技术专栏-高性能计算
基于SIMD并行的量子切分模拟加速优化
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.257119
作者：王莺时，邵鹏宇，蒋金虎
作者单位：复旦大学 大数据研究院
摘要： 量子计算是当前计算领域备受瞩目的尖端课题，量子切分是为了突破当前的硬件限制、提高可用量子比特数而提出的一种极具潜力的计算框架。在使用经典计算机对其进行的研究与验证中，对子电路的量子模拟是最重要的算力瓶颈环节。为了提高量子模拟的效率，本研究发现量子模拟框架Qiskit Aer中关键的矩阵计算环节所使用的朴素线性代数方法存在使用SIMD进行优化的空间。基于此，本研究使用AVX2指令优化了矩阵计算部分的代码，并通过容器化方法进行控制变量测试。SIMD优化方法成功地对Qiskit Aer的量子模拟效率赋予了显著提升，经过验证，此提升是稳定、可靠、可复现的，并且不会对量子模拟以外的无关环节引入未知影响。本文的研究成果提高了量子切分模拟的效率，为量子切分的研究提供了更快速的工具，为Qiskit框架的进一步优化提供了可以借鉴的经验与范式。
关键词：
量子计算
量子切分
量子模拟
SIMD
Qiskit
一种基于FPGA资源的并行计算系统设计及实现
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256888
作者：刘红伟1，2，周宇1，2，李茂娇1，2，潘灵1，2，贾明权1，2，张昊1，2
作者单位：1.西南电子技术研究所；2.敏捷智能计算四川省重点实验室
摘要： 针对目前通用的CPU和现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）结合的异构资源架构功能开发效率缓慢的问题，结合Linux操作系统内核，沿用现有的软硬件线程并行计算思想，创新性地提出了一种代理线程管理方法，使得硬件线程可以和软件线程进行统一的管理，实现了一种FPGA资源可灵活重构使用的并行计算系统架构。该系统架构能够实现功能线程的资源隔离、接口隔离，实现多个功能线程同时开发。通过采用Strassen算法矩阵乘法和冒泡排序两个功能的硬件线程重构设计对该并行系统思想进行了系统性和可行性验证。结果表明，该系统能够实现不同功能线程的脱耦开发，多个并行算法在动态区高效部署，只需编译该动态区，不会重新编译其他动态区和静态区，极大提高了系统软件功能集成及实现效率的提升。
关键词：
异构资源架构
代理线程
灵活重构
并行计算
资源隔离
智能网卡加速Ceph存储的性能研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256678
作者：刘宝琴，罗向征，林茂，王钦雅，兰丽莎
作者单位：迈普通信技术股份有限公司
摘要： 聚焦Ceph存储系统对象存储设备（Object Storage Device， OSD）架构线程锁竞争机制所导致的多核并行扩展能力受限问题，针对下一代Crimson-OSD架构与智能网卡协同优化技术开展研究，提出分层协同优化框架。相关研究表明，采用智能网卡协同优化，RDMA网络卸载降低CPU占用率达到70%，异构计算引擎实现纠删码硬件加速提升数据恢复速度达到4.84倍。研究成果为分布式存储系统的硬件加速提供相关理论依据与关键技术参考，对高性能计算和云边端融合等数据密集型场景的存储系统优化具有指导意义。
关键词：
智能网卡
Ceph存储系统
性能优化
硬件加速
分布式存储系统
技术专栏-海上目标特征分析与应用
基于YOLOv11改进的海上小目标多光谱特征检测方法
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.257150
作者：孙扩，杨航，方思茁，张翔宇
作者单位：海军航空大学 青岛校区
摘要： 针对海上环境复杂多变，雾霾、强光反射、夜间低照度条件以及海上小目标成像特征信息非常有限等问题，提出一种基于YOLOv11改进的海上多光谱特征小目标检测方法。通过双分支YOLOv11模型的设计处理跨模态数据特征融合，并引入全局注意力机制模块训练，使改进的多光谱图像小目标检测模型可以充分利用多光谱特征，实现了对多光谱图像中的小目标物体正确检测和定位，尤其在无人机航空拍摄视角下表现优异，这种跨模态融合的方法可显著提升海上小目标检测的鲁棒性和准确性。实验表明，改进模型在VTSaR 数据集上mAP@50指标能够达到 96.5%，较 YOLOv11n 提升 0.4%，可为海上航空无人搜救小目标检测提供新的解决思路。
