《电子技术应用》杂志2025年第07期-AET-电子技术应用

2025年第07期

刊出日期：2025-07-06

邮发代号：2-889

上一期

技术专栏-无线电收发中的射频关键技术

超宽带大瞬时带宽可调中频接收机前端技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.246005

作者：杨国明，汪家兴

作者单位：贵州航天计量测试技术研究所

摘要：为满足对复杂电磁环境的测试和接收机超宽带、大瞬时带宽、小型化、可调等发展需求，基于二级混频的超外差变频技术和多路开关滤波器组，设计了一款具有1.5 GHz~18 GHz超宽带射频信号接收、1 GHz大瞬时带宽、大动态范围和超低接收灵敏度的接收机射频前端模块，且该模块还具有输出中频频率和带宽可选的功能。通过测试对该模块进行了验证，结果符合设计要求。

关键词：
接收机前端

超宽带

大瞬时带宽

中频

可调

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基于基片集成波导圆极化天线微波毫米波天线

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256421

作者：李文迅

作者单位：中国西南电子技术研究所

摘要：设计了一款Ka波段高增益基片集成波导圆极化天线，采用四脊波导作为圆极化辐射器。为验证设计，研制了4×4圆极化阵列天线，该天线采用三层介质基板结构：顶层为4×4四脊波导圆极化辐射器，中层为4×4背腔辐射缝隙单元天线（工作模式为TE110模），底层为T形基片集成波导一分八功分器。测试结果表明，该阵列天线S11<-10 dB的范围为35.3~35.55 GHz，3 dB轴比带宽为35.24~35.57 GHz，最大增益为18.14 dBi（35.42 GHz）。该设计创新性地采用四脊波导实现圆极化辐射，具有高口径效率和紧凑结构，适用于微波毫米波系统。

关键词：
基片集成波导

圆极化天线

四脊波导

毫米波天线

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Ku频段小型化气密型功放组件研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.246168

作者：赵鹏

作者单位：中国电子科技集团公司第十研究所

摘要：阐述了一种Ku频段小型化气密型性功放组件的工程实现方案。此组件采用4片GaN功率芯片与1片GaAs驱动芯片级联工作，并通过波导功分与合成网络的结合，实现了高效的功率合成。为确保组件在盐雾和低气压等环境下的稳定运行，采用了同轴探针式波导气密封电路与射频腔体激光封焊技术，对整个功放模块的射频电路进行了全面的气密封装，有效抵御盐雾和低气压等外界因素对组件可靠性的潜在威胁。最终，该功放组件在13~15 GHz的连续波工作频带内，实现了大于120 W的饱和输出功率。该组件的技术状态稳定，可靠性与实用性均达到了工程使用要求，适用于测控、通信、电子对抗等领域中的微波发射系统，展现出卓越的应用前景与市场价值。

关键词：
Ku频段

小型化

气密型

固态功放

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V频段H面膜片带通滤波器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256362

作者：刘立浩1，秦帅丰1，宁丽鹏2

作者单位：1.中国电子科技集团公司第五十四研究所；2.中国星网网络应用研究院有限公司

摘要：为满足上变频器对低插入损耗、高抑制度滤波器的需要，设计并制作了一种V频段H面膜片带通滤波器，该滤波器由六个矩形谐振腔串联组成。六个谐振腔和七个耦合窗的尺寸初值通过理论计算得到，采用三维电磁场仿真软件HFSS对滤波器进行了结构建模和优化仿真。制作了滤波器样品并进行了测试，测试结果表明在47.2~50.2 GHz带内插入损耗小于0.6 dB，回波损耗优于15.6 dB，对42.6 GHz频点的抑制度为73.8 dBc，对54.8 GHz频点的抑制度为52.8 dBc，测试结果与软件仿真结果基本一致。

关键词：
V频段

H面

E面

膜片

带通滤波器

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集成电路与应用

一种基于可调SPWM算法的面积优化方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.246190

作者：郑骏1，2，贺晰2

作者单位：1.南京航空航天大学电子信息工程学院；2.中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：在LED显示驱动芯片中，采用可调的SPWM算法实现显示刷新率可调的功能。提出了一种基于SPWM算法的面积优化方法，以解决传统的可调SPWM算法在硬件实施时，所需要的面积资源较多、成本较大的问题。该算法将子周期分成2的幂长度的两种类型，由此简化了可调SPWM算法硬件化所需要的运算资源，从而能够有效地减少驱动芯片的面积。在Synopsys DC下，分别对传统和本文优化方法实现的电路进行了综合，综合结果表明，该方法可以节省33.6%的面积。

