2021年第03期-《电子技术应用》杂志

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2021年第03期

刊出日期：2021-03-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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技术专栏-面向6G的网络与业务需求

面向6G网络的可信需求与应用场景研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211361

作者：刘秋妍1，李铭轩1，吕轩2，李佳俊3，张忠皓1，李福昌1，朱雪田1

作者单位：1.中国联合网络通信有限公司研究院，北京100048； 2.中国联合网络通信有限公司北京分公司，北京100031；3.中国联通华盛通信有限公司，北京100031

摘要：基于5G网络应用现状及技术发展趋势分析，提出网络可信是6G网络重要发展趋势之一，并对比分析了网络可信与网络安全的概念内涵，阐述网络安全基于“有罪假设”的本质及其在下一代网络应用中面临的困境，提出基于“无罪假设”的网络可信在下一代网络应用中的必要性。最后面向6G网络工作频段提升、建设运维成本增加、天地一体化等发展趋势，对6G网络共建共享、天地互联、超大规模物联网中面向网络的可信需求进行系统分析。

关键词：
无线通信

6G

网络可信

需求分析

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6G需求、愿景与应用场景探讨

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211374

作者：王瑜新1，2，3，章秀银1，徐汗青2，3，唐杰1，陈真1

作者单位：1.华南理工大学电子与信息学院，广东广州510641； 2.中兴通讯股份有限公司，广东深圳518055； 3.移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室，广东深圳518055

摘要：随着5G网络在全球的大规模商用，很多机构和组织开始启动对6G研究。在分析目前5G通信系统所面临的挑战的基础上，探讨了6G需求、愿景和应用场景，并对6G的性能指标进行了探讨。

关键词：
B5G6G

需求

愿景

人工智能AI

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智能内生6G网络：架构、用例和挑战

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211392

作者：孙耀华，王则予，袁硕，彭木根

作者单位：北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京100876

摘要：为满足不断增长的新型业务需求，促进通信技术与垂直行业深度融合，移动通信网络将逐渐向智能化演进，在6G时代有望形成内生智能。然而，目前研究大多侧重基于人工智能的传输和网络优化方法，较少探讨如何在架构设计层面高效支撑人工智能方法的实施。为此，介绍了目前工业界和学术界在智能内生网络架构方面的进展，并对智能内生网络的应用前景和挑战进行了展望。

关键词：
6G

无线网络架构

人工智能

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综述与评论

大数据对5G网络及服务优化的驱动作用

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201191

作者：阚一夫1，张拓2

作者单位：1.延边大学工学院，吉林延边133002；2.63850部队，吉林白城137000

摘要： 5G网络本身属于移动通信网络，经过网络传输模式全面升级与转型后的5G网络能够保证达到更短的通信延时效果，提升移动通信质量并且创造快捷化的全新通信网络运行模式。具体对于网络服务模式在实施整体优化与改造的目前实践中，基本举措就是融入大数据的重要驱动技术手段，充分依托大数据手段与平台来优化网络服务的总体实施效果，创造网络用户的最佳移动通信体验。

关键词：
大数据

5G网络

服务优化

驱动作用

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人工智能

基于HLS工具的CNN加速器的设计与优化方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200841

作者：程佳风，王红亮

作者单位：中北大学电子测量技术国家重点实验室，山西太原030051

摘要：基于软硬件协同设计的思想，利用HLS工具，在PYNQ-Z2平台上设计并实现了一个卷积神经网络加速器，对卷积运算采用矩阵切割的优化方法，均衡了资源消耗和计算资源，使得加速器的性能达到了最优。利用MNIST数据集对加速器IP核进行性能测试，实验结果表明：对单张图片的测试，该加速器相对于ARM平台实现了5.785的加速效果，对于1 000张图片的测试则可达到9.72的加速效果，随着测试图片数量的不断增加，加速器的性能也将越来越优。

关键词：
卷积神经网络

PYNQ-Z2

HLS工具

加速器

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GSDCPeleeNet：基于PeleeNet的高效轻量化卷积神经网络

