2022年第12期-《电子技术应用》杂志

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2022年第12期

刊出日期：2022-12-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

上一期

技术专栏-面向6G的关键技术

面向6G演进的确定性信息物理系统架构研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223364

作者：高秋悦，李金艳，刘洋

作者单位：中国电信股份有限公司研究院，北京102209

摘要：确定性技术是满足6G新兴业务确定性转发要求的重要研究内容。信息物理系统(Cyber-Physical System，CPS)作为工业4.0的核心系统，其确定性保障对于生产的高效稳定和服务的安全可靠至关重要。围绕以工业互联网为代表的CPS系统的确定性需求，提出一种基于确定性网络技术的CPS系统架构，包括确定性通信网络和确定性系统组件。在此基础上，面向低时延云化控制场景、高可靠移动控制场景和大带宽闭环控制场景三类典型用例对所提的系统架构进行细化设计，并对系统的时延、抖动、可靠性、带宽等指标的确定性进行分析。

关键词：
确定性网络

信息物理系统

工业控制

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面向6G的分布式可信技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223510

作者：梁亚从1，夏旭2，包施晗1，徐晖1

作者单位：1.大唐移动通信设备有限公司，北京100083；2.中国电信研究院，北京102209

摘要：随着移动通信技术的发展，6G网络将通过网络分布式下沉缓解承载网络压力，通过分布式协同优化资源配置，但是如何保障分布式可信，助力多方协同体系是即将面临的安全挑战。区块链作为一种分布式账本技术，将区块链运用到跨域认证与跨域资源协调中，可以保障交易的透明和数据的可信，建立起多方参与者之间的信任关系，成为解决分布式可信的关键技术。

关键词：
分布式可信

6G

区块链

跨域认证

网络切片

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基于分层强化学习框架的6G确定性网络技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223371

作者：邢燕霞1，胡兴洪2

作者单位：1.中国电信股份有限公司研究院，北京102209；2.北京邮电大学信息与通信工程学院，北京100876

摘要：随着远程医疗、智慧工厂等时延敏感类业务的发展，对移动确定性网络的需求不断提高。3GPP R16版本提出5G协同TSN的5G TSC网络架构，实现了移动网络的确定性服务。然而，5G TSC网络架构依然面临许多技术问题：不支持联合业务调度、不支持广域网长距离传输、不支持应用协同等。因此，梳理3GPP支持移动确定性网络的推进过程，明确问题存在的原因，并面向6G网络给出基于人工智能算法的解决方案。

关键词：
确定性网络

6G

5GTSC

强化学习

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技术专栏-边缘计算在工业互联网的应用

面向设计制造的多集群高性能计算平台构建技术

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223479

作者：吴步祺，周智力，白剑，燕星宇

作者单位：中国运载火箭技术研究院，北京100076

摘要：工业制造与工程研制对仿真分析计算需求的不断增加、仿真分析模型越来越大、计算精度要求越来越高、多学科迭代次数越来越多，对高性能计算能力要求也呈现几何级数的增长，这一切都对高性能计算资源提出了更高的要求。经过多年的建设，陆续建成了一批独立的高性能计算系统,该模式不利于资源的共享和高效利用。为此提出了一种基于多集群构建的高性能计算平台的设计方法。

关键词：
多集群

作业调度

高性能计算

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基于规则和词典的用电安全领域命名实体识别

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223323

作者：袁金斗1，潘明明1，张腾2，姜珏1

作者单位：1.中国电力科学研究院有限公司，北京100192；2.国网江苏省电力有限公司，江苏南京210000

摘要：在用电安全领域，存在着大量数据、知识未得到充分挖掘和利用，构建领域知识图谱不仅可以实现用电安全知识的整合，还能极大地提高电力行业的工作效率。命名实体识别是构建知识图谱的基础性工作，研究了基于字典和规则的命名实体识别，通过领域实体词典、构词特征字符规则匹配和词性组合特征规则匹配三种方法从非结构文本中准确地提取用电安全相关实体，为用电安全领域知识图谱的构建提供高质量和高精度的实体。为优化识别流程、提高响应速度，将通用词性标注任务交由边缘节点进行处理，中心服务器仅需响应规则模板匹配等任务。在小规模测试实验中，综合使用三种方法对用电安全文本进行领域实体识别，F1值能达到85%以上。

