1 大连理工大学大连 116024
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所绵阳 621900
3 中山大学广州 519082
4 中国工程物理研究院 研究生院绵阳 621900
基于快中子技术的无损检测方法能够在不对检测物造成影响的情况下，发现其隐藏的危险品。利用D-T反应时伴随中子产生的反冲α粒子对有效中子进行标记，可大幅提高中子探测信噪比，同时通过空间分辨α粒子还可以获得被检测对象特征元素的空间信息，所以基于伴随α粒子的中子检测方法在安检领域具有重要的应用前景。本文简单介绍了基于伴随α粒子中子检测方法的原理和系统组成，并对系统的中子管、α粒子探测器和γ探测器等关键部件进行了介绍，接着介绍了目前世界上正在研究的伴随α粒子中子检测系统及其进展，最后对这种检测方法进行了展望。
安全检测 伴随粒子 中子管 α粒子探测器 γ探测器 Security check Associated particles Neutron tube Alpha particle detector Gamma detector
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
【目的】针对自由空间光（FSO）链路和射频（RF）链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题，为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能，同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性，需要对可重构智能表面（RIS）辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究，以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。
【方法】文章考虑单个窃听者，分别针对RF和FSO链路进行窃听，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议，推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率（SOP）和严格正安全容量概率（SPSC）的闭合表达式，并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。
【结果】仿真结果表明，将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP，RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时，天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。
【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性，虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能，但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落，天线相关性也会对系统的安全性能造成损害，通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。
光通信 混合射频/自由空间光通信系统 可重构智能表面 天线相关性 物理层安全 optical communications mixed RF/FSO communication system RIS antenna correlation physical layer security 光通信研究
2024, 50(2): 22005601
暨南大学信息科学技术学院电子工程系，广东 广州 510623
提出了基于新阈值函数的深度残差收缩网络（DRSN-NTF），用于解决分布式光纤声传感（DAS）信号噪声强、识别难的问题。DRSN-NTF基于深度残差收缩网络（DRSN），使用新阈值函数代替软阈值函数，使其更能发挥信号噪声处理和分类识别能力。使用DAS系统采集周界入侵事件的实验数据，并通过添加高斯白噪声的形式，设计了6组不同信噪比（0 dB~5 dB）的实验。对比了4个模型的实验结果，由此考察DRSN-NTF的识别效果。结果发现：在强噪声的情况下，DRSN-NTF取得的平均测试准确率比DRSN高1.05%；随着信噪比的降低，DRSN-NTF的测试准确率高于DRSN的差值增大，表明DRSN-NTF在信号噪声处理和分类识别能力方面更强，能获得相对更高的识别准确率。因此，DRSN-NTF更加适用于DAS信号识别。
光纤光学 光纤传感器 模式识别 深度残差收缩网络 新阈值函数 周界安防 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506002
Yifan Zhao 1,2,3Jun Liu 1,2,3Shuhui Li 1,2,3Andong Wang 1,2,3[ ... ]Jian Wang 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Huazhong University of Science and Technology, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of Optical and Electronic Information, Wuhan, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan, China
3 Shenzhen Institute of Huazhong University of Science and Technology, Shenzhen, China
Orbital angular momentum (OAM), described by an azimuthal phase term exp ( jlθ ) , has unbound orthogonal states with different topological charges l. Therefore, with the explosive growth of global communication capacity, especially for short-distance optical interconnects, light-carrying OAM has proved its great potential to improve transmission capacity and spectral efficiency in the space-division multiplexing system due to its orthogonality, security, and compatibility with other techniques. Meanwhile, 100-m free-space optical interconnects become an alternative solution for the “last mile” problem and provide interbuilding communication. We experimentally demonstrate a 260-m secure optical interconnect using OAM multiplexing and 16-ary quadrature amplitude modulation (16-QAM) signals. We study the beam wandering, power fluctuation, channel cross talk, bit-error-rate performance, and link security. Additionally, we also investigate the link performance for 1-to-9 multicasting at the range of 260 m. Considering that the power distribution may be affected by atmospheric turbulence, we introduce an offline feedback process to make it flexibly controllable.
