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Journal of Zhejiang University SCIENCE C
ISSN 1869-1951(Print), 1869-196x(Online), Monthly
2024 Vol.25 No.8 P.1031-1172
Review Article
Review Article: A review on the developments and space applications of mid- and long-wavelength infrared detection technologies
Yuying WANG, Jindong LI, Hezhi SUN, Xiang LI
DOI: 10.1631/FITEE.2300218 Downloaded: 1385 Clicked: 1460 Cited: 0 Commented: 0(p.1031-1056) <Full Text><PPT> 242
1中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部，中国北京市，100094
2中国空间技术研究院遥感卫星总体部，中国北京市，100094
摘要：中波、长波红外探测大气穿透力强、识别伪装目标能力优越，是制约未来天基对地观测、天文探测能力的关键技术，其对低温、遥远、弱目标和低对比度目标的探测性能决定空间红外遥感系统能否探得清、看得远。由于天基红外探测系统探测目标的多样化，不同任务目标对探测器的需求也十分不同。本文梳理天基红外探测技术的发展脉络和研究进展，对中长波红外探测器技术及其空间应用进行综述，基于对天基遥感应用中地面像元分辨率(GSD)、探测距离和噪声等效温差(NETD)等关键性能指标的综合分析，厘清其与红外探测器相关参数的关联，进而具体分析像元间距、探测器NETD、探测率及工作温度等对天基红外遥感性能的影响。最后根据未来高分辨率、体系效能型天基遥感的发展趋势，提出了中长波红外探测技术面临的挑战和发展方向。
关键词组：红外探测；空间应用；中长波红外探测；天基对地观测；遥感
Research Articles
Silan LI, Shengyu ZHANG, Tao JIANG
DOI: 10.1631/FITEE.2300295 Downloaded: 1099 Clicked: 1459 Cited: 0 Commented: 0(p.1057-1076) <Full Text><PPT> 305
1华中科技大学网络空间安全学院6G移动通信研究中心，中国武汉市，430074
2华中科技大学武汉光电国家研究中心，中国武汉市，430074
摘要：在多机器人集群系统中，不可靠的通信网络可能引发群体分裂现象，进而为集群任务带来不利影响。本文研究网络拓扑特征参数对集群分裂现象的影响，以期为多机器人集群系统的网络构建提供理论指导。具体地，首先针对多机器人集群系统提出一种分布式"通信-计算-执行"协议，以表征多跳有损自组织网络下机器人的信息交互和运动控制过程。该协议考虑了信息的单跳及多跳传输成功概率，并利用离散时间Olfati-Saber模型实现集群控制。基于该协议，针对特定初始状态下的集群场景构建了分裂预测模型。该模型明确了与集群分裂现象相关的关键系统状态特征及网络拓扑特征，可在确定性网络拓扑下根据系统初始状态完成群体分裂预测。根据这些特征，进一步利用基于反向传播神经网络的数据拟合方法，构建了集群分裂概率模型，可表征网络拓扑参数与集群分裂概率之间的函数关系。仿真结果验证了所提预测模型和集群分裂概率模型的有效性和准确性。最后，对多机器人集群自组网的构建提出指导建议。
关键词组：多机器人集群；集群分裂概率；分裂预测；多机器人通信网络
Min GAO, Shutong CHEN, Yangbo GAO, Zhenhua ZHANG, Yu CHEN, Yupeng LI, Qiongzan YE, Xin WANG, Yang CHEN