关键词：
LED显示驱动

SPWM算法

面积优化

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时间敏感网络远程配置管理的研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256483

作者：马章鸿1，李京沐2

作者单位：1.昆高新芯微电子（江苏）有限公司；2.北京大学软件与微电子学院

摘要：为满足工业自动化和汽车领域对网络高实时性、低时延的需求，以时间敏感网络（TSN）为核心的确定性网络技术近年来迅速发展。IEEE 802.1 TSN工作组提出的IEEE 802.1Qcc协议，通过集中化网络配置（CNC）实现了对TSN配置的集中管理与动态分发。在此背景下，研究了基于NETCONF和YANG的TSN远程配置管理方案，并验证了其将配置参数从CNC下发至TSN交换机的可行性。研究结果为TSN交换机支持Qcc协议的实现提供了技术基础，进一步推动了TSN技术在工业与车联网场景中的实际应用。

关键词：
TSN

Qcc

远程配置管理

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LVDS链路误码测试与动态优化方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256418

作者：汪艇，庞傲

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：随着航天器技术的快速发展，飞机吊舱工作环境日益复杂，对图像传输链路的可靠性提出了更高要求。为解决图像传输链路中的误码问题，提出了一种基于FPGA的LVDS隔离误码测试系统。该系统创新性地设计了新型递增码编码方式（通过逐位递增的码型设计增强误码检测的敏感性）和动态训练机制（基于误码率反馈的自适应训练策略优化信号均衡参数），并实现了相应的硬件和软件系统。实验结果表明，该系统在多种典型恶劣工况下均表现出优异的误码检测性能。通过提取测试数据中的误码时间序列特征，结合动态模型在线学习机制更新权重，误码预测精度误差降低了62.5%，有效验证了系统的实用性和可靠性。与现有主流误码测试方法相比，本系统不仅能够实现飞机吊舱图像采集传输链路的误码检测与定位，还支持动态优化，为复杂环境下的高可靠性图像传输提供了新的解决方案。

关键词：
LVDS链路

误码测试

递增编码

动态预测机制

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电容网络对射频SOI开关功率承受能力影响研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.246217

作者：刘张李

作者单位：上海华虹宏力半导体制造有限公司

摘要：通过比较分析研究电容网络对射频SOI开关功率承受能力的影响，主要包括射频开关晶体管源极与漏极之间的横向耦合电容Cdsn和射频开关源极与漏极节点到GND的纵向耦合电容Cgndn。研究内容包括射频开关堆叠结构Cdsn/Cgndn逐步变化，前两级Cdsn/Cgndn电容值大小，前N级Cdsn/Cgndn电容网络对射频开关插入损耗、隔离度和功率承受能力的影响，研究结果为射频开关电路设计提供参考。

关键词：
射频开关

功率处理能力

电容网络

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一种伺服功率驱动电路的设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.246084

作者：张竟飞，郭晓光，付强，乔辉

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：针对现有电动伺服系统驱动电路效率低、电路复杂、强弱电不隔离等问题，介绍了一种输出电流达36 A的直流有刷电机功率驱动电路，该电路具有效率高、热功耗小、与微控制电路光电隔离、单电源供电等优点。将该电路分解为四个组成部分，对各部分详细说明，并从整个电路内部工作原理及仿真实验情况作具体分析。

关键词：
电动伺服

功率驱动

硬件设计

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测控技术

基于双射频芯片级联的雷视一体系统设计实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.246187

作者：李谦1，2，李博1，阮斌2

作者单位：1.浙江工业大学物理学院；2.浙江宇视科技有限公司

摘要：在智能交通系统（Intelligent Transports System，ITS）领域，相较于单雷达和卡口相机的组合，雷视一体机有着成本低和数据融合的优点。基于射频芯片级联技术，对毫米波雷达性能进行提升，并采用专业级的安防芯片，通过多传感器融合，设计了一款具有远距离探测功能的雷视一体机系统。算法方面采用多传感器融合算法，通过更换主干特征提取网络和损失函数对目标检测算法YOLOv8n进行改进，改进后参数量减少24%，模型大小减小22%。通过交通实地场景测试，验证了雷视一体机系统的可靠性，最终实现交通路口场景的全方位监测，且最远探测距离可以达到350 m，探测精度可达97%以上，符合远距交通雷视一体机的设计要求。

