基于Bi-LSTM及贝叶斯似然比检验的GEO与LEO卫星组合频谱感知

目前的频谱感知算法以模型驱动为主，其感知性能过于依赖预定的统计模型，这使得其在信道环境复杂的卫星通信场景中的部署变得困难。对LEO卫星过境期间的信噪比波动情况进行分析，结果显示信噪比的波动达到14 dB。针对该复杂场景提出了一种基于双向长短期记忆网络及贝叶斯似然比检验联合的频谱感知算法。该算法不需要任何主信号的先验知识，可自动从主信号中学习隐藏特征并做出决策。基于Neyman-Pearson准则，在神经网络输出端设计了一种基于阈值的检测方案，可方便地控制恒定的虚警概率。仿真结果表明，所提算法在信噪比为–14 dB的情况下，仍能达到83%的检测性能，且始终优于卷积神经网络、多层感知机和基于模型驱动的能量检测算法。     

物理启发的深度学习模型及其在热端部件散热中的应用

热端部件散热是众多空天设备的关键技术。表面温度分布是散热设计中用到的重要信息,常规的解析建模手段和机器学习方法均无法有效地表达此类高维信息。近年来兴起的图像深度学习算法是解决表面温度信息预测的有效手段。然而,现有的基于大数据的深度学习方法往往对于物理数据和小样本数据不适用,体现为泛化精度差、数据兼容性差、可解释性差。因此,有必要结合传热的先验知识发展物理启发的新型深度学习算法,以增强高自由度、高复杂度散热对象上的设计能力。本文基于卷积算子和有限差分求解方式的类比关系,提出了一种物理启发式的循环卷积神经网络。以横向出流的冲击冷却为例,开展了变计算域大小、变工况、变尺寸的批量数值模拟,获取了冲击冷却关键特征的小样本图像数据。进一步通过神经网络的训练,构建了多参数、大范围内有较好拟合能力的温度、传热系数、压力代理模型。研究结果表明,本文提出的物理启发神经网络模型,对于计算域大小没有限制,可以统一表达不同空间范围内获取的物理数据的共性规律。模型的各类超参设定均具有明确的物理意义,且与经典的微分方程求解理论有一定的类比关系,增强了神经网络调参的方向性。通过传热物理规律与黑箱模型的融合,本文实现了小样本多参数物理数据的共性建模。该方法可以迅速重构热端部件的高维分布信息,可服务于热端部件的快速分析设计以及优化。     

基于关键点检测的红外弱小目标检测

红外弱小目标检测旨在从复杂的背景中检测出红外弱小目标，该技术在监视预警系统、精确制导等方面具有重要应用价值。针对已有的传统算法存在漏检、误检，深度学习中基于语义分割的检测方法易受“过分割”与“欠分割”影响等问题，提出了一种基于关键点检测的红外弱小目标检测算法（KeypointNet）。主要创新点为：直接优化目标中心点坐标，提高了检测效率，有效地保证了目标的检测率与虚警率；设计了一种从低层级到高层级的特征融合模块，获取了目标的多尺度信息，提升了检测效果。在相关数据集上的实验表明：KeypointNet算法的检测率能够达到97.58%，同时虚警率在2%以下，与其他算法相比取得了最好的效果。     

基于DRL的巨型星座星地测控链路规划算法

针对巨型星座的星地测控链路规划问题，提出了一种基于深度强化学习的智能规划调度算法。该方法考虑了卫星对于测控站的资源竞争关系和连接关系，设计了环境状态，决策智能体通过感知卫星状态，结合动作选择策略，生成卫星对于测控站的分配方案，并根据反馈的奖励值进行策略的迭代优化。将本算法应用于巨型星座系统的星地测控链路规划任务，仿真结果表明所提出的智能算法可以将测控站天线利用率提升到98%以上，同时有效地降低了天线的切换次数。另外，训练好的模型可以根据未来时刻的星地可视窗口，在30s内快速生成星地测控链路规划方案。     

灰色系统理论的发展及其在自然科学和工程技术领域的广泛应用

基于中国知网（China national knowledge internet， CNKI）和ISI Web of Science数据库，对灰色系统理论近40年来的成果进行检索和梳理。在中国知网数据库中输入灰色系统、灰数和序列算子等10个词组，共查到文献22.7万多篇。进入21世纪之后，中国知网数据库收录的灰色系统论文呈快速增长趋势。自 2008年起每年收录的论文超过1万篇，2014年起突破1.5万篇。灰色系统方法和模型被广泛应用于物理、化学和生物等自然科学各学科领域以及交通、电力、机械等工程技术领域，取得大量具有重要价值的成果。从承担国家重要科技计划的项目组和中国双一流高校发表的大量应用灰色系统方法和模型的文献可以看出，灰色系统理论在推动中国科技进步、创新发展及高层次人才培养过程中发挥了重要作用。     

遥感场景分类的批处理协方差神经网络方法

针对卫星遥感图像场景分类数据集中存在的局部区域特征异常问题，提出一种采用批处理协方差层的神经网络(CovNN)模型进行遥感场景分类的方法。该方法通过计算全输入通道的局部区域均值实现一种3D批处理协方差算法，能够有效消除局部区域均值的影响，从而更好地处理局部光照过强和局部区域存在无关特征的问题。将其应用于存在局部光照异常和局部无关特征问题的卫星采集AID数据集和NWPU RESISC45数据集中，实验表明CovNN在两个数据集上均取得了超过现有卷积神经网络(CNN)的召回率，可有效降低图像局部区域特征异常的不利影响。     

负电子亲和半导体的二次电子发射

根据0.8keV≤Epomax≤5keV的负电子亲和(negative electron affinity,NEA)半导体二次电子发射(secondary electron emission,SEE)的特性，初级电子产额R，现有的次级电子产额δ的通用公式和实验数据，分别推导并实验证明了NEA金刚石的δ在0.5Epomax≤Epo≤10Epomax, GaN在2keV≤Epomax≤5keV, NEA金刚石的δ在08keV≤Epo≤3keV, GaN在08keV≤Epomax≤2keV的特殊公式;其中Epomax为δ达到最大值时的Epo, Epo为初级电子入射能。推导出了08keV≤Epomax≤5keV时NEA半导体的内部二次电子到达发射极表面后逃逸到真空中的概率B。还提出了计算08keV≤Epomax≤5keV NEA半导体1/α的方法;其中1/α为二次电子的平均逃逸深度。分析结果表明，B和1/α的理论研究有助于研究不同样品制备方法对NEA半导体中SEE的定量影响，从而生产出理想的NEA发射体，如NEA金刚石。     

基于注意力机制特征重建网络的舰船目标检测

深度学习为遥感领域诸多应用提供了重要的技术支撑,光学遥感图像的舰船目标检测对国防侦察和预警具有重要意义。真实场景中的舰船往往呈不同方向任意排列,且小目标的占比大,经典的深度学习目标检测算法在这种复杂条件下精度低、易漏检。为此,本文设计了基于注意力机制特征重建网络的舰船目标检测算法。首先,通过引入注意力机制对多尺度特征融合网络模型进行训练,以高召回率产生水平锚框;然后,旋转锚框以缓解密集排列目标引起的噪声问题,并利用特征重建模块来缓解特征不对齐的问题,实现模型精炼。在HRSC2016和DOTA数据集上的测试结果表明:舰船目标检测平均精度分别达到90.20和87.52,相比经典的深度学习目标检测算法得到了有效提升,并在模拟星载嵌入式智能图像处理平台上验证了算法在轨应用的可行性。