2024年第09期-《电子技术应用》杂志

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2024年第09期

刊出日期：2024-09-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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技术专栏-工业数字化转型中的信息流、能量流

高压电力客户用电安全在线检查技术研究及展望

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245175

作者：袁金斗

作者单位：需求侧多能互补优化与供需互动技术北京市重点实验室（中国电力科学研究院有限公司）

摘要：针对高压电力客户用电安全管理面临技术手段支撑不足、标准规范不统一以及支撑工具不完备等问题，从客户侧用电安全政策法规、关键技术、标准规范以及软硬件装备等方面进行了阐述，对现有国内外研究现状进行了分析总结，建立了电力客户用电安全在线检查技术体系，从安全特性建模、安全信息感知、智能故障诊断和安全风险评估四个方面给出了关键技术路线和解决方案。建立“在线+移动式”用电安全在线检查装备体系，对装备的主要功能进行了设计。

关键词：
用电安全

故障诊断

电力客户

装备体系

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基于贝叶斯网络的多方关联数据访问安全风险识别模型研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245390

作者：齐俊1，2，周小明3，许超2，赵景宏2，刘大禾4

作者单位：1.沈阳工业大学电气工程学院；2.国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司； 3.国网辽宁省电力有限公司；4.北京邮电大学计算机学院

摘要：对于现代电力系统的数据中台而言，识别用户访问数据过程中的数据推断风险尤为关键。特别是多个用户合谋窃取数据的行为，可能会造成从非敏感数据推断出敏感数据，导致敏感数据泄露，严重威胁电力调度和国家安全。传统的访问控制机制无法识别这种风险。为此，提出一种基于贝叶斯网络的多方关联数据安全风险识别模型MPA-BN，综合考虑用户访问行为、时间模式、接口类型和数据交互方式，利用贝叶斯网络分析用户与服务接口之间的访问关系，深入挖掘数据之间的依赖关系和概率特征，识别数据中台对外服务接口的相关性以及用户组合的潜在风险。本研究使用的数据集来自电力公司数据中台的脱敏日志，其中包含10 000个访问用户，生成日志的条目约100万。实验结果表明，该模型能够有效识别多用户合谋窃取敏感数据的风险，为电力系统数据安全提供更有力的保障。

关键词：
数据中台

数据推断风险

贝叶斯网络

隐私保护

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高并发的数据安全能力微服务架构及调度算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245404

作者：高先周1，郭敬东2，何阳1，李宏发2，罗富财2

作者单位：1.国网智能电网研究院有限公司电力网络安全防护与监测技术实验室； 2.国网福建省电力有限公司

摘要：当前，电力系统业务以微服务为主，业务架构发生了显著变化，数据安全能力需要与业务深度融合。然而，现有的数据安全能力仍以传统软硬件架构为主，无法满足跨域流动场景的动态弹性防护需求，难以适应业务架构的变化，亟需研究基于微服务化架构的数据共享交互安全保护技术。然而由于电力系统产生的数据量巨大，不同数据又有着不同的数据安全需求，普通的微服务架构难以解决电力系统微服务架构在高并发场景下的负载失衡。针对以上问题，提出了一种基于开普勒优化算法（Kepler Optimization Algorithm， KOA）的数据安全能力微服务调度算法，旨在实现负载平衡，从而提升系统的高并发处理能力。通过对云集群节点资源和微服务性能进行详细建模，以平衡集群负载与最小化微服务运行时间为目标构建了优化模型。实验结果显示，基于KOA的数据安全能力微服务调度算法在均衡服务器负载、提升集群系统处理效率以及降低任务响应时间方面具有显著效果，有效提升了系统的并发性能。

关键词：
微服务

负载均衡

高并发

开普勒优化算法

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数字孪生在半导体测试设备中的实践

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244981

作者：祁建华1，马诗旻2，何桂玲2

作者单位：1.上海华岭集成电路技术股份有限公司；2.上海火挚科技有限公司

摘要：数字孪生作为智能制造关键技术在工厂极具实用价值。通过在半导体测试服务公司建立数字孪生系统，收集了探针台二十多万条报警数据。结果显示，超过90%的报警已通过数字孪生系统实现了远程控制解决。为探索报警处理的最佳方式，进一步优化数字孪生模型，并在模型中重现报警，通过模拟不同工况，与传统方式相比，人工操作数字孪生系统处理报警可使设备等待时间减少64%以上。若采用AI后台自行操作数字孪生系统，设备等待时间可继续降低78%。这表明人工对设备报警的反应时间是影响设备等待时间的关键因素，因此，深化使用数字孪生模型自动化处理报警可显著降低设备等待时间，提升设备综合利用率。