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200844

作者：倪伟健，秦会斌

作者单位：杭州电子科技大学电子信息学院新型电子器件与应用研究所，浙江杭州310018

摘要：卷积神经网络在各个领域都发挥着重要的作用，尤其是在计算机视觉领域，但过多的参数数量和计算量限制了它在移动设备上的应用。针对上述问题，结合分组卷积方法和参数共享、密集连接的思想，提出了一种新的卷积算法Group-Shard-Dense-Channle-Wise。利用该卷积算法，在PeleeNet网络结构的基础上，改进出一种高效的轻量化卷积神经网络——GSDCPeleeNet。与其他卷积神经网络相比，该网络在具有更少参数的情况下，几乎不损失识别精度甚至识别精度更高。该网络选取1×1卷积层中卷积核信道方向上的步长s作为超参数，调整并适当地选取该超参数，可以在网络参数量更小的情况下，拥有更好的图像分类效果。

关键词：
图像分类

卷积神经网络

轻量化

密集连接

参数共享

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微电子技术

应用于导航SoC的专用DMA的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200909

作者：秦爽1，2，李健1，杨颖1，陈杰1

作者单位：1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学，北京100049

摘要：卫星导航技术以及社会的快速发展使得高精度定位的需求越来越大。随着导航系统和频点的增加，导航模块中需要处理的数据量越来越大。通用DMA(Direct Memory Access)控制器无法完成大量通道的传输，采用中央处理器(CPU)传输需要占用CPU大量的时间。应用于导航片上系统(SoC)的专用DMA支持全系统全频点的导航通道的数据搬移，经过测试验证，DMA搬移相同通道数的数据所需要的时钟周期为CPU的三分之一，有效提高了CPU的效率。在设计中采用了低功耗优化技术，优化后DMA模块动态功耗降低至原来的15%。

关键词：
导航

SOC

DMA

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测控技术与仪器仪表

高可靠性整流罩空调系统设计方案研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200550

作者：刘雪飞1，刘红1，蒯亮1，苏师师2，王帅1，闵晓霜1

作者单位：1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京102209；2.中软信息系统工程有限公司，北京102209

摘要：针对某发射场整流罩空调对设计参数温度、湿度、送风量的要求，调研了传统整流罩空调系统的实现方案，从信息安全、可靠性方面研究，提出了一种基于国产PLC的冗余整流罩空调自动控制系统。介绍了国产超御PLC组件的功能、冗余机组系统方案，并从硬件和软件两个方面对系统架构、控制方案等进行构建。通过现场实验调试，验证了该整流罩空调控制系统的可行性、稳定性，且具有安全、可靠等显著优点，解决了国产PLC在整流罩空调系统零应用的问题，是一种高可靠性整流罩空调系统设计方案。

关键词：
整流罩

空调控制系统

PLC

自主安全

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基于EKF算法的锂电池SOC估算策略

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200607

作者：崔耕韬，江卫华，涂炜

作者单位：武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉443000

摘要：在电池管理系统中，电池荷电状态(SOC)的准确估算具有重要的地位，其重要性不仅在于可以向使用者提示电池的剩余电量，更在于它是电池充放电管理和均衡控制管理的基础。而SOC受许多因素的影响，如温度以及电流的大小、方向等，它的准确预测也较困难。提出了一种用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法估计锂电池SOC的方法，建立电池仿真模型，通过混合动力脉冲能力特性(HPPC)试验进行了参数辨识。在恒流放电下模型的SOC估算误差约2.1%，说明该模型有效且易于应用。

关键词：
锂电池

EKF算法

HPPC试验

SOC估算

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通信与网络

基于二叉空间划分的异常数据检测算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200872

作者：周万里1，王子谦2，谢婉利1，谭安祖1，余节约3

作者单位：1.温州医科大学附属眼视光医院信息管理处，浙江温州325000； 2.浙江方圆检测集团股份有限公司检测部，浙江杭州310000； 3.杭州电子科技大学数字媒体学院，浙江杭州310000