关键词：
用电安全领域

命名实体识别

领域字典

特征字符规则

词性组合规则

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输配电5G卫星融合组网数据卸载方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223282

作者：段钧宝1，朱思成1，李秉毅2，徐鑫2，马开志1，张孙烜3，李思峰3

作者单位：1.中国电力科学研究院有限公司，北京100192； 2.国网重庆市电力公司，重庆400010；3.华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206

摘要：随着输配电网的快速发展，输配电业务对时延、能效、可靠性等差异化通信指标提出了更高的的要求。为此，基于5G高速率大连接和卫星灵活广覆盖的特点，结合边缘计算高效处理数据的优势，构建了面向输配电场景的5G卫星融合组网架构。然后以最大化输配电业务数据传输平均能效与总时延的加权差为优化目标，构建了5G卫星融合组网数据卸载优化问题，并提出基于差异化业务需求感知的5G卫星融合组网数据卸载算法(Differentiated Service Requirement-aware Learning-based Data Offloading algorithm for 5G satellite integrated networking，DSRL-DO)求解。仿真结果表明，所提算法能够降低数据卸载时延的同时保证较高的能效，有效满足输配电业务的差异化需求。

关键词：
输配电

5G卫星融合组网

边缘计算

数据卸载

差异化业务需求感知

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综述与评论

服务型自主创新生态的价值及产业趋势研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222832

作者：张晓梨1，冯丹1，王卓耀1，郭长国1，2

作者单位：1.鹏城实验室新型网络研究部产业互联网研究所，广东深圳518000； 2.北京大数据先进技术研究院，北京100083

摘要：近年来中国自主软硬件生态发展迅速，然而自主技术体系依旧存在资源稀缺、技术服务获取难度大、成本高等痛点。为此，鹏城实验室提出了基于开源开放的模式发展服务型自主生态，搭建了鹏城生态开发者云平台，无偿为开发者提供一体化的自主软硬件技术栈和服务。介绍了鹏城生态开发者云平台过去三年的建设成果和服务情况。基于开发者云用户对计算资源的使用数据，计算了开发者云产生的综合经济效益。通过对开发者云用户行为数据的分析，找出了自主产业的三个发展趋势，为自主软硬件生态的发展研究提供了新视角、新思路和新方法。

关键词：
自主生态

开源软件

产业趋势

软硬件环境

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能源互联网安全态势体系建设研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223169

作者：徐琳，张宏雷

作者单位：中能融合智慧科技有限公司，北京100011

摘要：能源互联网是我国实现能源结构变革，提高能源的安全和绿色水平的关键。因此能源互联网的安全关系着能源互联网的稳定、安全运行。研究能源互联网安全态势感知体系，打造能源互联网安全态势综合监测平台，实现能源互联网安全态势监测分析以及内外网的安全风险监测；打造全球能源互联网安全加固与防护体系，并形成一系列的安全规范，从而实现能源互联网安全风险态势全面感知，安全威胁高效预警，提升能源互联网安全可控水平，全方位、多角度保证能源互联网安全，确保用户切身利益。

关键词：
能源互联网

安全态势

体系建设

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人工智能

基于深度学习的词语级中文唇语识别

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222903

作者：陈红顺1，陈观明1，2

作者单位：1.北京师范大学珠海分校信息技术学院，广东珠海519087；2.珠海欧比特宇航科技股份有限公司，广东珠海519080

摘要：在无声或噪声干扰严重的环境下，或对于存在听觉障碍的人群，唇语识别至关重要。针对词语级中文唇语识别的问题，提出了SinoLipReadingNet模型，前端采用Conv3D+ResNet34结构用于时空特征提取，后端分别采用Conv1D结构和Bi-LSTM结构用于分类预测，并引入Self-Attention、CTCLoss对Bi-LSTM后端进行改进。最终在新网银行唇语识别数据集上进行实验，结果表明，SinoLipReadingNet模型在识别准确率上明显优于中科院D3D模型，多模型融合的预测准确率达到了77.64%，平均字错率为21.68%。

关键词：
唇语识别

ResNet

Bi-LSTM

CTCLoss

自注意力机制

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融合轻量化与梯形结构的学生行为检测算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222837

作者：张颖1，张喆1，龙光利2

作者单位：1.西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048； 2.陕西理工大学物理与电信工程学院，陕西汉中723000

