一种Linux用户空间下的快速伪随机数生成算法

随机数发生器是网络安全应用中的重要组成部分,对于构造加密算法的密钥具有重要作用.Linux操作系统提供了内核级随机数发生器,但因其随机数产生效率较低而不宜将其应用于密钥变换频繁的网络安全应用.给出了一个快速伪随机数生成算法.算法以64 bit硬件高频计数器作为随机数源.算法将计数器的低32 bit放入集合中,然后通过SHA(Security Hash Algorithm)算法对集合进行处理,并采用集合的前16 byte作为随机数输出.采用非参数检验方法检验算法产生的随机数质量,测试结果表明算法产生的随机数具有较高的安全性.同时由于算法运行在用户空间,比Linux的内核级随机数发生器具有较高的随机数生成效率.      

A new inversion method of plasma density distribution of plasmasphere in the geomagnetic equatorial plane from IMAGE data

The plasma density distribution of plasmasphere in the geomagnetic equatorial plane can help us study the magnetosphere like plasmasphere, ionosphere and their kinetics. In this paper, we introduce a new inversion method, GE-ART, to calculate the plasma density distribution in the geomagnetic equatorial plane from the Extreme Ultraviolet (EUV) data of IMAGE satellite under the assumption that the plasma density is constant along each geomagnetic field line. The new GE-ART algorithm was derived from the traditional Algebraic Reconstruction Techniques (ART) in Computed Tomography (CT) which was different from the several existing methods. In this new method, each value of the EUV image data was back-projected evenly to the geomagnetic field lines intersected by this EUV sight. A 3-D inversion matrix was produced by the contributions of all the voxels contained in the plasmasphere covered by the EUV sensor. That is, we considered that each value of the EUV image data was relative to the plasma densities of all the voxels passed through by the corresponding EUV radiation, which is the biggest difference to all the existing inversion methods. Finally, the GE-ART algorithm was evaluated by the real EUV data from the IMAGE satellite.     

基于弹载遥测图像加密域的可逆信息隐藏算法

针对弹载红外遥测数据下传带宽受限，图像接收端内容受损的问题，基于对称加密系统与差值直方图平移算法提出了加密域可逆信息隐藏算法与红外遥测图像相结合的方案，一方面可以将弹载遥测数据嵌入到红外遥测图像中，另一方面可以对红外遥测图像进行图像加密，保证传输过程中图像内容的安全性。在图像接收端，通过与图像发送端相同的加密密钥与嵌入方案进行图像的无损恢复与嵌入信息的可逆提取。实验结果表明：对于位深度为16，尺寸为128×128的红外遥测图像，利用图像冗余空间可嵌入15000比特左右的二进制数据，且保证了遥测图像与遥测数据的可逆恢复。     

卫星通信全代理同态可信传输机制研究

卫星通信及应用已经成为当前社会生活的重要组成部分。为了解决卫星通信数据安全传输、信息隐私保护、接收端信息依赖等问题，基于低轨卫星气象数据传输的典型应用场景，提出了一套全代理同态加密传输模型（FPRM），并依据卫星通信系统架构将其实例化，从而设计卫星通信全代理同态可信传输系统与运行机制。该机制增加系统的通信安全和隐私保护，实现密文的可计算和传输全代理，有效融合卫星、商业数据中心以及互联网资源，降低运行成本，提高资源利用率，具有重要的实际意义和应用价值。最后，通过试验证明该模型的性能和数据扩展性具有可行性。     

目标的微波散射成像方法

提出了一种适用于隐匿武器探测、打击走私以及公共场合安检的微波成像探测方法.该方法要求雷达在一个二维平面上扫描,即合成一个平面孔径,通过对雷达接收回波数据的合成孔径处理可以提高雷达的成像分辨率以及对目标的探测能力.雷达可以工作在准单站模式下且只需以单色波照射目标,利用接收到的目标的散射回波的相位和幅度信息重构出目标的二维像.提出了一种适用于近场条件下二维图像的重构算法,并对算法做了详细推导,利用该算法对模拟和实测数据进行了处理.结果表明该算法具有良好的空间分辨率和辐射分辨率,以及在不进行三维成像的条件下可以实现距离向目标的探测.      