摘要：无线传感网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)的性能依赖于所收集的数据质量。而最初，节点所感测的数据是粗糙的，需通过有效的数据检测算法将异常数据与正常数据进行区分。为此，提出基于二叉空间划分的异常数据检测(Binary Space Partition-based Anomaly Detection，BSP-AD)算法。BSP-AD算法通过二叉空间划分(Binary Space Partition，BSP)训练、测试数据。先通过训练数据，得到正常数据的区间范围，再通过此区间范围检测测试数据中异常部分。仿真结果表明，提出的BSP-AD算法能够准确地检测异常数据，并且计算成本和存储成本低于IDLO算法。

关键词：
无线传感网络

异常检测

二叉空间划分

质量估计

分割点

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一种降低新型OFDM数据链误码率的方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200561

作者：苏宇航，陈朝，翟鄀，竟诗琦

作者单位：中国地质大学(武汉) 机械与电子信息学院，湖北武汉430000

摘要：针对空地雷达数据链可靠性的问题，基于单向耦合映像格子模型，提出了基于OCML的新型OFDM数据链模型。上述模型通过利用OCML时空混沌序列对CCSK软扩频进行改进，同时结合编码技术以及调制技术进行仿真。仿真分析显示，基于OCML的新型OFDM数据链模型可以有效改善CCSK中伪随机序列由于自相关性差导致的可靠性差等问题，显著提高系统误比特率性能，且有效提高空地雷达数据链的可靠性。

关键词：
空地雷达数据链

RS编码

CCSK软扩频

单向耦合映像格子

OFDM

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计算机技术与应用

使用智能终端控制激光异物清除设备

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200441

作者：杨波，刘传利，吴英迪，蔡亚芬

作者单位：中国信息通信研究院泰尔系统实验室，北京100045

摘要：对于架空高压输电线上的异物，利用激光清除已成为一种主流的手段。分析了异物清除作业的过程及其对控制系统的需求，提出了一种将执行机构控制和运算分离，使用与执行设备无线连接的便携智能完成控制计算的系统设计，并详述了这一控制系统的硬件实现和软件流程。相较传统一体化控制系统，这样的设计成本低，使用灵活，维护简便且易于功能扩展。实验表明，此系统能够准确可靠地控制激光异物清除设备完成清除操作。

关键词：
激光异物清除

智能终端设备

无线控制

模块化

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基于聚类的密码芯片频域侧信道分析

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200300

作者：蔡爵嵩，严迎建，朱春生，郭朋飞

作者单位：战略支援部队信息工程大学，河南郑州450002

摘要：能量迹的对齐问题是影响侧信道分析成功率的关键因素之一，频域侧信道分析能够有效解决能量迹在时域内的对齐问题，但由于频域内一个点对应着时域内多个点，频域侧信道分析通常需要比时域侧信道分析更多的能量迹条数。为了减少频域侧信道分析所需能量迹条数，提出基于聚类的密码芯片频域侧信道分析方法，通过机器学习中的聚类算法分离出有效信号频率后，再进行侧信道分析，从而减少所需能量迹条数。实验表明，所提方法能够在不同程度上减少频域侧信道分析所需能量迹条数。

关键词：
侧信道分析

频域

机器学习

聚类

能量迹

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基于Hyperledger Fabric的食品溯源系统设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200303

作者：段冉阳，周文辉，魏骁，王龙

作者单位：华北计算机系统工程研究所，北京100083

摘要：现有的传统食品安全溯源系统中存在共享数据较为匮乏和信息存储中心化、孤岛化等问题，利用区块链系统去中心化、防篡改、可信任等特性，提出了一种基于Hyperledger Fabric区块链的食品溯源系统;然后对Hyperledger Fabric区块链技术进行深入分析和研究，明确Hyperledger Fabric区块链技术的技术原理与技术特性，并综合食品安全溯源系统的实际使用，对基于Hyperledger Fabric区块链的食品溯源系统进行详细设计；最后对基于Hyperledger Fabric区块链的食品溯源系统进行了实际的搭建，并对该系统进行相关功能测试和性能测试，验证了整体方案的可行性与有效性。