关键词：
YOLOv11
目标检测
多光谱特征
深度学习
基于紫外特性的无人机着舰服务保障研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.257071
作者：张海营，杨辉，韦成
作者单位：中国电子科技集团公司第二十七研究所
摘要： 基于无人机售后服务中着舰保障的实际需求，开展利用日盲波段紫外探测器支持无人机售后维护保障的技术研究。通过紫外波段大气传输特性分析、紫外探测系统设计、紫外合作信标点设计及 P4P 摄影测量算法试验验证，为无人机售后保障中着舰性能评估、故障排查及维护效果验证提供技术支撑，验证了该技术在无人机售后服务中保障着舰可靠性的可行性和合理性。
关键词：
无人机
服务保障
PNP摄影测量算法
着舰引导系统
基于时差累积优化的海上落水飞机双流融合灰度值判别方法研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.257092
作者：侯明，张鑫，杨航，王冬冬，王殿宇
作者单位：海军航空大学 青岛校区
摘要： 针对海上落水飞机目标存在背景噪声抑制不足、目标轮廓不完整、目标特征弱化、小目标像素点识别困难等问题，提出一种基于时差累积优化的双流融合灰度值判别算法，通过构建“双目标特征增强-噪声抑制-时空配准”三维优化，实现五级递进式图像处理。搭建了典型场景下的机载平台图像采集-评估系统，开展了“白天-夜间”阶梯式实验，得到白天实验下双目标信比最高可达1.739，夜晚环境下信背比可达25。
关键词：
海上落水飞机
图像判别
时差累积优化
集成电路应用
1.75 GHz多功能时钟扇出缓冲器设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256700
作者：俞阳，张镇，尤飞龙，冯敏，程主明，杨阳
作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所 射频与模拟电路研究室
摘要： 基于CMOS工艺设计了一款多功能时钟扇出缓冲器。该缓冲器内置可编程分频器和延时调整器，可4通道独立输出差分时钟，每个通道均可进行分频和延时调整，且都支持LVDS（最高1.75 GHz）、HSTL（最高1.75 GHz）和1.8 V CMOS（最高350 MHz）三种逻辑电平类型。经测试验证：1.75 GHz差分时钟输入/输出；每路输出均可以旁路该路分频器或者设置最高2048的整数分频比；每通道均可进行数字和模拟延时调整；宽带随机抖动<110 fs RMS；附加随机抖动39 fs RMS（典型值，12 kHz~20 MHz）。该时钟扇出缓冲器可满足数据转换器、时钟树等应用所需的低抖动要求，可广泛应用于无线电收发机和通信系统中。
关键词：
时钟扇出缓冲器
分频器
延迟调整
附加抖动
CMOS
一款紧凑型超宽带5~18 GHz多功能芯片设计与实现
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256703
作者：豆兴昆，张磊，李光超，马若愚，蒋乐
作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 采用砷化镓工艺研制了一款紧凑型超宽带5~18 GHz多功能芯片。该多功能芯片集成3个单刀双掷开关、3个驱动放大器、6位数控衰减器和6位数控移相器。数控移相器采用全通-高低通滤波拓扑结构设计来改善移相移相精度和减小芯片尺寸。测试表明该多功能芯片有着优异的射频性能，非常适合应用于相位阵列雷达。芯片尺寸为5.3 mm×3.5 mm×0.1 mm。在+5 V供电下的电流消耗是70 mA，-5 V供电下的电流消耗是5 mA。
关键词：
砷化镓
518GHz
驱动放大器
数控衰减器
数控移相器
应用于JESD204B/C的高速宽频带可编程分频器
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256901
作者：江晨阳，杨俊浩，汪柏康，蒋颖丹
作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 为了满足高速多通道场景下JESD204B/C系统的应用需求，采用电流模逻辑（Current Mode Logic，CML）设计了一款高速、宽工作频率的可编程分频器。基于0.18 μm SiGe BiCMOS工艺，经流片测试结果显示，在300 MHz~16 GHz输入频率范围内，可实现2~16 380次分频，且有信号发生器、脉冲发生器及中继器三种不同模式输出。