orbital angular momentum free-space optical interconnects security space-division multiplexing multicasting Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016004
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Jiao Tong University, School of Electronic Information and Electrical Engineering, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai, China
Chaotic optical communication has shown large potential as a hardware encryption method in the physical layer. As an important figure of merit, the bit rate–distance product of chaotic optical communication has been continually improved to 30 Gb/s × 340 km, but it is still far from the requirement for a deployed optical fiber communication system, which is beyond 100 Gb/s × 1000 km. A chaotic carrier can be considered as an analog signal and suffers from fiber channel impairments, limiting the transmission distance of high-speed chaotic optical communications. To break the limit, we propose and experimentally demonstrate a pilot-based digital signal processing scheme for coherent chaotic optical communication combined with deep-learning-based chaotic synchronization. Both transmission impairment recovery and chaotic synchronization are realized in the digital domain. The frequency offset of the lasers is accurately estimated and compensated by determining the location of the pilot tone in the frequency domain, and the equalization and phase noise compensation are jointly performed by the least mean square algorithm through the time domain pilot symbols. Using the proposed method, 100 Gb / s chaotically encrypted quadrature phase-shift keying (QPSK) signal over 800 km single-mode fiber (SMF) transmission is experimentally demonstrated. In order to enhance security, 40 Gb / s real-time chaotically encrypted QPSK signal over 800 km SMF transmission is realized by inserting pilot symbols and tone in a field-programmable gate array. This method provides a feasible approach to promote the practical application of chaotic optical communications and guarantees the high security of chaotic encryption.
chaotic optical communication physical layer security deep learning digital signal processing Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016003
1 集美大学计算机工程学院，福建厦门 361021
2 山西省检验检测中心，山西太原 030000
针对键盘电磁信息安全问题，分析了 PS/2键盘的工作原理以及信号特征，提出一种基于深度学习的检测方法。该方法针对键盘设备的电磁泄漏信号特征，对卷积神经网络(CNN)结构进行了适应性调整; 结合改进的梯度加权类激活映射方法，实现了对键盘电磁信息的智能识别和精准定位。对 4个按键的电磁信号进行测试，分类准确率达到了 98%; 在噪声环境下的分类准确率也达到了 81%。将梯度加权类激活映射方法及其改进方法对键盘电磁信息的定位效果进行了对比，实验结果证明改进后的方法定位效果更佳。