关键词：
区块链

食品溯源

超级账本

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一种基于噪声点邻域的形态学滤波算法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200294

作者：文福林1，张凯2，蒲锋1，汤素丽1

作者单位：1.四川航天职业技术学院电子系，四川广汉618300；2.四川大学机械工程学院，四川成都610065

摘要：以可疑噪声点为中心构建一定大小的邻域，对可疑椒噪声点邻域进行形态学闭滤波，对可疑盐噪声点邻域进行形态学开滤波，并以滤波后的该邻域中心点的灰度值替换可疑噪声点的灰度值，而非可疑噪声点的灰度值保持不变。实验表明，该方案切实可行，滤波后的图像具有均方误差小以及峰值信噪比高等优点。其滤波性能相比标准中值滤波算法、形态开闭组合滤波算法、自适应中值滤波算法等有一定程度的提高。

关键词：
椒盐噪声

形态学

滤波

结构元素

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接触式轮廓扫描仪系统标定算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200654

作者：高彤1，陈鸿1，张亮2，王晋祺3

作者单位：1.中北大学电子测试技术重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051； 2.太原科技大学交通与物流学院，山西太原030051；3.上海无线电设备研究所，上海201109

摘要：接触式轮廓扫描仪其原理是利用编码器返回的长度序列以及旋转平台的旋转角度来确定被测物体的轮廓坐标，由于检测钩的起始点与旋转平台中心不重合，导致直接利用所测数据绘制出的轮廓不准确。为解决这个误差，提出一种不需要建立系统的精准误差模型，而是利用测量尺寸已知的正方形标定板所得到的数据去获取系统参数，进而对轮廓坐标进行在线标定的方法。通过编程模拟仿真了测量过程，并将获取到的参数与理想参数值进行比较，模拟数据表明该算法可以使测量误差控制在0.5 mm以下，角度误差控制在0.1°以下，符合设备的精度要求，可以快速还原被测图形的真实轮廓。

关键词：
接触式测量

坐标标定

最小二乘法

拟合

标定模型

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嵌入式技术

基于PowerPC架构的波束指向算法的优化

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200944

作者：雷淑岚，吴会祥，李文学

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡214063

摘要：基于PowerPC架构提出了一种波束指向算法的优化策略，分别从三角函数的速算优化、浮点数运算的优化、循环嵌套优化、基于PowerPC指令集的优化等方面来实现。通过提出的优化算法，算法处理时间缩短为原来的十分之一。提出的优化策略对其他平台算法开发和优化也具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：
波束指向

PowerPC架构

CORDIC算法

指令集

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基于CNN-LSTM神经网络的声纹识别系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200960

作者：牟俊杰，姚刚，孙涛

作者单位：海军航空大学岸防兵学院，山东烟台264001

摘要：为实现对心血管疾病的预警，及早发现以心率、心肺音恶性变化为代表的危险前兆，设计基于CNN-LSTM神经网络的声纹识别系统。利用物联网技术融合心率传感芯片、单片机、电子听诊器等设备，对心率进行实时监测、辅助预警；根据梅尔道普频率系数对心肺音信号进行特征提取，构建基于CNN-LSTM算法的心肺音智能识别模型，对部分心肺音进行智能检测诊断，实验结果显示损失值为0.082，准确率达0.908。开拓了人工智能技术在心血管疾病预警方面的应用空间，前瞻性强、结构框架完整，可有效避免医疗资源浪费，前置对心血管疾病的应对措施，市场应用前景广阔，对于推动智慧医疗有重大作用。