基于EPASS1000网络身份安全认证 解决方案的设计

网上身份认证是网络安全的一个关键环节,为此,提出了采用EPASS1000进行网上身份安全认证的解决方案.EPASS1000是一种便携式的通过USB接口与计算机相连的硬件设备,内置了MD5加密安全算法,该算法在加密原文中引入自由因子,使同一原文在不同的加密过程中具有不同的结果.实现了EPASS1000的安全特性与网上实际应用的完美结合,给出了身份安全认证的实现过程,构建了EPASS1000网上身份安全认证逻辑模型,并以ASP(Active Server Pages)为语言工具给出了一个具体的程序实现,有效地解决了网上安全身份认证问题.      

GPS定位与测速算法研究

给出了GPS定位与测速的数学模型,然后在Gauss-Newton算法的基础上讨论了正常情况下的GPS定位与测速的迭代算法,最后给出了只有3颗可见卫星或几何精度因子太大时的处理方法,从而得出了一个完整的GPS定位与测速的迭代算法.该算法首先迭代地求定位解,并在迭代中不断更新卫星信号传播时间,然后用最后一步迭代中计算出的正规矩阵和卫星信号传播时间求解速度.     

基于可变S盒的随机加密方案

研究了可变随机S盒对分组密码安全性的意义,给出了一种新的使用可变随机S盒的随机化分组密码算法,并在此基础上提出了相应的加密方案:在分组密码算法中,保持算法结构不变,将S盒作为变量,利用可变的S盒来抵御密码分析.随后给出安全性评估,证明该方案提高了分组密码抵抗目前已知攻击的能力.最后从S盒的生成方式与算法结构两方面讨论了改进策略.      

空间目标的ISAR成像及轮廓特征提取

空间目标的逆合成孔径雷达（ISAR）成像由于受自身遮挡及噪声干扰等影响,导致生成的ISAR像难以直接进行图像分析及目标识别。由此,以空间目标的ISAR成像建模为基础对ISAR像处理及特征提取展开了研究。首先,分别建立了目标卫星的ISAR成像模型、ISAR信号模型及ISAR图像函数提取模型,并经过旁瓣抑制与相干斑滤波等初步处理得到了目标卫星的ISAR像。其次,采用Otsu算法、canny算子及Hough变换使卫星旋转至最长轴平行于像平面横轴,通过闭运算填充卫星内部孔洞,去除外部孤立噪声,并基于连通域思想分割出卫星所在子区域,实现了卫星的轮廓提取。所设计的图像处理算法能有效改善ISAR像质量,提取的卫星轮廓线能较好地勾勒出目标卫星的外形结构,为进一步展开卫星的识别工作奠定了重要基础。      

一种电磁层析图像快速重建算法

针对电磁层析成像（EMT）逆问题中,灵敏度矩阵的病态性、不适定性等问题,提出了一种新的电磁层析图像快速重建算法。利用主成分分析（PCA）对灵敏度矩阵做降维映射,再利用奇异值分解（SVD）求广义逆矩阵,重建图像。在选取灵敏度矩阵的协方差矩阵的特征值个数中,利用灵敏度矩阵特有的多样本特性,提出图像相关系数最大化算法,更加合理地去除灵敏度矩阵中的冗余信息,在尽可能不丢失成像特征信息的条件下,提高了解稳定性。实际采集数据成像时,该算法只需一次矩阵乘法运算,为快速实时成像提供了可能。与传统单步算法和迭代算法相比,该算法在成像质量和速度上都有较明显优势。      

基于Stolt插值的近场三维雷达合成孔径成像

提出了一种准单站模式雷达以步进频方式工作条件下微波三维全息成像算法,克服了传统成像算法要求远场条件的限制,通过对雷达接收目标回波数据进行合成孔径处理,提高了雷达成像的分辨力以及雷达对目标的探测能力.采用一种新的Stolt插值实现方法,提高插值精度、减少插值的计算时间,通过插值,可以利用快速傅里叶变换来实现目标三维图像的快速重构.给出了实验和模拟目标的三维图像重构结果,表明基于该插值方式的三维图像重构算法可以重构出目标的三维像,实现对目标的探测并具有良好的分辨率.      