DOI: 10.1631/FITEE.2300291 Downloaded: 1531 Clicked: 1635 Cited: 0 Commented: 0(p.1077-1095) <Full Text><PPT> 238
叶琼赞1,2，王新1,2，陈阳1,2
1复旦大学计算机科学技术学院，中国上海市，200438
2上海市智能信息处理重点实验室(复旦大学)，中国上海市，200438
3美团，中国北京市，100005
4香港浸会大学互动媒体系，中国香港特别行政区，999077
摘要："二次放号"是指移动运营商回收已停机手机的号码并将其重新分配给新号主的行为。这种操作方式对电子商务平台现有身份验证解决方案的可靠性构成了威胁。具体而言，重新分配号码的新号主可以使用该号码之前已绑定的应用程序账户，并可能基于此开展欺诈活动。对于拥有庞大用户群体的电子商务平台而言，现有的基于移动运营商重新分配号码数据库的解决方案成本高昂。因此，我们迫切需要一种只依赖应用程序信息的解决方案。本文深入探究了因二次放号引发的被盗账号检测问题。基于对美团真实数据集的分析发现，被盗账户具有独特的统计特征和时序模式。基于这些观察结果，我们提出一种时序模式与统计特征融合模型（TSF）。该模型分别设计了时序模式编码器和统计特征编码器，旨在捕获能够有效区分正常账号和异常账号的时序演化模式和关键行为特征。在美团数据集和IEEE-CIS数据集上进行的大量实验表明，TSF的性能明显优于其它基线模型，进一步验证了所提模型的有效性。
关键词组：二次放号；神经网络；电子商务；被盗账号检测
An efficient online histogram publication method for data streams with local differential privacy
Tao TAO, Funan ZHANG, Xiujun WANG, Xiao ZHENG, Xin ZHAO
DOI: 10.1631/FITEE.2300368 Downloaded: 1054 Clicked: 1377 Cited: 0 Commented: 0(p.1096-1109) <Full Text><PPT> 267
1安徽工业大学计算机科学与技术学院，中国马鞍山市，243032
2安徽省工业互联网智能应用与安全工程实验室，中国马鞍山市，243032
3安徽工业大学工程研究院，中国马鞍山市，243032
4东营市胜利第一中学，中国东营市，257000
摘要：目前各领域都在产生包含用户敏感信息的实时数据流。尽管这些数据的共享和发布具有巨大商业价值，但如果直接发布数据，将会泄露数据中的用户隐私信息。因此，如何基于滑动数据流窗口持续生成满足隐私保护要求的可发布直方图已成为一个关键问题，尤其是在将数据发送给不受信任的第三方时。现有直方图发布方法在时间和存储成本方面的表现并不令人满意，因为它们必须缓存当前滑动窗口（SW）中的所有元素。为解决这一问题，我们为本地差分隐私数据流提出一种高效的在线直方图发布算法（EOHP）。具体来说，在EOHP算法中，数据收集器首先使用数据流的近似计数方法实现在线处理数据获得初步直方图。其次，提出了优化隐私预算分配策略减少隐私预算的消耗，在近似直方图中添加适当噪声，使其在保持较好数据可用性的同时发布直方图。经两个不同真实数据集上的大量实验结果表明，与其他现有算法相比，EOHP算法显著降低了时间和存储成本，提高数据实用性。
关键词组：数据流；差分隐私；滑动窗口；近似计数
Yuru HU, Wangyan LI, Lifeng WU, Zhensheng YU
DOI: 10.1631/FITEE.2300621 Downloaded: 868 Clicked: 1831 Cited: 0 Commented: 0(p.1110-1122) <Full Text><PPT> 288
上海理工大学理学院，中国上海市，200093