摘要：为了解决常见目标检测算法在课堂场景中难以有效应用的问题，提出了一种融合轻量化与梯形结构的学生行为检测算法。该算法基于YOLOv4架构，针对目标分类和分布空间的特点，提出一种新的“梯”形特征融合结构，并结合MobileNetv2思想，优化模型参数得到梯形-MobileDarknet19特征提取网络，既减少了网络的计算量，提高了工作效率，同时加强了目标特征的信息传输，提升了模型学习能力；在尺度检测阶段引入5层的DenseNet网络，增强网络对小目标的检测能力。实验结果表明，提出的YOLOv4-ST算法相比于原YOLOv4算法mAP提高了5.5%，相比于其他主流算法，在学生课堂行为检测任务中具有较好的实用性。

关键词：
梯形结构

学生行为检测

YOLOv4

特征融合

DenseNet

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微电子技术

一种高线性度的2.4 GHz CMOS功率放大器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212409

作者：王家文1，2，潘文光1，2

作者单位：1.中国科学院大学微电子学院，北京100049；2.南京中科微电子有限公司，江苏南京210018

摘要：为了满足目前物联网低成本、低功耗与较高线性度的市场应用需求，提出了一种高线性度的2.4 GHz功率放大器(PA)。该功率放大器为两级结构，为了提高增益的同时保持较低的静态功耗其驱动级采用了电流复用两级共源放大结构，并且使用了两级失真抵消的方法减小了晶体管跨导非线性的影响，同时采用二极管线性化偏置来补偿寄生电容非线性导致的增益压缩现象。该功率放大器采用0.18 μm CMOS工艺，后仿真结果表明，在2.4 GHz工作频率下，该PA小信号增益为30 dB，输出1 dB压缩点为22 dBm，静态功耗为53 mW，功率附加效率峰值为31%。

关键词：
功率放大器

电流复用

失真抵消

二极管线性化偏置

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一种LZ4无损压缩电路设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222840

作者：刘勇，郭建刚，方震

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214035

摘要：为缓解存储系统中软件压缩算法对计算资源的大量占用，使用LZ4算法设计了一种无损压缩电路。提出了一种循环队列结构的滑动字典，结合散列表模块构建LZ4无损压缩电路，最后使用Calgary和Canterbury语料库，在Xilinx KC705 FPGA平台对电路进行验证并与软件压缩对比。结果表明所设计的LZ4无损压缩电路保持了软件压缩相同的压缩率的同时，在压缩效率上远超过软件压缩。

关键词：
LZ4

无损压缩

滑动字典

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测控技术与仪器仪表

一种可适应复杂网压条件的快速锁相环

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222919

作者：陈晓彤1，孙正2，罗利文1

作者单位：1.上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240；2.上海汽车集团股份有限公司，上海200041

摘要：基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)被广泛应用于逆变器实现同步并网。但是，当电网电压三相不平衡或存在谐波分量和直流偏移，即网压条件较为复杂时，滤波效果不理想，对输入信号的检测出现波动。因此，提出一种改进的二阶广义积分器结构，在分离正负序电压的基础上加入直流分量抑制模块，滤除直流电压，并在锁相环加入低通滤波器，从而提高锁相环抑制谐波电压和直流电压的能力，准确提取电网电压同步信号。在MATLAB/Simulink进行仿真研究，实验结果表明，该锁相环在电网电压存在多次谐波和直流电压时能够滤除谐波分量和直流分量，锁频锁相效果较好。

关键词：
二阶广义积分器

锁相环

谐波

直流偏移

电压不对称

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石墨复合材料极板模压成型自动化生产线设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212203

作者：杨文巍，李吉刚，纪文慧

作者单位：北京华胜信安电子科技发展有限公司，北京100085

摘要：双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)两个重要组成部件之一，对燃料电池整体的重量、体积、功率等影响巨大，对燃料电池的整体生产成本和生产周期起到关键性的影响作用。采用模压方式生产的石墨复合材料极板可以一次成型整板，省去二次加工时间，大大提高生产效率。石墨复合材料极板模压成型自动化生产线设计包括上料段、模压段、烘干段、后处理段、检测段、包装段六部分，能满足工业化、大批量生产极板要求，满足燃料电池行业对极板的需求量。