优化Landweber迭代快速电磁层析成像图像重建算法

电磁层析成像(EMT)中灵敏度矩阵的病态性、不适定性导致重建图像质量较差。为了提高重建图像的质量与速度，提出了一种优化Landweber迭代快速图像重建算法。首先，对灵敏度矩阵作降维映射，去除灵敏度矩阵中的冗余信息，减少每次迭代的计算量。然后，利用人群搜索算法(SOA)优化降维后的灵敏度矩阵，降低灵敏度矩阵的条件数，改善其病态程度。最后，通过Landweber迭代算法和预处理后的灵敏度矩阵进行图像重建。仿真实验结果表明:相同实验条件下，相比于Landweber迭代算法，所提算法有效提高了成像质量，降低了成像运算量。      

基于分布式深度学习的多星计算卸载策略

在边缘计算增强的低轨卫星网络场景下,低轨卫星集群协同处理地面任务能有效降低用户响应时延。对卫星集群的联合卸载决策和资源分配优化问题进行研究,将其描述为一个混合整数规划问题,并采用了一种基于分布式深度学习算法的卫星边缘计算卸载算法（deep learning based offloading algorithm,DLOA）。该算法使用多个并行DNN用于生成卸载决策并采用经验回放存储新生成的卸载决策,当采用隐藏层结构不同的DNN,收敛速度比同构DNN提升18%,收敛值与最优值的比值基本为1,可以认为已收敛至最优。此外,探讨了DNN的数量对所使用的算法的影响,仿真结果表明采用少量DNN就可以获得近优的收敛效果。通过对不同任务规模下采用不同算法的任务完成率进行研究,结果表明DLOA算法可通过采用异构DNN和优化资源分配方案显著提升完成率,其较单星运算方案任务完成率提升1倍,较二进制粒子群算法方案提升20%。     

The study of enhanced earth observations on a satellite image chain

The Multi-Spectral Camera (MSC) on the KOrea Multi-Propose SATellite (KOMPSAT)-2 was developed and launched as a main payload to provide a One(1) m panchromatic image and four(4) band four(4) m multi-spectral images at an altitude of 685 km covering a swath width of 15 km. These images, archived around the world, are a useful resource for space applications in agriculture, cartography, geology, forestry, regional planning, surveillance, and national security. The image quality of KOMPSAT-2 depends upon its image chain, which is comprised of an on-board system in the satellite and a processing system at the ground station. Therefore, in this study we determine the factors that have a major impact on the image quality through an investigation of the entire image chain. Consequently, two methods, involving a compression algorithm and a deconvolution technique, were determined as having a significant influence on the KOMPSAT-2 image quality. The compression algorithm of KOMPSAT-2 is rate-controlled JPEG-like algorithm that controls the mismatch between the input and output data rate. The ability to control the input/output data rate may be useful during the operation of the satellite but can also lower the overall image quality. The deconvolution technique may increase the sharpness of images, but it can also amplify the image noise level. Therefore, we propose methods of wavelet-based compression and denoising as an alternative to currently existing algorithms. Satisfactory results were obtained through experimentation with these two algorithms, and they are expected to be successfully implemented into the future KOMPSAT series to yield high-quality images for enhanced earth observation.     

