2024年, 第3卷, 第2期　刊出日期：2024-04-23

  

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军事通信与电子工程
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  集成互注入半导体激光器的微波光子学应用

  蒲涛，郑吉林，张云山，周华，刘杨，李晋

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 1-12. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230818002

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  光源是微波光子（microwave photonic，MWP)系统的“发动机”，从根本上决定了系统性能的上限。光注入半导体激光器集聚诸多优势，但离散器件引发的系统集成度低、结构复杂、体积大、稳定性差等弊端明显，大大限制了MWP系统的工程化应用。集成化是解决目前MWP技术实用化等瓶颈问题的关键，轻量级、高性能、多功能的激光器光源是集成MWP系统的关键。基于此，本文综述了近年来集成互注入半导体激光器在高效电光转换、微波信号产生、MWP变频、弱信号探测以及光学频率梳源等MWP应用方面的创新研究，期望为集成MWP系统提供可行的高性能集成光源，推动集成MWP技术的工程化应用尽快实现。
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  基于博弈论的多服务器协作资源分配方法

  余刚, 梁吉申, 青山良, 施志勇, 杨舒洵

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 13-20. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230727001

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  单移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)服务器的存储和计算能力有限，通常无法满足繁重的计算任务需求，为此选择多MEC节点合作的方式处理迁移任务成为一种有效的手段，运用博弈论优化多服务器协作的资源分配，进一步提出了一种基于博弈论的多服务器协作的资源分配问题。针对此问题，根据服务器的状态将服务器定义为迁移者或协作者，运用博弈论提出买方/迁移者的收益模型和卖方/协作者的收益模型，通过寻求对计算资源的弹性分配，实现买方服务器收益与卖方服务器收益的平衡。研究了一种多服务器计算资源动态支付报价机制，提出了一种面向服务器协作的资源按需分配算法。仿真结果表明，所提算法不仅满足了不同服务器间的计算需求，还能最大化系统性能。
  
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  基于混合波束成形的mMIMO低轨卫星信道切换策略

  岳桐，刘爱军，童新海，梁小虎，潘亦真

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 21-27. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230719001

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  低地轨道（low earth orbit, LEO）卫星通信（satellite communication, SATCOM）是最有希望与未来6G及更先进的无线网络相结合的系统之一。将大规模多输入多输出（massive multiple-input multiple-output, mMIMO）应用于LEO SATCOM，从mMIMO低轨卫星信道模型出发，重点研究单颗mMIMO低轨卫星内的信道切换问题，根据不同用户终端（user terminal, UT）的服务质量（quality of service, QoS）要求，构建了3种不同的信道切换场景，充分利用mMIMO的强波束成形能力，以波束跟踪和波束小区动态调整为技术核心，提出了基于混合波束成形的信道切换策略。仿真结果表明，与典型的铱星系统相比，所提出的信道切换策略更具优势。
计算机科学与技术
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  多智能体系统事件触发固定时间最优一致性

  甘勤涛, 李瑞鸿, 茹怡珊

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 28-38. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20231024002

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  针对多智能体系统（multi-agent systems，MASs）固定时间最优领导-跟随一致性问题，基于性能优化目标，设计了一种基于事件触发机制的最优控制策略，兼顾固定时间最优一致性控制目标和有限的系统通信计算资源。为了近似求解Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程获得最优值函数的表达式，提出一种仅包含Critic神经网络结构的自适应动态规划（adaptive dynamic programming，ADP）在线学习算法，结合梯度下降法和经验重放方法，利用历史记录数据和当前数据更新神经网络权重向量近似最优值函数及其梯度。采用基于无人地面车辆的无人集群系统验证了该方法的可行性。
  
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  联合超分与知识蒸馏的低分辨率装甲车辆识别方法

  王家宝, 刘依怡, 戴剑峰, 陈瑶

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 39-47. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230505002

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  装甲车辆是陆战场敌我侦察打击的主要对象，受侦察距离远、侦测范围大等条件约束，侦察影像中的装甲车辆通常呈现分辨率低、细节缺失等特点，使得对装甲车辆的识别极为困难。现有基于深度学习的大模型虽然取得了较高的精度，但是缺乏对模型参数量和计算量的考虑，难以落地应用。为提升计算速度，提出了一种联合超分与知识蒸馏的低分辨率装甲车辆识别方法。通过构建联合超分与分类的轻量化模型和设计基于知识蒸馏的轻量化模型学习方法，极大地简化了模型的参数量和计算量，实现了所提轻量化模型在性能表现上与大模型相近的效果，并在3个公开数据集及自建的装甲车辆识别数据集上，验证了所提模型与方法的有效性。
  
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  面向无线差分隐私的多服务器联邦学习激励机制设计

  易臻宁，冯智斌，方贵，王路广，宿建坤

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 48-56. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230108001

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  联邦学习作为一种新兴机器学习模式，其良好的隐私保护特性受到了人们的广泛关注。参与联邦学习的用户都是独立且自私的个体，因此设计一个有效的激励机制使用户自发参与联邦学习任务尤为重要。针对现有联邦学习激励机制缺乏对隐私保护性能的分析、缺乏多聚合服务器场景下激励机制的问题，提出了一种面向差分隐私的多聚合服务器联邦学习激励机制，构建了多聚合服务器的联邦学习模型，并利用无线信道噪声为用户上传的本地模型梯度提供差分隐私保护，采用隐私预算量化用户的效用，将聚合服务器与用户之间的交互构建为Stackelberg博弈，将聚合服务器之间的竞争关系构建为非合作博弈。通过理论分析得出了在不同奖励值组合下的用户传输功率的最优解，并提出了一种基于随机自动学习机（stochastic learning automata,SLA）的奖励值选择算法求解聚合服务器之间的混合策略纳什均衡，并通过仿真对系统的社会福利以及隐私预算进行分析。仿真结果表明，所提激励机制可以在提供良好隐私保护的同时提高社会福利。
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  环境适应的高斯噪声数据增强强化学习方法