关键词：
CML
可编程分频器
JESD204BC
测控技术
基于FPGA高精度磁通门传感器的设计与校准研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256811
作者：陈启慧1，谢志远1，2，刘继志2
作者单位：1.华北电力大学 电子与通信工程学院；2.河北省互感器技术创新中心
摘要： 针对宽量程电流测量中传统磁通门传感器非线性误差显著的问题，提出基于现场可编程门阵列（FPGA）高精度时间差检测与多项式动态补偿的协同校正方法。通过建立磁芯正负饱和时间差与被测电流的映射关系，构建数字化FPGA处理架构实时捕获饱和时间差，并建立包含非线性效应的多项式补偿模型。实验结果表明：该传感器能够精确检测复杂微弱漏电流；补偿模型决定系数达0.999 976，较线性模型提高0.11%；均方根误差降低85.4%。通过硬件-算法协同优化有效抑制工业现场环境下的精度漂移，为智能电网设备级电流监测提供了高精度低成本解决方案。
关键词：
FPGA
磁通门传感器
时间差法
非线性补偿
Kalman滤波算法在外测数据处理中的应用研究
DOI：16157/j.issn.0258-7998.256866
作者：娄广国，顾梓仪，曹怡，何定坤，李杨，赵军杰
作者单位：西昌卫星发射中心
摘要： 在应用Kalman滤波算法对测量数据进行实时处理时，常采用调整滤波增益矩阵的方法解决滤波发散问题。在实时数据处理中，不能通过后验方式确定调整滤波增益矩阵的增益系数，需要设计一种针对数据的自适应确定方法。通过检验数据序列的误差特性，调整滤波记忆衰减步长，确定滤波记忆衰减系数，采用tanh函数计算增益系数。仿真结果表明，采用自适应增益系数的Kalman滤波算法能够较好地适应常见测量数据，可以应用于测量数据的实时处理。
关键词：
Kalman滤波
自适应
增益系数
一款电力物联双模模块智能产测平台的设计与实现
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256951
作者：宋迪，肖德勇，郝伟琦，罗丹
作者单位：北京智芯半导体科技有限公司
摘要： 根据国家对企业新质生产力的战略要求，同时随着电网智能化的日益发展，搭载微功率无线通信通路和载波通信通路的双模模块的需求量逐渐增大。传统生产工具存在良率不高 及智能化程度较低等问题，导致双模模块的生产和测试存在产能低、成本高、工序繁琐、返工率高等问题。结合实际研发项目，阐述了一款电力物联双模模块智能产测系统平台的设计与实现。该产测平台的目的是通过运行产测平台软件，驱动硬件设备，加载预先配置的参数和测试项列表，对安装在电网台区和物联网场景的双模模块进行生产和测试验证，旨在发现焊接故障、无线和载波功能异常等问题，同时验证模块的程序版本以及写入出厂参数。产测平台在硬件构造上由多个硬件组件构成，包括工装箱体、被测模块、陪测模块、屏蔽箱、PCB表面缺陷检测装置、指示灯及气动装置、针板及托盘、工控机、服务器电脑等。产测平台软件是整个平台功能的核心体现。……
关键词：
双模
协议自动识别
图像识别
组件化设计
进程间通信
通信与网络
基于GAN和集成学习的电力系统网络入侵检测方法
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256523
作者：张军，乔溢
作者单位：国能（惠州）热电有限责任公司
摘要： 针对现有入侵检测方法在面临高维数据非线性关联和样本分布不均衡的网络监测数据时存在检测准确率低和对少数类攻击漏检率高的问题，提出一种基于生成对抗网络（GAN）与集成学习的电力系统网络入侵检测方法。首先，利用GAN生成与真实分布一致的合成攻击样本，有效缓解数据不均衡问题；其次，通过稀疏自编码器（SAE）对高维特征进行非线性降维，提取低维判别性特征以克服维度灾难；最后，构建Bagging集成学习框架，融合K-means、层次聚类和高斯混合模型（GMM）的异构基学习器，并采用DBSCAN元学习器对聚类结果进行二次分析，提升检测鲁棒性。基于KDD CUP99数据集的实验表明，所提方法在数据增强后使少数类样本占比从2.6%提升至17.7%，检测准确率达96.4%，误检率低至7.3%，尤其少数类关键攻击的召回率超过97.6%。相较于传统方法显著提升了复杂攻击场景下的检测性能，为电力系统网络安全防护提供了新思路。
关键词：
智慧电网
入侵检测
集成学习
生成对抗网络
特征选择
基于多谐振单元的双波束微带反射阵列天线设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256588