关键词：
数字孪生

半导体测试设备

远程控制

报警处理

自动化

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技术专栏-特种天线和射频前端

一种低剖面低RCS磁电偶极子天线阵列的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245394

作者：刘丰铭1，2，汪敏1，2，王杰传1，2，吴昊1，2，吴文1，2

作者单位：1.南京理工大学电子工程与光电技术学院； 2.近程射频感知芯片与微系统教育部重点实验室

摘要：设计了一种低剖面宽带低RCS磁电偶极子阵列。从辐射散射联合特性的角度研究天线单元的谐振特性，构造出具有相同辐射性能、对交叉极化来波反射相位接近反相的两种不同单元。在主极化方向采用同一单元和SIW差分馈电构造宽带匹配的子阵，带内良好匹配实现对主极化波的低散射；再通过将子阵镜像布阵实现对于交叉极化来波的散射相消，从而有效缩减天线RCS。该天线工作频带为26.77~34.35 GHz（24.8%），峰值增益为17.7 dBi。与采用同一类型单元的参考阵列对比，所提磁电偶极子阵列在22.5~34.5 GHz范围实现了-10 dB交叉极化RCS缩减，并且辐射频带内没有明显的增益损失。

关键词：
磁电偶极子天线

RCS缩减

宽带天线

低剖面

差分馈电

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基于复合修形技术的低雷达散射截面微带天线

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245378

作者：张甲楷1，2，郑昱2，陈剑2，徐伟2，宗耀2

作者单位：1.西安交通大学电信学院；2.西安电子工程研究所

摘要：设计了一款基于复合修形技术的低雷达散射截面（Radar Cross Section， RCS）微带天线。通过在辐射贴片和金属底板同时采用修形技术，减少天线金属部分的面积，实现天线RCS减缩并且维持天线辐射特性。基于复合修形技术的微带天线相比传统未修形的微带天线在1~4 GHz频带内实现天线RCS减缩，最大RCS减缩量为20 dB。对设计的低RCS天线进行加工并测试，测试结果验证了仿真分析的正确性。

关键词：
雷达散射截面

修形

微带天线

辐射特性

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C波段2 000 W氮化镓线性固态功放研制

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245355

作者：张能波，李凯，胡顺勇，杨萍

作者单位：中国电子科技集团公司第十研究所

摘要：介绍了一种C波段2 000 W氮化镓高功率线性固态功放的工程实现。使用32片GaN功率管芯芯片，采用微带Gysel功分器与波导功分/合成网络相结合的方式进行功率合成，功放在900 MHz的工作频带内连续波饱和输出功率大于2 000 W，最大输出功率2 290 W。采用射频预失真线性化技术优化氮化镓功放线性度，功放三阶互调指标改善幅度大于4 dB，优于-29 dBc。选择带热管的翅片散热器的强制风冷方案，提高散热器的换热效率，散热性能良好。功放配置了完善的控保功能，可靠性及实用性满足工程使用要求。功放插箱和电源模块采用热插拔设计，便于快速维修，适用于测控、通信、广电等领域的微波发射系统。

关键词：
C波段

氮化镓功放

射频预失真

高效散热

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一种小型化EHF频段接收模块的设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245295

作者：徐玺年

作者单位：中国西南电子技术研究所

摘要：针对卫星通信工作频率越来越高的应用需求，设计了一种工作在极高频（Extremely High Frequency， EHF）的接收模块，实现极高频射频信号的接收及下变频功能。模块内部集成波导-微带探针过渡、低噪声放大器、微带滤波器、本振电路、混频器及供电电路，具有低噪声系数、高增益、高带外抑制的优点。采用单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit， MMIC）混合多功能集成技术实现了模块的小型化、通用化，可适应多种场景下的极高频收发前端应用，具有广阔的应用前景。

关键词：
EHF频段

接收模块

波导-微带探针过渡

微带滤波器

小型化

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基于可重构PRS的一维电子波束转向Fabry-Perot天线设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245194