信息安全 电磁信息检测 深度学习 梯度加权类激活映射 information security electromagnetic information detection deep learning Gradient-weighted Class Activation Mapping 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 645
广西公安计算机通讯技术研究所，广西南宁 530001
针对大多数基于 GAN的红外与可见光图像融合方法仅在生成器使用注意力机制，而鉴别阶段缺乏注意力感知能力的问题，提出了一种基于双注意力机制生成对抗网络（double attention generative adversarial networks,DAGAN）的红外与可见光图像融合方法。 DAGAN提出一种多尺度注意力模块，该模块在不同尺度空间中将空间注意力和通道注意力结合，并将其应用在图像生成阶段和鉴别阶段，使生成器和鉴别器均能感知图像中最具鉴别性的区域，同时提出了一种注意力损失函数，利用鉴别阶段的注意力图计算注意力损失，保存更多目标信息和背景信息。公开数据集 TNO测试表明：与其他 7种融合方法相比， DAGAN具有最好的视觉效果与最高的融合效率。
红外与可见光图像融合 公安应用 注意力机制 生成器 鉴别器 infrared and visible image fusion, public security GAN
1 华南理工大学， 国家人体组织功能重建工程技术研究中心， 广东 广州 510006华南理工大学， 医疗器械研究检验中心， 广东 广州 510006
2 华南理工大学， 医疗器械研究检验中心， 广东 广州 510006
3 华南理工大学， 国家人体组织功能重建工程技术研究中心， 广东 广州 510006
婴幼儿非母乳喂养时奶粉是摄取营养的主要制品， “三聚氰胺”、 “香兰素”等添加剂安全事件的频频发生， 引起全社会的高度关注。 如何快速检测并高效识别奶粉中的不良物质， 是国内外乳制品安全领域的研究热点， 对保障婴幼儿成长健康具有十分重要的现实意义。 由于淀粉和香兰素的红外和拉曼光谱均存在大量的吸收峰， 基质与添加物的光谱信号重合区域广信噪比低， 谱峰重叠干扰严重， 仪器越灵敏检测筛选的难度越大。 研究基于X射线衍射（XRD）建立了适用于食品添加剂香兰素的无损快速、 高灵敏度检测方法， 食品乳制品中的淀粉、 蛋白质等基质材料在XRD下均不具有复杂的衍射花样， 基于XRD的香兰素快速检测方法消除了食品乳制品中各类基质的背景干扰， 结合XRD图谱的指纹特性对香兰素的掺杂进行快速鉴别和定性识别检测。 结果表明， 掺杂香兰素后衍射图谱13.03°出现明显尖锐的衍射峰， 峰形好， 响应值高， 该衍射峰是快速检测香兰素是否存在的特征指纹峰。 XRD法快速检测香兰素采用直接进样、 精细扫描， 在去除基质影响的同时， 相对于气相色谱法、 电泳法， 该方法更加方便、 快速， 定性确认更准确， 结果可靠， 适用性强。 香兰素晶体衍射峰明显， 结构稳定， 同时制样简单， 极大地缩短了检测时间。 本研究中香兰素最低掺杂量为202 μg·g-1， 可用于市售加香食品中香兰素的含量的快速检测， 灵敏度可满足建议限量和超量掺加的检测需求。
X射线衍射 香兰素 食品安全 快速检测 补充检验 X-ray diffraction Vanillin Food security Rapid detection Supplemental testing 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1563
中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083
基于分布式光纤传感技术在周界安防领域广阔的应用前景，对振动信号在单模光纤上的调制机理和解调原理进行了详细的推导和分析，构建了一套基于相位敏感光时域反射计的分布式声波传感器（DAS）系统，设计了完整的压电陶瓷振动信号检测实验和语音与脚步信号检测实验，通过移动差分求和与正交解调算法实现振动信号的强度解调和相位解调。在语音检测实验中采用铁质半封闭空心圆柱体提高了光纤对声波的灵敏度，对原始语音和复现语音做了平均主观意见值调研来验证语音信号的质量，在时域和频域对DAS系统采集的脚步信号进行了分析和解释，同时将单个脚步信号的相关特征进行提取说明。实验证明，本系统能在传输距离为2 km时实现复杂的语音和脚步信号检测，空间分辨率可达2.2 m，能较好地用于周界安防中的语音与脚步监测。
分布式光纤传感 φ-OTDR 正交解调 平均主观意见值 周界安防 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2306004
1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003
针对光纤周界安防模式识别中机器学习算法依赖专家经验、现有深度学习算法学习关键特征能力不足的问题，提出了一种多注意力时间卷积网络（MATCN）识别模型。MATCN以时序信号为输入，通过利用通道和时序注意力优化网络学习机制，挖掘信号关键信息；在卷积过程中使用带泄露修正线性单元（Leaky ReLU）解决神经元坏死问题，提高模型的鲁棒性。搭建了基于相位敏感光时域反射系统（Φ-OTDR）的周界安防系统，模拟了攀爬、敲击、踩踏及无入侵事件。实验结果表明，MATCN的识别率达到了98.50%，识别时间为0.53 s，性能优于长短时记忆网络（LSTM）与融合卷积层的长短时记忆网络（CNN-LSTM）。所提方法能够有选择性地学习不同通道和时间片段中的关键信息，实现对周界入侵信号的准确、高效识别。
光纤传感 模式识别 时间卷积网络 注意力机制 周界安防 光学学报
2023, 43(20): 2006006