关键词：
智能交通系统

远距探测

多传感器融合

级联

YOLO

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基于边缘计算的智慧工地视频分析系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256317

作者：王晓旋1，2，李博1，钟鹏2

作者单位：1.浙江工业大学物理学院；2.浙江宇视科技有限公司

摘要：为精准识别工地工人未正确佩戴安全帽行为，并且实现系统快速响应问题，设计了一款采用边缘侧部署的智慧工地视频分析系统。系统硬件方案使用两颗AX650N芯片级联的方式，显著提高系统计算能力。软件方案采用Ubuntu操作系统，基于主流目标检测算法YOLOv8n，通过使用共享卷积层的空洞卷积替换SPPF模块中的池化层提升检测速度和精度；引入动态非单调调频的WIoU损失函数来提升对低质量样本的检测能力。实验结果表明，优化后的算法模型平均检测精度提高了1.8%，模型权重所占空间减少17.4%，模型检测速度提高了7.3%。在多个实地场景下进行系统测试，视频目标行为智能分析结果成功率都达到97%以上，且平均响应时间在1 s以内，此系统可以显著提高工地的管理效率与安全性。

关键词：
边缘计算

智慧工地

视频分析

级联

YOLO

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通信与网络

一种基于PPO算法的低空基站优化模型

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256278

作者：薄云鹏1，2，亢抗3，潘桂新3，汪敏1

作者单位：1.中国科学院云南天文台；2.中国科学院大学；3.中国联合网络通信有限公司广东省分公司

摘要：通过优化现有地面网络基站来实现低空网络服务具有成本低、建设快等优点，面对低空基站优化过程中存在的无线环境复杂、配置参数多样、优化目标互相影响等问题，提出了一种基于近端策略优化算法的多维低空网络基站优化模型：通过射线追踪技术计算不同类型、不同角度基站的低空覆盖能力，并构建支持多目标优化和多参数配置的低空网络基站优化模型，利用PPO算法得到基站配置策略。在仿真环境中进行训练与结果验证，证明该模型可有效生成基站优化方案，且相较于基于A2C方法的模型具有更快的收敛速度和更好的基站优化效果。

关键词：
低空基站

低空通信

近端策略优化

强化学习

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基于等概率同步功耗补偿的ECC抗侧信道攻击方案

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256376

作者：熊英1，李芸2

作者单位：1.江门开放大学信息技术部；2.东华理工大学水资源与环境工程学院

摘要：针对资源受限的椭圆曲线密码算法芯片抗侧信道攻击往往以牺牲芯片性能为代价的问题，提出一种基于等概率同步功耗补偿的椭圆曲线密码抗侧信道攻击方案。首先，根据密钥猜测产生的中间数据的汉明距离特征生成概率分布差异函数；其次，根据生成的函数构建可同步补偿功耗的等概率映射模型；最后，利用模拟退火算法求出该模型的最优解。仿真验证结果表明：与其他传统基于随机化方式的抗侧信道攻击方案相比，在防护能力相当的条件下，所提方案的运算性能几乎没有损失，非常适用于资源受限的椭圆曲线密码算法芯片。

关键词：
椭圆曲线密码

侧信道攻击

标量乘算法

模拟退火算法

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计算机技术

基于广义Jaccard系数的稀疏自适应匹配追踪水声信道估计方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245599

作者：张浩帆1，杜洋2，郭拓1，刘建国3

作者单位：1.陕西科技大学电子信息与人工智能学院；2.中国人民解放军91001部队；3.西北工业大学航海学院

摘要：经典稀疏自适应匹配追踪（Sparsity Adaptive Matching Pursuit，SAMP）算法可以通过设置迭代步长，不断逼近真实的稀疏度，以提高稀疏重构的精度。然而，该算法使用内积匹配准则，存在原子丢失的现象，同时由于无法精确估计信号中存在的真实稀疏度，导致重构的精度依然无法达到满意的效果，信道估计结果不佳。提出了一种基于广义Jaccard系数的稀疏自适应匹配追踪水声信道估计方法。该算法使用了广义Jaccard系数匹配代替了内积匹配，然后利用DFT对信号进行稀疏度预估计，同时用可变步长代替固定步长，可以精确、快速地逼近真实稀疏度。实验结果表明，该信道估计方法优于SAMP和其他传统方法，并且可以用于实际水声信道估计。