作者：张海燕，石喜玲，高丽珍，赵俊梅

作者单位：中北大学电气与控制工程学院

摘要：设计了一种具有一维电子波束转向的新型Fabry-Perot（F-P）谐振腔天线。该天线由同轴探针馈电的方形微带贴片天线作为辐射源，并采用加载PIN二极管的可重构部分反射表面（Partially Reflective Surface， PRS）实现波束转向。所设计的可重构PRS由6×6个花瓣型单元组成，并均分为相等的两部分Part 1和Part 2，分别由两个控制信号独立控制，因此可以有选择地调节每部分PIN二极管的开关状态。所设计的天线具有三种不同的辐射模式。测量结果表明，天线主波束能够在+9°、0°、-9°三种离散状态下自由切换。所有状态下重叠的阻抗带宽（|S_11 |<-10 dB）为5.5% （5.43~5.74 GHz），最大增益达到14.2 dBi。

关键词：
Fabry-PerotF-P谐振腔天线

电子波束转向

可重构PRS

PIN二极管

离散状态

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人工智能

基于毫米波雷达三维点云的室内跌倒检测

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245007

作者：李伟1，李丹丹1，丁奇宁1，马裕燚2，耿永福1

作者单位：1.北方工业大学信息学院；2.北方工业大学电气与控制工程学院

摘要：全球老龄化时代的到来引发的老年人健康监护问题不可忽视，而室内跌倒对独居的老年人有非常大的安全隐患。因此，为准确检测到跌倒动作，使用毫米波雷达三维点云信息进行室内跌倒检测，并提出一种基于外部注意力机制的PointLSTM网络实现三维点云在时序的分类。通过MIMO体制的毫米波雷达芯片采集人体动作的回波信号，利用集成雷达基带处理器的微控制器实现信号处理的部分，可将原始数据实时转换成三维点云，并提高点云处理中的计算速度及雷达硬件的整体性能。基于外部注意力机制的PointLSTM网络可实现点云在时空中的提取特征和分类识别，网络改进了PointLSTM帧间点信息的流失问题，并在信息提取中对所有数据实现特征联系，外部注意力机制通过独立的可学习参数优化了网络复杂度和识别精确率。实验结果表明，所提出的方法在室内环境下检测准确率可以达到98.3%，可以有效区分动作的类别，并验证了使用毫米波雷达三维点云检测人体跌倒的可行性。

关键词：
毫米波雷达

点云分类

信号处理

深度学习

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基于拓扑结构的度量学习与拓扑传播的miRNA-疾病关联预测算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244946

作者：赵欢欢1，李颜娥1，武斌1，池方爱2

作者单位：1.浙江农林大学数学与计算机科学学院；2.浙江农林大学风景园林与建筑学院

摘要： miRNA的突变和异常表达可能导致各种疾病，因此预测miRNA与疾病的潜在相关性对于临床医学和药物研究的发展具有重要意义。拓扑结构是miRNA-疾病预测算法的重要组成部分，然而当前算法并未有效利用拓扑结构导致预测结果并不理想。与此同时，如何有效地融合多源数据也是当前的研究趋势。针对上述问题，提出一种自适应融合异质节点结构信息算法（MMTP），通过利用节点的一阶邻居和元路径诱导网络学习结构特征，并利用度量学习和拓扑传播自适应地融合异质节点结构信息，以提升miRNA-疾病预测精度。5折交叉验证实验结果表明，MMTP在HMDD v3.2数据集上的受试者操作曲线下面积（AUC）为94.81，高于其他模型。并且在基于肾癌的案例研究中，该模型所预测的前30个miRNAs全部得到证实。上述研究证明，所提的MMTP模型可有效预测miRNA-疾病相关性。

关键词：
深度学习

miRNA-疾病关联

度量学习

拓扑结构

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微电子技术

基于加法树压缩和乘数编码优化的乘法器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244971

作者：王守华1，2，3，4，王明旭1，2，孙希延1，2，3，4

作者单位：1.桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室； 2.桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林541004； 3.卫星导航定位与位置服务国家地方联合工程研究中心； 4.南宁桂电电子科技研究院有限公司

摘要：定点乘法器是现代信号处理常用的运算单元之一，其整体性能直接决定了系统的竞争力。为了乘法器的计算效率，设计了一种新型高能效有符号数乘法器，使用基4-Booth编码，减少了一半的部分积；另外使用直接求相反数的方法代替传统的取反加一求相反数的方法，使得部分积阵列比特数减少且形状规整，易于压缩。提出的3-2压缩器和半加器相混合的新型树型压缩结构硬件资源开销优化明显，对比现有的乘法器异或门数量下降了14%，二选一选择器数量下降了31%，总面积减少了50%，计算效率大大提高。