关键词：
深度卷积神经网络

长短期记忆网络

特征提取

梅尔道普频率系数

心血管疾病

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一种全自动螺丝供料机控制系统的设计与分析

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200313

作者：赵佳媞，伞红军

作者单位：昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650550

摘要：为了实现生产线螺丝的高效供给和输送，应用于自动化产品装配线，设计了一种基于STC12C5410单片机的螺丝供料机控制系统。系统以STC12C5410为硬件核心控制器，包括缺料报警、排列并输送螺丝等功能。系统主要通过光电开关和电磁阀实现供料，有效提高了螺丝输送的效率和稳定性。另设计了调整电批扭力和控制电机制动的电路，并进行仿真和实验，为之后此功能集成到配套电批中使用提供技术准备。

关键词：
STC12C5410

螺丝供料机

力矩控制

电机制动控制

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电路与系统

应用于电推进系统的宽输入电压范围高压电源研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200880

作者：施凯敏1，2，张东来3，王子才1，张华2，吕文琪3

作者单位：1.哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001；2.深圳航天科技创新研究院电力电子所，广东深圳518057； 3.哈尔滨工业大学(深圳) 机电工程与自动化学院，广东深圳518055

摘要：电推进电源(Power Processing Unit，PPU)是电推进系统的核心单机，其体积、重量及关键技术难度往往超过推力器本身。屏栅电源及阳极电源这类大功率高压电源是电推进电源系统的核心部件。针对多模式切换电推进系统的需求，提出了一种适用于宽输入电压范围屏栅电源的两级式功率拓扑架构，前级为两相交错并联Boost拓扑以实现宽范围调压，后级为工作于最优频率点的不控谐振拓扑以实现高变比隔离升压。研究该功率拓扑架构的控制方式及磁性器件的设计原则并最终给出了相应的实验结果。

关键词：
PPU

屏栅电源

交错并联Boost

谐振

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基于遗传算法的小型高增益阵列天线设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200883

作者：戴欣华1，苏新彦1，姚金杰1，江润东1，唐强2

作者单位：1.中北大学信息探测与处理山西省重点实验室，山西太原030051； 2.西安机电信息技术研究所，陕西西安710065

摘要：针对小型化毫米波雷达对大探测范围及远距离探测的需求，提出了一种Ka波段串并联混合馈电的微带阵列天线。天线阵列采用模块化设计，通过采用遗传算法优化调整子阵列的相对位置控制波束宽度及增益。仿真及加工实测得到天线在中心频率36 GHz的E、H面波束宽度为28°、15°，最大增益15 dBi，测试与仿真结果基本符合，表明该天线阵列适用于小型毫米波雷达。

关键词：
阵列天线

高增益

遗传算法

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多通道低相噪同步频率源设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200921

作者：胥伟，潘明海，张艳睛

作者单位：南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京211106

摘要：针对数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)系统在进行对外部输入信号采集时，对高稳频率源需求问题，提出了一种基于两级锁相环的多通道低相噪同步频率源设计方法，实现了6路在2.26～2 600 MHz范围内任意频率信号输出。通过线性叠加的方法，理论分析了锁相环中相位噪声的模型，并根据相位噪声的来源进行优化设计。最后对频率源电路杂散和相位噪声进行测试，测试结果表明该频率源电路输出1.25 GHz频率时的杂散抑制优于-60 dBc，相位噪声抑制优于-104.91 dBc/Hz@500kHz。

关键词：
频率源

锁相环

相位噪声

杂散

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雷达与导航

雷达被截获距离的等效试验方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200882

作者：曾小东

作者单位：中国电子科技集团公司第十研究所，四川成都610036

摘要：针对雷达在对抗特定的ESM侦察设备时被截获距离难以直接测试的问题，研究了雷达被ESM侦察设备截获距离的等效试验方法。首先，推导了期望试验条件和替代试验条件下被截获距离的等效模型。然后，针对不同的试验场景，将等效模型细分为四种不同的类型。最后，通过某型雷达被截获距离外场试飞的实测数据对等效模型进行了验证。试验结果表明等效模型的误差为7.26%，满足试验大纲误差小于10%的要求。