  朱乐乾, 潘志松

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 57-62. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230928001

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  状态向量输入的强化学习方法是一种基本的强化学习研究方向，具有广泛的应用前景。针对目前强化学习方法数据效率低下导致学习时间较长从而难以在现实环境中应用的问题，提出了一种环境适应的高斯噪声数据增强（environment-adapted Gaussian noise augmentation，EAGNA)方法，并将其作为一个模块插入到软演员-评论家（soft actor-critic, SAC）和近端策略优化（proximal policy optimization, PPO）方法中。针对任务环境中状态向量的各个元素分布范围，对每个元素添加具有不同均值和标准差的高斯噪声，从而达到增强数据的目的。在OpenAI Gym基准测试的3个基于状态向量输入的控制任务中，EAGNA较原算法获得了更高的平均回报，提高了算法的数据效率。特别是在具有复杂状态输入的Lunar Lander控制任务中，EAGNA获得的平均回报比SAC和PPO方法分别高出30.52和26.09。
土木建筑与防护工程
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  碳纤维双边柔性法兰压缩刚度计算方法

  刘承霖, 刘建邦, 李 峰, 张恒铭

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 63-70. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230705001

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  综合复合材料细观力学的复合原理、修正复合原理提出了碳纤维（carbon fiber reinforced polymer，CFRP）双边柔性法兰刚度计算方法，基于三维弹性理论推导了复杂铺层法兰的等效材性参数，根据法兰根部的变形协调条件，利用梁弯曲近似微分方程推导了法兰压缩刚度计算表达式。为分析与验证压缩刚度理论模型，基于既有铺层法兰，建立了3组法兰管试件的有限元模型，令管身端部承受均匀分布的压力，求解获得法兰根部的轴向压缩位移继而求得压缩刚度。结果表明，在同样法兰材质和相同荷载作用下，法兰越厚，对应的压缩刚度越小，有限元模型获得的压缩刚度在初始阶段略有增加，在30 MPa左右的压应力时达到稳定，理论模型计算的压缩刚度值则不随荷载变化。3组试件有限元模型与理论模型计算结果误差不超过4%，表明CFRP双边柔性法兰压缩刚度计算方法正确可行。
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  防护工程复合埋管式热泵系统性能分析

  宋信明, 王 婧, 茅靳丰, 任福胜, 葛秀丽, 王新广

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 71-79. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230531001

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  防护工程内信息化设备散热量大，余热会导致工程内部温度升高、设备失效甚至瘫痪。结合垂直埋管运行高效和水平埋管成本低廉的优势，采用复合埋管式地源热泵系统处理工程内余热以及口部潮湿问题，计算工程内通信机房和办公大厅的全年逐时负荷；利用TRNSYS仿真软件构建复合埋管式与垂直埋管式热泵系统模型，比较复合埋管式热泵系统与传统的垂直埋管式热泵系统的热性能、经济效益及防潮效果。结果表明，在工程口部设定水平地埋管可有效降低口部空气相对湿度，起到防潮防湿的作用；在复合埋管式热泵系统总性能系数（coefficient of performance,COP)更高的前提下，复合埋管式热泵系统的总成本较垂直埋管式热泵系统降低了21.8%。
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  低速冲击条件下散体颗粒消波变形特性试验研究

  王 宇, 严鹏志, 范鹏贤

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 80-87. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230812001

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  为揭示水环境对地下防护结构分配层消波能力的影响规律，通过低速冲击试验研究了砂土和空壳颗粒两种散体材料的消波特性，得到了干燥/饱和、排水/不排水、密实/松散等工况下散体颗粒材料中的应力和变形的规律。结果表明，孔隙水对散体材料消波能力的发挥十分不利，不排水松散工况下砂土材料的消波能力仅为干燥工况下的12.0%；空壳颗粒的消波能力显著优于砂土，在干燥松散、不排水松散、不排水密实和排水松散工况下，空壳颗粒试样的底端应力分别为砂土材料对应工况的59.2%、70.8%、30.7%和36.1%；空壳颗粒在冲击过程中能够更好地保持可压缩性，不排水松散工况下传统消波材料的锁定应变仅为6.1%，而空壳颗粒锁定应变可达42.2%，同时锁变模量仅为砂土的28.5%。试验结果可为解决防护工程消波层水害问题提供思路和参考。
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  隧道工人群体安全行为对个体安全行为的影响

  李姣姣, 董建军, 蔡秋晨, 陈志龙

  陆军工程大学学报. 2024, 3(2): 88-92. https://doi.org/10.12018/j.issn.2097-0730.20230913002

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  针对隧道工程施工安全问题，从隧道工人行为角度出发，结合问卷调查数据，建立分层线性模型（hierarchical linear model, HLM），从微观上解释了安全行为关联因素影响过程。利用信效度评价检验了309份有效数据的可靠性，通过假设检验依次分析了隧道工人群体安全行为对个体安全行为、安全氛围以及团队效能的影响作用。结果表明，群体安全行为对个体安全行为具有显著正向影响；安全氛围在群体安全行为与个体安全行为之间具有中介作用；团队效能在安全氛围与个体安全行为之间具有正向调节作用。以上结果为更好地发挥安全行为在隧道施工安全管理中的作用提供了指导。