作者：赵晨含，刘利，韩国瑞，刘宇峰
作者单位：山西大学 物理电子工程学院
摘要： 提出了一种基于阿基米德螺旋线和正弦波混合结构的反射单元，结合编码超表面原理，采用“0110…”编码序列设计了一款16×12规模的双波束微带反射阵列天线。天线工作于10 GHz，采用Vivaldi天线馈电，实现了稳定的双波束辐射。实测结果表明，天线-10 dB阻抗带宽为7.5%（9.56~10.31 GHz），E面双波束偏转角达13.5°，3-dB波束宽度为9.7°，峰值增益13.0 dBi。通过混合谐振单元设计，解决了传统反射阵列相位非线性导致的带宽受限问题，编码超表面的应用进一步简化了波束控制复杂度。
关键词：
反射阵列天线
多谐振单元
编码超表面
双波束
基于专利分析的6G天地一体化网络编码技术发展研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256712
作者：许强，王慧颖
作者单位：国家知识产权局专利局 专利审查协作天津中心
摘要： 随着第六代移动通信技术（6th Generation，6G）通信技术的快速发展，天地一体化网络因其全球无缝覆盖能力成为研究热点。基于专利分析方法，系统研究了6G天地一体化网络中的编码技术发展态势，聚焦Turbo码、低密度奇偶校验码（Low-Density Parity-Check Code，LDPC码）、Polar码和人工智能编码（Artificial Intelligence coding，AI coding）四大技术分支。通过对2016~2025年全球专利数据的分析，揭示了技术演进趋势、区域竞争格局和创新主体分布。研究发现：韩国在专利数量上领先，中国在Polar码领域具有优势，AI编码技术占比超过50%但标准化仍处早期阶段。该研究还识别了高动态信道适配、星地协同优化等关键技术空白，为6G编码技术研发和标准制定提供了战略参考。
关键词：
6G天地一体化网络
Turbo码
LDPC码
Polar码
AI编码
计算机技术
YOLO-PDS：基于改进的YOLOv11的无人机小目标检测算法
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256845
作者：谭勋琼，王颖林
作者单位：长沙理工大学 物理与电子科学学院
摘要： 目标检测在遥感领域中具有广泛的应用前景。尽管目标检测算法在自然图像中取得了明显的进展，但这些方法直接应用于遥感图像时仍然面临诸多挑战。遥感图像的背景往往比较复杂且物体较小，导致前景与背景信息的分布极为不平衡。针对无人机图像小目标和物体遮挡的问题，提出了一种基于风车状卷积（PinwheelConv）改进的无人机小目标检测算法。为了改进模型对小目标的检测效果，在骨干网络中使用风车状卷积替换普通卷积来更好地适应小目标提取特征，同时基于风车状卷积的思想设计了C2f-PC模块来替换骨干中的C3k2模块。为解决无人机图像中目标遮挡严重的问题，创新性地提出了C2f-PDWR模块来替换颈部网络中的C3k2模块，来增强模型的特征融合能力，同时引入了SEAM（Spatially Enhanced Attention Module）来改善模型对被遮挡物体的检测效果。最后，基于YOLOv11提出对小目标检测更加高效的YOLO-PDS模型。其在VisDrone2019数据集上所提方法较基准模型YOLOv11检测方法mAP50提高3.7%以上，召回率提高2.2%以上。
关键词：
目标检测
YOLOv11
风车状卷积
多维注意力机制
基于改进MobileNetV3-SSD的数据可视化区域实时检测方法
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256320
作者：李文钊1，董晓炜2，赵芳1，杨才1
作者单位：1.重庆市气象信息与技术保障中心；2.重庆赛宝工业技术研究院有限公司
摘要： 数据可视化在气象大数据中扮演重要角色，用户通过数据“看板”，从视觉上可以便捷地了解复杂数据的基本情况，而由于“看板”中不同数据版块的位置和大小具有可变性，用户难以快速寻找到自己所需的数据版块位置。基于此，提出一种基于改进MobileNetV3-SSD的数据可视化区域实时检测方法，在标准SSD的基础上结合MobileNetV3的注意力机制，并利用改进FPN模块对特征信息融合，可以快速精准地找到目标数据板块的“Title”位置，从而展示出所需的数据版块。该改进模型在大幅削减参数量的同时，Precision、Recall、mAP分别达到了83.05%、85.02%、74.35%，CPU每次推理时间降低至244 ms。