关键词：
质子交换膜燃料电池

石墨复合材料极板

模压成型

自动化生产线

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计算机技术与应用

基于无人机平台的动目标航迹模拟算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212257

作者：甘彤1，刘金龙1，马晓冬2

作者单位：1.中电长城圣非凡信息系统有限公司，北京102200；2.华北计算机系统工程研究所，北京100083

摘要：测控设备是保障我国航天任务顺利进行的必要手段。多年来测控技术人员在任务间隙，一直利用测控设备随机的软件模拟实战任务以进行日常训练。这种模拟方式一方面无法实现全系统的闭环模拟，另一方面需要系统的更新系统仿真软件才可以实现新场景、新业务的模拟。通过引入无人机平台配合载荷模块这一概念，从坐标转换的角度出发，在理论上推导了利用“无人机+载荷”实现动目标模拟的算法流程。通过算法仿真，证实了利用该算法流程实现真实弹道模拟的可行性。

关键词：
动目标

航迹模拟

无人机平台

载荷

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基于NuSMV的LD和ST语言形式化验证研究与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212293

作者：郭肖旺1，2，赵德政1，2

作者单位：1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京100083；2.中电智能科技有限公司，北京102209

摘要：依据工控系统的特点，在分析现有工控系统编程标准IEC61131-3规定的工业语言基础上，研究基于工业语言的形式化验证方法，通过对ST和LD语言进行分析得到有限状态机组态模型，实现对控制目标进行准确描述；通过NuSMV验证有限状态机模型，获得形式化验证的结果，从而实现对IEC61131-3编程语言实现的PLC逻辑代码进行分析，建立形式化验证模型，发现用户编写的PLC逻辑代码可能存在的逻辑缺陷，并提供对这些缺陷分析验证的报告。

关键词：
工控系统

编译

形式化验证

有限状态机

建模

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FDI攻击下孤岛交流微电网滑模控制策略

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212359

作者：王君1，冯甜2

作者单位：1.甘肃省全国工业生产过程先进质量控制系统重点技术实验室，甘肃兰州730050； 2.兰州理工大学电气工程与信息工程学院，甘肃兰州730050

摘要：针对孤岛交流微电网控制系统中不可避免的虚假数据注入攻击问题，当存在外部干扰时，设计了主动容侵控制策略。首先针对孤岛交流微电网逆变系统，构建系统状态空间模型。将控制系统传感器侧可能受到的虚假数据注入攻击信息当作一个辅助状态向量，设计滑模攻击观测器对系统中的状态变量和虚假数据注入攻击信息同时进行估计。在获得攻击的估计信息后，利用积分滑模容侵控制器对虚假数据注入攻击和外部有限能量干扰进行主动容侵控制，以确保微电网系统的稳定运行。最后，通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。

关键词：
微电网

虚假数据注入攻击

滑模观测器

容侵控制

查看(36316)

5G+MEC在家电业机器视觉检测系统中的应用

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222601

作者：王超，鲁效平，刘伦明，孙明，景大智，于晓义

作者单位：青岛海尔工业智能研究院有限公司，山东青岛266500

摘要：为了解决家电业依赖人工进行外观质量检测的长期痛点，将5G+MEC的机器视觉关键技术进行创新应用，构建了智能化产品表面质量检测系统。检测系统以云边协同模式运营，支持图片和视频的边缘端推理，云端算法终端下载部署，支持异构计算，实时性高。系统基于决策分析工具、人工智能、大数据分析等技术对采集的数据进行综合管理及应用。同时，关联企业MES、SCADA、WMS等系统，集成生产端数据、物料数据、市场追踪反馈数据，实现产品全生命周期的数据互联及质量追溯。

关键词：
检测系统

家电业

机器视觉

5G

MEC

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基于ST-TCN的太阳能光伏组件故障诊断方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222585

作者：李莎1，陈泽华1，刘海军2

作者单位：1.太原理工大学大数据学院，山西晋中030600；2.晋能清洁能源有限公司，山西太原030001

摘要：实地调研并收集电站光伏组件常见的故障类型，并对光伏组件在不同工作状况下的电流特征曲线进行分析，发现光伏组件的电流数据叠加了复杂的表现特征和高噪声。为能精准诊断光伏组件的故障类型，提出一种软阈值化的时序卷积神经网络(Soft Thresholding Temporal Convolutional Network，ST-TCN)光伏组件故障诊断模型。ST-TCN网络使用多个残差模块的膨胀卷积层、ReLU层、Dropout层提取电流数值特征和时序特征，再使用残差模块的软阈值化对所提取的特征降噪，最终使用全连接层对残差模块提取的特征进行故障诊断分类。实验结果表明，ST-TCN网络不仅结构简单，收敛速度快，而且故障诊断准确率高，达到92.99%。