FTN传输条件下极化码帧间物理层安全结构设计

极化码是适用于物理层wiretap信道安全模型的一种编码方式,针对在超奈奎斯特（FTN）条件下传输的极化码,设计了一种无需获知窃听信道信噪比（SNR）的帧间链式加密的安全结构。通过混淆结构将对合法接收端可靠而对非法窃听端阻塞的码元进行扩散,利用物理层主信道和窃听信道的差异,在每一帧中生成主信道可译而窃听信道不可译的密钥序列,对下一帧进行加密,实现安全容量的帧间传输。仿真结果显示,在FTN加速场景和窃听信道SNR相对于主信道波动的前提下,提出的极化码帧间安全结构可在wiretap信道的平均信道退化程度为0 dB时实现信息的安全传输。      

一种卫星信道的反馈优化接入机制

提高卫星信道资源利用率，探索高效可行的端站接入机制是卫星通信发展亟待解决的问题之一。当前卫星通信DVB-RCS标准基于带宽预先规划的接入机制与端站随遇接入的需求矛盾凸显，因此提出一套信道反馈优化接入机制，综合考虑各端站数据业务需求，在不改变原有协议信令特征的基础上，探索性地引入谦虚度激励方法，创造性地构造动态协商反馈模型并加以求解，达到提高端站接入数量、满足随遇接入需求、提升信道利用效率、最大化整体带宽通信业务效益的目的。通过试验验证，带宽分配反馈优化机制比传统模式提高近1倍接入率，最大端站数接入时算法耗时约只有0.67s，可为卫星信道使用提供技术参考。     

卫星遥感图像信息作为姿态敏感器的应用研究

陆标敏感器可以从卫星遥感图像信息中提取卫星的姿态信息,它根据卫星实时图像与基准图像之间的偏移量,计算出卫星的姿态。对陆标敏感器的总体方案进行了设计,在图像匹配技术中采用基于区域特征的先粗匹配、后精匹配的匹配算法,在姿态确定算法中对可能达到的姿态测量精度进行了理论分析,研究表明陆标敏感器可以获得较高精度的卫星姿态信息,作为新型光学姿态敏感器具有重要的研究意义。     

基于高分四号数据的多时相多通道云检测算法

针对高分四号（GF-4）卫星影像波段较少导致传统云检测算法难以区分云与冰雪像元的问题,提出一种多时相多通道云检测算法。该算法首先对GF-4卫星影像进行辐射定标和配准,然后利用云与典型地表的光谱差异得到潜在云像元,之后利用序列GF-4卫星影像之间的差异识别出移动的云像元,最后利用中红外波段反演地表亮度温度来去除冰雪像元。该算法在海南、辽宁和安徽3个研究区域进行验证,并将检测结果与传统单时相云检测算法、支持向量机（SVM）云检测算法和实时差分（RTD）云检测算法的检测结果进行对比。结果表明,该算法优于其他3种云检测算法,准确识别率均达到90%以上,误检率均低于5%,有利于GF-4卫星影像的进一步利用。     

亚像素条纹边缘提取技术在型面测量上的应用

三维型面非接触测量在工业领域有着广泛的应用前景.双目视觉是一种有效获取三维轮廓信息的方法,其中对大密度的黑白相间条纹进行精确定位和提取,是基于投影光栅图像的光学三维型面测量的关键技术和难点.利用空间编码技术将被测空间划分为若干区域,每个区域对应一个二进制码.条纹落在区域上与唯一的二进制码相对应,就可以对条纹精确定位.利用边缘提取算法获得像素级条纹后,再利用亚像素技术可以进一步对条纹进行高精度提取.介绍了基于灰度矩的和基于多项式拟合的亚像素边缘检测算法.将空间编码和亚像素条纹提取技术相结合,对光栅条纹进行亚像素级定位和提取的技术,与像素级的定位技术相比,能提高图像的定位精度,有效地改善测量系统的性能.      

基于SM4算法的白盒密码视频数据共享系统

基于SM4算法的白盒密码视频数据共享系统是一种保障监控视频数据跨级跨域共享安全的系统，提出了一种基于国密SM4算法的白盒密码实现方式，并分析了算法的安全性，解决了SM4算法在非信任硬件环境中的安全运行问题。研制了基于后台权限控制机制的视频数据安全共享软件系统，包括共享数据上传/下载、共享审核、数据白盒加密处理、访问控制、基于白盒密码算法的共享视频解密播放器，实现了视频数据共享全过程的安全管控。搭建了实验环境，对所提系统进行了功能性能实验。实验结果表明，所提系统功能性能满足设计要求。