关键词：
数据可视化
SSD算法
特征金字塔
自动生成数据集
基于SABNet的自闭症谱系障碍多模态脑影像识别研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256349
作者：马云云，谭理泽，王鹏
作者单位：昆明理工大学 信息工程与自动化学院
摘要： 自闭症谱系障碍（ASD）是一种影响社交互动、沟通和行为的神经发展障碍，早期诊断至关重要，但在处理多模态脑数据时仍面临挑战。为此，提出了一种基于多模态特征融合的端到端模型SABNet，该模型通过稀疏自编码器对功能数据进行特征筛选，并结合结构数据构建联合特征。最终，结合双向长短期记忆网络和注意力机制提取动态序列中的重要信息，实现高效分类。通过在中型ASD-MRI数据集上的实验，SABNet在分类准确率（91.21%）等核心指标上明显优于传统方法，主成分分析进一步验证了其有效性。该研究表明了SABNet在ASD识别中的优异性能，并展示了多模态特征融合在脑疾病分类中的潜力。未来研究将致力于优化模型结构、扩大数据集规模，并提升其适用性和泛化能力。
关键词：
自闭症谱系障碍
多模态特征融合
稀疏自编码
注意力机制
双向长短期记忆网络
光伏功率预测的对抗攻击与防御研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256419
作者：周旺
作者单位：贵州大学 电气工程学院
摘要： 深度神经网络已广泛应用于光伏功率预测，但却容易受到对抗攻击的威胁。为提高预测模型的对抗鲁棒性，提出了一种基于快速梯度符号法的对抗攻击算法与一种基于对抗训练的防御算法。快速梯度符号法生成具有时序关联性的对抗样本，建立攻击强度与预测误差的量化关系；对抗训练通过结合对抗样本，增强模型对输入扰动的泛化能力，以抵御对抗攻击。实验数据表明，对抗攻击能显著降低模型的预测准确率，而经过对抗训练的模型能有效提升鲁棒性。该方法验证了对抗攻防机制在光伏功率预测中的有效性，对电力系统的安全运行具有实际应用价值。
关键词：
光伏功率预测
对抗攻击
快速梯度符号法
对抗训练
电路与系统
NDIR二氧化碳气体传感器设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256686
作者：杨绍松，刘同庆
作者单位：无锡芯感智科技股份有限公司
摘要： 传统的CO2检测系统存在体积较大、难以集成、可靠性低以及精度差等问题，难以满足消费电子领域以及车用领域的应用需求。为了解决以上问题，以红外光源、气室、双通道热电堆探测器和单片机为核心，设计了一款具有温度补偿功能的高精度高可靠性的CO2气体传感器模组。在结构方面，创新性地采用了反射式的气室结构，显著提高了系统集成度，成功实现了传感器微型化；在硬件设计方面，采取磁珠、电容器、屏蔽层等多种抗干扰措施，提高了模组的稳定性；在软件方面，采用比值标定法建立温度补偿模型，从而消除环境温度的干扰。实验结果表明，在-20 ℃~50 ℃温度下，0~5000 ppm浓度范围内，该传感器最大检测误差小于3%，响应时间不超过2 min，具有精度高和响应快等优点。
关键词：
非分光红外
气室
温度补偿
气体传感器
基于双轴激光扫描的煤仓物位深度检测系统
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256599
作者：李大威1，李亚宁2，张恩华1，张丽军2，李亚帅2
作者单位：1.中北大学 电气与控制工程学院，山西 太原030051；2.山西戴德测控技术股份有限公司
摘要： 为了准确测量煤仓物位的深度信息，避免物位过高或过低对输煤过程造成影响，提出了一种基于双轴激光扫描的煤仓物位深度检测系统。系统采用双轴振镜结构实现大视场扫描，完成物位面任意位置的激光测距。搭建了符合双轴振镜与激光测距的同步光路结构，设计了调焦模块用于光束整形。在动态调焦测试中，对2 m~5 m范围内的光斑变化进行了测试，光斑直径均小于0.5 mm，符合聚焦照射待测物面的设计要求。物面深度实验中，分别测试了距离为2 m和5 m的物面高度，测试偏转角介于0°~20°之间。实验结果显示，两个测试条件下，最大误差为23 mm，物位上下限的测试结果的误差均小于0.5%以内。该双轴激光扫描系统精度高、视场大，且具备在线实时测试的能力，在煤仓物位检测领域具有较高的实用价值。
关键词：
双轴激光扫描
煤仓物位
深度测量
动态调焦