关键词：
光伏组件

时序卷积神经网络

软阈值化

故障诊断

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电路与系统

外部干扰下SP型ICPT系统的H∞滤波器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222574

作者：梁国钰，苗磊，黄淦珂，朱爽鑫，许东辉，田恩刚

作者单位：上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093

摘要：对SP型ICPT系统在外部干扰下的H∞滤波问题展开了研究。首先对SP型ICPT系统的电路拓扑进行研究并且以此创设了基于此电路拓扑的广义状态空间方程；然后通过滤波误差系统的渐近稳定判定条件求取H∞滤波器的增益；最后通过实验仿真来验证本文所提出理论的准确性和可行性。

关键词：
ICPT系统

H滤波器

SP型谐振补偿网络

外部干扰

查看(15914)

PKS体系创新及应用

一种应用于机器学习的恶意网页特征提取方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222907

作者：张珂伟1，2，郑世普1，2，程永灵1，2，王长帅1，2

作者单位：1.中电（海南）联合创新研究院有限公司，海南澄迈571924； 2.海南省PK体系关键技术研究重点实验室，海南澄迈571924

摘要：基于机器学习的恶意网页检测技术进行研究。目前流行的“特征码”“白名单”等方式，仅能够检测已知的恶意网页；机器学习方法，能够检测出未知的恶意网页，但在处理网页特征时要面临数据量大、复杂和繁琐的问题。提出一种哈希压缩的方法，用于处理网页的特征数据。该方法在保证检测模型的漏报率和误报率下可实现将150万的特征映射在2万的特征空间内，对提取出的特征数据运用K折交叉验证法训练多个传统机器学习模型和集成学习模型。并通过评估模型的检测效果，筛选出表现最好的分类检测模型。

关键词：
机器学习

恶意网页检测

哈希压缩

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一类计算系统的MBSE建模方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222910

作者：姜苈峰1，2，王长帅1，2，罗清林1，2，杨任农3，李锁在1，2，4

作者单位：1.中电(海南)联合创新研究院有限公司，海南澄迈571924； 2.海南省PK体系关键技术研究重点实验室，海南澄迈571924； 3.空军工程大学空管领航学院，陕西西安710051；4.中软信息系统工程有限公司，北京102209

摘要：随着社会各领域对于算力需求的快速增长，通过计算架构创新提升计算系统算力越来越收到重视。计算系统的研制是一项复杂的系统工程，计算架构的创新使得计算系统的复杂程度不断增加，传统的系统工程方法难以满足系统研制需求。采用基于模型的系统工程(MBSE)方法对一类计算系统的建模方法进行了研究，提出了建模框架，建立了系统模型。运用此建模方法建立了某国产化计算系统模型，证明了建模方法的有效性，为下一步运用计算机仿真技术进行一类计算系统研制奠定了基础。

关键词：
MBSE

计算架构

SysML

复杂系统

查看(16782)

基于PKS体系的计算机软硬件联合攻关模式初探

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222906

作者：吴凡毅1，2，3，张薏2，3，方鲁杰2，3，4，李亮2，3，4，李锁在2，3

作者单位：1.中国电子信息产业集团有限公司，广东深圳518057；2.中电(海南)联合创新研究院有限公司，海南澄迈571924； 3.海南省PK体系关键技术研究重点实验室，海南澄迈571924；4.中软信息系统工程有限公司，北京102209

摘要：为了推进信息技术自主创新，亟需通过系统工程的方法开展联合攻关，以打造整体性能优良的自主计算机产品。针对计算机软硬件联合攻关可能会面临的挑战，提出一种基于PKS体系的计算机软硬件联合攻关模式。该模式通过在管理、服务和沟通三个方面进行创新，可以有效应对当前联合攻关中存在的挑战。该模式已经在实际项目中得到了应用并取得了初步成效，对今后开展计算机软硬件联合攻关具有一定的参考价值和指导意义。