关键词：
乘法器

基4-Booth编码

3-2压缩器

高能效

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基于MCU的低功耗I2C总线控制器设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244914

作者：王芬芬，刘梦影，林玉成，杨金烨

作者单位：中科芯集成电路有限公司

摘要：为加强I2C（Inter-Integrated Circuit）总线控制器的IP（Intellectual Property）复用性和IP应用广泛性，设计了一种低功耗I2C总线控制器。该总线控制器集成于MCU（Microcontroller Unit）系统中，不仅能够满足I2C总线协议进行数据通信，而且能够唤醒处于低功耗模式的系统，使芯片恢复正常工作。对采用的低功耗技术、I2C的通信功能和低功耗功能的设计与实现进行了介绍。对设计的I2C总线控制器进行了系统仿真，分析表明该设计实现了I2C总线协议的通信，并能够唤醒低功耗系统，满足设计预期。

关键词：
复用性

I2C

低功耗

MCU

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基于SiP技术多核处理器微系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244827

作者：梁涛涛，李岩，刘振华

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：系统级封装SiP（System in a Package）已成为后摩尔时代延续摩尔定律的主要技术路线，电子装备小型化和多功能化的推动，使其在领域具有广阔前景。描述了一种基于 SiP 技术小型化多核信号处理的实现方案，详细讲述了芯片级设计及封装的具体方法和思路，提出了一种基于 SiP 技术的多核处理器微系统设计及实现。

关键词：
SIP

信号处理

DSP

FPGA

RDL

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计算机技术与应用

无人机城市三维航迹规划可视化平台设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234419

作者：刘刚1，王瑾2，周家柳2，章磊3，王珺珺2，4，罗喜伶2，4

作者单位：1.浙江省交通运输科学研究院；2.北京航空航天大学杭州创新研究院； 3.杭州迅蚁网络科技有限公司；4.北京航空航天大学

摘要：随着无人机在城市场景下的广泛应用，针对传统路径规划算法在多个约束条件下进行无人机三维路径规划时无法兼顾多种风险、容易陷入局部最优等问题，基于真实城市建筑物数据，考虑地理围栏限制、人流密集程度和社会属性等因素，构建城市场景无人机运行环境并建立真实三维环境模型，设计了基于城市场景的无人机三维航迹规划可视化平台。该平台构建了真实环境下城市空域网格，并对网格飞行适宜度进行了量化分析，并基于该数值，采用了改进的Lazy Theta*算法对无人机航迹进行规划。通过可视化平台的实际运行，提供航迹规划的三维展示，更好地实现人机交互，是一种无人机路径规划三维可视化仿真验证的手段。

关键词：
城市场景

无人机

航迹规划

三维可视化

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非均匀光照下铜板表面缺陷图像增强

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245044

作者：杨凯钧，陈逃

作者单位：昆明理工大学信息工程与自动化学院

摘要：针对铜板表面缺陷图像容易受到非均匀光照影响，出现反光和亮度失真，导致图像难以运用到检测中的问题，提出了一种非均匀光照场景下铜板表面缺陷图像的增强方法。首先提取图像中的光照分量，然后将光照分量进行分块，根据不同块的亮度进行优化，并在分块的基础上进行自适应伽马变换，调整图像中的整体亮度。然后，使用Top-Hat变换加强图像中的缺陷区域，最后将Top-Hat变换前后的图像进行融合，得到最终的图像。实验结果表明，在擦伤、划痕、孔洞这三类缺陷中，增强后的图像信息熵分别提升了10.51%、5.29%、2.89%，与其他图像增强算法相比，所提算法能够有效抑制铜板表面缺陷的反光，提升图像的质量并增强图像中的缺陷区域。

关键词：
图像增强

多尺度融合

伽马变换

非均匀光照

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基于CNN-BiLSTM-Attetion的银杏液流预测模型及环境因子影响研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245138

