制网络；矩阵半张量积；能控性；时滞

Regular Paper: Ka-band broadband filtering packaging antenna based on through-glass vias (TGVs)

Zhen FANG, Jihua ZHANG, Libin GAO, Hongwei CHEN, Wenlei LI, Tianpeng LIANG, Xudong CAI, Xingzhou CAI, Weicong JIA, Huan GUO, Yong LI

DOI: 10.1631/FITEE.2200573 Downloaded: 1332 Clicked: 1132 Cited: 0 Commented: 0(p.916-926) <Full Text> <PPT> 161

Chinese summary <5> 基于玻璃通孔的Ka波段宽带滤波封装天线

方针^1,2，张继华^1,2,3，高莉彬^1,2，陈宏伟^1,2，李文磊^1,2，
梁天鹏^1,2，蔡旭东^1,2，蔡星周³，贾惟聪³，郭欢³，李勇³
¹电子科技大学集成电路科学与工程学院，中国成都市，610054
²电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，中国成都市，610054
³成都迈科科技有限公司，中国成都市，611731
摘要：以玻璃封装材料和玻璃通孔技术为基础，提出一种新的Ka波段(33 GHz)滤波封装天线(FPA)，该天线具有宽频带和高滤波响应特点。与传统封装材料(印刷电路板、低温共烧陶瓷、硅等)相比，玻璃通孔更适合小型化技术(毫米波三维封装器件)，具有优越的微波性能。玻璃基板通过键合技术可实现三维高密度互联，其热膨胀系数与硅相当。此外，玻璃基板的堆叠实现了高密度互连，并与微电子技术兼容。该天线辐射贴片由贴片天线和反射系数几乎互补的带通滤波器(BPF)组成。BPF单元有3对λ_g/4槽(缺陷微带结构)和两对λ_g/2U形缝隙(缺陷地结构)。该天线实现了大带宽和高辐射效率，这可能与玻璃基板的叠加和玻璃通孔馈电有关。此外，引入4个辐射零值可有效提高阻带内的抑制水平。为验证所提设计性能，对33 GHz宽带滤波天线进行优化、调试和测量。天线的工作带宽为29.4–36.4 GHz (|S₁₁|<−10 dB)，阻抗匹配带宽高达21.2%，阻带抑制水平大于16.5 dB。该天线实际增益为∼6.5 dBi，辐射效率为∼89%。

关键词组：滤波封装天线；玻璃通孔；三维封装器件；激光键合

Regular Paper: Wideband circular-polarized transmitarray for generating a high-purity vortex beam

Liangjie QIU, Xiuping LI, Zihang QI, Wenyu ZHAO, Yuhan HUANG

DOI: 10.1631/FITEE.2200539 Downloaded: 1203 Clicked: 725 Cited: 0 Commented: 0(p.927-934) <Full Text> <PPT> 154

Chinese summary <6> 用以产生高纯度涡旋波束的宽带圆极化透射阵

邱靓婕^1,2,3,4，李秀萍^1,2,3,4，齐紫航^1,2,3,4，赵文禹^1,2,3,4，黄雨菡⁵
¹信息光子学与光通信国家重点实验室，中国北京市，100876
²泛网无线通信教育部重点实验室，中国北京市，100876
³安全生产智能监控北京市重点实验室，中国北京市，100876
⁴北京邮电大学电子工程学院，中国北京市，100876
⁵北京空间飞行器总体设计部，中国北京市，100094
摘要：本文提出一款在Ka波段产生高纯度涡旋波束的宽带圆极化透射阵。为简化设计，所提出的透射单元由两个相同的组合构成，并用空气层将其隔开。亚波长结构以及双谐振特性确保了透射单元在28.4%的1-dB透射带宽内具有稳定的相移能力。基于此，加工测试了一款由喇叭天线馈电的方形口径透射阵。得益于蜂窝状布阵方式，所设计的透射阵可在28.5 GHz到38 GHz的宽带范围中辐射l=−1且模态纯度高于0.93的涡旋波束。测试的峰值增益为22.3 dBic，3-dB轴比带宽为27.6%。测试结果表明，本文提出的透射阵有潜力应用于高容量无线通信和高质量雷达成像方面。

关键词组：轨道角动量；涡旋波束；透射阵；宽带；高纯度