关键词：
广义Jaccard系数

信道估计

自适应匹配追踪

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基于机器视觉的监控视频移动目标轮廓提取算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245833

作者：马方远，任杰夫，黄静，张正初

作者单位：北京国电通网络技术有限公司

摘要：在监控视频中，移动目标易受到边缘模糊和背景噪声干扰等影响，使得目标轮廓提取结果不准确。为此，提出基于机器视觉的监控视频移动目标轮廓提取算法。采用机器视觉技术处理图像，结合图像背景模型建立像素高斯分布，并计算各个像素值与背景模型中高斯分布的匹配度，将匹配度低于阈值的像素视为前景像素，由此完成前景分割，结合链码对前景目标边缘进行编码，标识与预设阈值最接近的闭合边缘，以此作为目标轮廓粗定位结果，基于此，将目标区域的统计分布参数融合到灰度光流图像中，得到灰度差分图像，进而提取移动目标轮廓。实验结果表明，在所提方法的应用下，目标轮廓毛刺数始终控制在50以下，轮廓提取精度较高。

关键词：
机器视觉技术

监控视频

移动目标

轮廓提取

背景模型

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基于人脸检测跟踪和输入噪声过滤的rPPG信号实时提取方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245899

作者：郝壮远1，田琨1，吴顺成1，谭昆1，李健2，高大帅2

作者单位：1.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司；2.北京捷通华声科技股份有限公司

摘要：远程光体积描记是非接触式生理信号检测领域的重要研究方向。现有算法主要从人脸部分区域提取脉搏信号，存在信号获取不全面及噪声过大的问题。提出了一种基于人脸检测、跟踪、分割和输入噪声过滤的实时rPPG信号提取方法，旨在提高心率检测的准确性和鲁棒性。首先，通过小型深度神经网络实现视频帧中的人脸检测和跟踪，准确定位人脸区域。其次，通过人脸分割算法提取皮肤信息。最后，采用输入噪声过滤策略，去除与心率无关的频率成分和信噪比较低的信号，从而优化rPPG信号。实验在自建数据集上进行，结果表明，该方法在信噪比、平均绝对误差和均方根误差等指标上均表现出色。综上所述，所提出的方法在rPPG信号实时提取中表现出优异的精度和稳定性，为非接触式生理信号检测提供了一种新的解决方案。

关键词：
rPPG

人脸检测

人脸分割

噪声信号过滤

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电路与系统

基于组件复用的可重构I²C总线读写控制电路设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256281

作者：徐波，杜晓实，朱力可，王萍

作者单位：中国西南电子技术研究所

摘要：现代软件无线电架构中通常为了满足软件实时性而采用FPGA作预处理功能，但随着软件无线电系统不断朝综合化和智能化方向发展，如何应对各类复杂使用场景给系统设计者带来越来越多的挑战。面对不断激增的需求，FPGA设计中经常暴露出可移植性差、平台依赖性强、程序对开发人员的依赖度高、系统集成与整合度难度大等问题。选取电子装备中常用的I²C总线控制部分，借鉴软件工程中“高内聚、低耦合”的模块化设计思想，提出一种总线控制电路的优化策略，即基于组件复用的方法设计了一种可重构I²C总线读写控制电路。该电路具备按需配置波特率功能，同时具有可选的APB接口以及中断功能，提供读/写数据位宽分别为1 B/2 B/4 B系列控制组件，并通过配置系列组件的方式重构读/写数据位宽。该电路具有实际的工程价值且已成功应用于不同项目以及TPAFEA008、ADT75和LTC2991等常用器件上。

关键词：
可重构组件复用

IC总线读写控制

FPGA设计

软件无线电

国产化器件

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一种电缆终端头红外识别算法的FPGA实现研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.246172

作者：吴卫堃1，郑耀华1，曾彦超1，曾祥伟1，巫志安1，李嘉成1，周骞2，袁超2

作者单位：1.广东电网有限责任公司肇庆供电局；2.湖南大学电气与信息工程学院

摘要：针对在电站巡检中电缆终端头识别准确率低、实时性差等问题，设计一种基于粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）优化反向传播（Back Propagation，BP）神经网络的现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）红外识别系统。红外识别算法实现包括使用改进区域生长算法对红外图像进行分割，随后计算Hu不变矩作为神经网络输入特征。对于PSO-BP神经网络，选择7-10-1的网络结构，训练后均方误差为0.085，优于BP神经网络的0.136。在FPGA上实现时，采用定点数据量化、流水线结构及并行计算方法，同时对Sigmoid激活函数应用二次方程多段拟合。最终经过仿真验证，该系统识别率达到了92%并且算法速度提高了约6倍。