作者：李波，武斌

作者单位：浙江农林大学数学与计算机科学学院

摘要：树木液流受生理活动和多重环境因子的共同作用，表现为非线性和随机性特征，为预测模型的精确度带来挑战。对此，结合CNN卷积层、BiLSTM双向网络结构和注意力机制的优势分别对树干液流序列的局部特征、长期依赖和关键信息进行提取，并根据自测银杏液流数据集构建基于CNN-BiLSTM-Attetion的树干液流预测模型。该模型的R2、MSE和MAE分别为0.977 3、0.002 9和0.013 4，相较于CNN、BiLSTM、XGBoost、RNN和TCN建立的模型均有不同程度的提高。另外，还利用特征工程对环境因子的重要性进行排名，分析银杏树干液流在生长季初期对环境因子的响应规律，对银杏生长季初期的灌溉和养护提供理论依据。

关键词：
树干液流预测模型

CNN-BiLSTM-Attetion

环境因子

生长季初期

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雷达与导航

基于多尺度显著性检测的SAR图像海岸线检测

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244912

作者：邓竣天1，2，王小龙1

作者单位：1.中国科学院空天信息创新研究院；2.中国科学院大学电子电气与通信工程学院

摘要： SAR图像岸线检测是SAR近岸海洋目标检测的一项重要环节。提出了一种基于多尺度显著性检测的SAR图像海岸线检测方法，用以检测低对比度SAR图像的海岸线。首先将SAR图像依据尺度系数进行多尺度变换，然后对于每种尺度图像进行谱残差法显著性检测，得到一系列显著性子图；而后应用NSCT变换融合各显著子图得到最终显著图，将显著图代入到活动轮廓模型中进行检测，得到检测结果。SAR图像实验结果表明，该方法相比于传统方法，提升了对于低对比度图像的适应性，增强了抗噪性能。

关键词：
合成孔径雷达SAR

多尺度分解融合

显著性检测

活动轮廓模型

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一种机载询问机波束指向偏差修正算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245060

作者：马亚东，赵光磊，鲁卫红

作者单位：中国电子科技集团公司第二十七研究所

摘要：针对在一次雷达方位牵引条件下使用的机载敌我识别询问机，载机转弯段存在波束指向偏差大的问题，深入分析了误差来源并对误差影响程度进行了仿真分析，指出载机转弯时，若按照雷达的指示方位设置敌我识别询问机波束指向，波束不能够对准目标。提出了一种机载询问机的波束指向偏差修正算法，修正了敌我识别询问机波束指向并进行了仿真验证。仿真结果表明：所提出的修正算法能够使敌我识别询问机在载机转弯段维持高指向精度，促进了机载敌我识别/二次雷达系统的发展。

关键词：
机载询问机

载机转弯

波束指向

误差修正

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粒子群优化算法在无人分布式阵面的应用

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245562

作者：冯晨熙，夏德平

作者单位：南京电子技术研究所

摘要：机载雷达受限于载机平台，无法获得更大口径的阵面，而在无人机平台，可将雷达阵面化整为零，在有限阵元数条件下，采用稀布阵列可获得更大口径的阵面。然而稀布阵列造成方向图栅瓣和副瓣的抬高，需对稀布阵列进行优化，消除栅瓣、降低副瓣后方能使用。稀布阵列方向图优化是一个离散优化问题，将粒子群优化算法应用于无人分布式雷达的稀布阵列上，其算法原理简单，运行速度快，可调参数少，以较少的阵元数获得无栅瓣和低副瓣的方向图，从而提升无人分布式阵面的性能。

关键词：
粒子群优化算法

稀布阵列

无人分布式雷达

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一种用于DOA估计的高精度同步多天线系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244976

作者：戚胜宇1，2，武杰1，2，马钰博1，2

作者单位：1.中国科学技术大学近代物理系； 2.中国科学技术大学核探测技术与核电子学国家重点实验室

摘要：信号波达方向估计（DOA）是确定信源或目标的关键技术之一，广泛应用于雷达、通信和导航等领域。设计并实现了一个基于FPGA和多片AD9361的用于DOA估计的高精度同步多天线系统。该系统采用校准源反馈到各接收通道的硬件设计，结合FFT精确估计相位差，并利用迭代优化校准方式进行补偿，从而实现高精度同步。该系统具有高精度、高稳定、小型轻便的优势。经测试，该系统在100 MHz至1.25 GHz频带内能够快速收敛到±0.2°多通道相位误差，并能够在99.74%时间内保持稳定在该区间。相比于共用外部本振的同步方式，该设计简化本振系统设计，相位误差从±5°减小到±0.2°，且具有易实现、易拓展、实时性的优势。