摘要：本文研究了非线性系统下多传感器融合过程中发生的欺骗攻击事件。首先，在分布式一致性扩展卡尔曼滤波（DEKCF）框架下引入一种能量受限的欺骗攻击（DALE）。然后，建立一种基于假设检验的检测机制，在存在误差项的情况下，对非线性系统进行线性化处理以检测DALE产生的异常数据。为有效缓解DALE对局部节点预测值的不良影响，分析设计了一种状态估计校正策略，用于重新校准由DALE引起的异常数据。在此基础上，提出了一种对攻击韧性分布式一致性扩展卡尔曼滤波（AR-DEKCF）算法，并在适当的条件下证明了其融合估计误差满足均方指数有界性能。最后，通过多无人机追踪问题的仿真实验验证了该算法的有效性。
关键词组：一致性扩展卡尔曼滤波；假设检验；纠正策略；多无人机追踪
Huimin WEI, Chen PENG, Min ZHAO
DOI: 10.1631/FITEE.2300627 Downloaded: 1294 Clicked: 1658 Cited: 0 Commented: 0(p.1123-1133) <Full Text><PPT> 307
1上海大学机电工程与自动化学院，中国上海市，200444
2南通大学数学与统计学院，中国南通市，226019
摘要：本文研究受有限资源限制异构多智能体系统的事件触发分布式跨维度编队控制问题。中心任务是设计一个有效编队控制方案，即使在通讯受限情况下也能实现预期编队控制目标。因此，首先建立一个多维异构多智能体系统，根据智能体维度对它们进行分组。其次，为减少通信资源的过度消耗，设计一种跨维度事件触发通信方案，减少智能体之间信息交流。在设计的通信机制下，将异构多智能体编队控制问题转化为闭环误差系统渐近稳定性问题。然后，在不同维数追随者之间无通信条件下，给出设计跨维度编队控制和通信协议的准则。最后，通过一个仿真实例验证所设计编队控制协议的有效性。
关键词组：异构多智能体系统；编队控制；跨维度事件触发机制
Yitao YANG, Lidong ZHANG
DOI: 10.1631/FITEE.2300679 Downloaded: 954 Clicked: 1554 Cited: 0 Commented: 0(p.1134-1144) <Full Text><PPT> 277
1浙江大学医学院附属邵逸夫医院检验科，中国杭州市，310016
2浙江大学医学院附属邵逸夫医院肿瘤内科，中国杭州市，310016
3浙江省医学精准检验与监测研究重点实验室，中国杭州市，310016
4永康市中医院西城分院，中国金华市，321300
摘要：近期研究表明，血管内皮生长因子受体抑制剂（VEGFRi）可以增强程序性死亡受体1（PD-1）抗体对微卫星稳定（MSS）结直肠癌（CRC）的抗肿瘤活性。然而，与标准三线VEGFRi治疗相比，这种联合治疗的疗效尚未明确，且目前缺乏可靠的生物标志物。本研究中，我们回顾性纳入了接受PD-1抗体联合VEGFRi（联合组，n=54）或单独VEGFRi（VEGFRi组，n=32）治疗的MSS CRC患者，并评估了其疗效和安全性。我们通过单细胞和空间转录组数据进一步研究了MSS CRC肿瘤微环境（TME）的免疫特征，构建了一个预测接受免疫治疗的MSS CRC患者临床结局的MSS CRC免疫细胞相关特征（MCICRS），并在内部队列中对其进行验证。研究发现，与单独VEGFRi治疗相比，PD-1抗体联合VEGFRi治疗能显著延长患者的生存期（中位无进展生存期：4.4个月 vs. 2.0个月，P=0.0024；中位总生存期：10.2个月 vs. 5.2个月，P=0.0038），且两组间不良事件的发生率相当。进一步通过单细胞和空间转录组分析，我们确定了10种MSS CRC富集的免疫细胞类型及其空间分布，包括幼稚CD4+ T细胞、调节性CD4+ T细胞、CD4+ Th17细胞、耗竭CD8+ T细胞、细胞毒性CD8+ T细胞、增殖CD8+ T细胞、自然杀伤（NK）细胞、浆细胞和经典/中间型单核细胞。基于meta分析和10种机器学习算法，我们构建了MCICRS，其是一个独立的MSS CRC患者的预后风险因素。通过进一步分析，MCICRS低风险组患者表现出更高的免疫细胞浸润和免疫相关通路激活，同时与泛癌免疫治疗的客观反应率和无进展生存有显著关联。最后，MCICRS在MSS CRC接受免疫治疗的预测价值也在内部队列中得到了验证。综上所述，PD-1抗体联合VEGFRi可以改善MSS CRC的临床结局且可控制毒性，同时MCICRS可以作为一个强大且有前景的工具，用于预测接受免疫治疗的MSS CRC患者的临床结局。