关键词：
FPGA

红外图像识别算法

区域生长法

Hu不变矩

PSO-BP神经网络

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一种M.2固态硬盘热插拔和RAID功能的创新设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256326

作者：丁维银

作者单位：思科系统（中国）研发有限公司

摘要： M.2固态硬盘因其自身的优势得到了越来越广泛的应用，企业级的产品也普遍使用M.2固态硬盘作为操作系统的启动盘。但是由于其不具备热插拔功能，难以满足企业市场对高可用性、24小时不停机、数据保护以及在线维护的特殊需求。提出了一种新颖的综合设计方案，在载板、FPGA、BIOS和BMC的配合下，实现了热插拔功能和RAID功能。同时，依靠M.2固态硬盘引脚定义的不同实现了在M.2接口上PCIe和SATA总线的自动识别和兼容，利用FPGA和MOSFET引入了一种新的动态时钟信号控制方式。该综合设计方案不需要额外的硬件投入，以极高的成本效益实现以上功能，并提升系统的可靠性和可用性。

关键词：
M.2固态硬盘

热插拔

RAID

动态时钟信号控制

服务器

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基于FMEA的多电力设备故障预测维护算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256315

作者：杨雨飞，梁盈威，刘承徽，朱泰鹏

作者单位：广东电网有限责任公司信息中心

摘要：针对大型电厂多个异常运行开关柜的维修问题，当前维护方案往往忽视了设备内部复杂部件间紧密相连的相互作用，这对于包含各种运动和固定的零部件的开关柜而言，其适用性显得尤为不足。鉴于此，提出了一种预测性维修调度策略，此方法旨在双重目标下寻求最佳平衡点。首先，采用FMEA技术，得出更为贴近实际的失效概率预测。随后，设计了一套综合风险评估体系，该体系不仅考虑了开关设备故障可能给电网带来的损失，还全面评估了维护活动所伴随的成本与效益。为验证该方法的实效性，选取一个10千伏变电站作为研究案例，通过数据分析发现，相较于传统的基于时间间隔的维护策略，提出的方法在成本效率上实现了36%的显著提升。

关键词：
多电力设备

预测性维护

开关柜

FMEA

风险评估

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雷达与导航

基于双锁相环的高分辨率步进频探地雷达设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256412

作者：王光宇1，2，3，沈绍祥1，2，樊鹏杰1，2，3，李彬彬1，2，3，刘小军1，2

作者单位：1.中国科学院空天信息创新研究院；2.中国科学院电磁辐射与探测技术重点实验室；3.中国科学院大学电子电气与通信工程学院

摘要：步进频探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）因其宽带宽的优势在浅表层高分辨率探测中得到了广泛的发展和应用。然而，传统的步进频GPR硬件实现较为陈旧，无法同时满足高分辨率、小体积、低成本、稳定可靠和使用灵活的现代化要求。针对上述要求，设计了双锁相环发射机和数字固定中频结构接收机，实现了一套新型的高分辨率步进频GPR硬件系统。为解决超宽带步进频率信号谐波干扰问题，设计了新型的带通滤波器组。多组环回和实地探测实验的结果表明，该系统分辨率优于5 cm，探测深度至少2.5 m，能够满足现代GPR的多重要求，为步进频GPR硬件的研发提供了有价值的参考。

关键词：
步进频率

探地雷达

锁相环

超宽带系统

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多芯粒异构集成的雷达探测微系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245493

作者：顾林，阳琴，阎焜

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：超宽带探测雷达，因其高分辨率、高抗干扰能力和强穿透性等优点而获得了广阔的发展前景及市场。当前生命探测雷达趋于复杂化，这导致雷达系统体积、重量变大，限制了其在复杂救援、探测现场的应用。系统级封装技术（SiP）有效地解决了上述问题，它将多个具有不同类型的电子元器件组装成为能实现特定功能的单个标准封装体。与板级设计相比，实现相同的功能，SiP只需要占据PCB面积的10%~40%，功耗的70%~80%左右。基于微系统方案设计了一套小型化生命探测雷达系统，实现了较好的便携性，为各类仪器小型化设计提供了解决方案。