关键词组：结直肠癌（CRC）；微卫星稳定（MSS）；免疫治疗；单细胞RNA测序（scRNA-seq）；空间转录组
Xuanfeng TONG, Zhi Hao JIANG, Yuan LI, Fan WU, Lin PENG, Taiwei YUE, Wei HONG
DOI: 10.1631/FITEE.2300214 Downloaded: 1577 Clicked: 2004 Cited: 0 Commented: 0(p.1145-1161) <Full Text><PPT> 269
1东南大学信息科学与工程学院毫米波全国重点实验室，中国南京市，210096
2紫金山实验室，中国南京市，211111
3中兴通讯公司移动网络与移动多媒体技术重点实验室，中国深圳市，518057
4苹果公司，美国加利福尼亚州库比蒂诺，95014
摘要：提出并验证了一款能够独立控制K波段和Ka波段右旋圆极化/左旋圆极化波束指向的低剖面双宽频双圆极化反射阵天线。该反射阵天线通过将工作于K/Ka波段的多层移相单元进行共口径交错排布实现，其厚度仅为0.1λL。将设计的K/Ka波段反射阵单元分别围绕它们各自的几何中心旋转后，实现了对每个频段双圆极化波的独立调制。此外，为降低天线总体剖面高度，基于磁电偶极子和多阶耦合器设计了K/Ka波段双圆极化平面天线作为馈源，其可在32%和26%带宽内具有反射系数幅度小于−13 dB、轴比低于2 dB以及增益变化小于1 dB的特性。最后，将所设计的反射阵和馈源天线集成后实现了双宽频双圆极化反射阵天线，其产生的双频双圆极化波束可非对称地分布在x-z面和y-z面内。对所设计的反射阵天线进行加工和实验验证，其在低频和高频实测的最大增益值分别为24.3 dBic和27.3 dBic、实测的1 dB增益和2 dB轴比带宽分别为20.6%和14.6%。该双宽频双圆极化反射阵天线具备4个波束成形自由度，有望成为空间通信和卫星通信的有力备选器件之一。
关键词组：宽带；双频；双圆极化；反射阵；共口径
Deep unfolding based channel estimation for wideband terahertz near-field massive MIMO systems
Jiabao GAO, Xiaoming CHEN, Geoffrey Ye LI
DOI: 10.1631/FITEE.2300760 Downloaded: 943 Clicked: 1501 Cited: 0 Commented: 0(p.1162-1172) <Full Text><PPT> 312
1浙江大学信息与电子工程学院，中国杭州市，310027
2伦敦帝国理工学院电子电气工程系，英国伦敦市，SW7 2BU
摘要：得益于巨大的带宽和空间自由度，太赫兹与大规模天线的结合有望满足未来无线通信系统不断增长的数据传输速率需求。然而，近场波束分裂效应等独特的信道特性使得太赫兹大规模天线系统的信道估计极具挑战性。一方面，采用针对低频远场信道设计的角度域变换字典会导致变换域信道稀疏度的下降并破坏其稀疏结构。另一方面，大多数现有基于压缩感知的信道估计算法无法同时取得高性能和低复杂度。为缓解这些问题，本文首先采用频率相关的近场字典以在近场波束分裂效应下维持良好的变换域信道稀疏度和稀疏结构。然后，提出一种基于深度展开的宽带太赫兹大规模天线信道估计算法。在近似消息传递-稀疏贝叶斯学习算法的每轮迭代中，通过一个深度神经网络学习最优更新规则，精心设计网络结构以有效利用内在信道规律。此外，开发了一种基于网络结构和损失函数设计的混合训练方法，以有效训练来自不同系统配置的数据。仿真结果验证了所提算法在性能、复杂度和鲁棒性上的优越性。
关键词组：太赫兹；大规模天线；信道估计；深度学习