技术专栏-FPGA 与人工智能
基于改进UNet的沥青道路缺陷检测系统的研究与实现
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256454
作者：韩德强，张洪瑞，杨淇善
作者单位：北京工业大学 计算机学院
摘要： 针对道路缺陷检测中传统方法泛化能力低、易受环境干扰，以及深度学习模型部署在计算平台时存在的高功耗、低速度等问题，提出一种基于低功耗FPGA平台的语义分割模型的加速与部署策略。首先，构建包含道路裂缝与坑洞的多源数据集，通过数据增强技术平衡样本分布；其次，针对UNet模型的特征提取网络与上采样网络分别进行通道裁剪，并结合量化技术将模型权重从FP32压缩至INT8，进一步降低计算量；最后，利用Vitis AI工具链完成模型量化与编译，部署至FPGA平台，充分发挥其并行计算能力。实验结果表明，优化后的模型在保证平均交并比（MIoU）损失小于5%的前提下，推理速度达到了17 ms，模型参数量与计算量大幅度降低，并且功耗显著降低。该方法在边缘端实现了高效、低功耗的道路缺陷检测，为沥青道路自动化养护评估提供了可行方案。
关键词：
道路缺陷检测
语义分割
模型压缩
FPGA模型部署
基于RK3588与ZYNQ的双光图像处理平台设计与研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256804
作者：刘旭东1，汤松涛2，张雷鸣2，葛敬涛1，季春雨1
作者单位：1.洛阳瑞极光电科技有限公司；2.河南科技大学 信息工程学院
摘要： 针对可见光成像、红外成像在越来越多的场景得到应用，采用一体化设计理念，设计一款小型双模成像图像处理平台。该双光图像处理平台采用RK3588与ZYNQ作为主协处理器，可完成1080P可见光图像与1 280×1 024分辨率非制冷红外图像的并行实时处理，在软件算法的控制下可实时完成目标跟踪识别。经实物样机外场测试与高低温测试，该平台性能稳定可靠、结构紧凑，能够满足车载、船载、机载的多种应用场景需求。
关键词：
图像处理
RK3588
目标跟踪识别
异构计算
双模成像
基于FPGA的多源数据融合目标检测的研究与实现
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256663
作者：韩德强，闫钊，杨淇善
作者单位：北京工业大学 计算机学院
摘要： 随着智能驾驶、机器人等技术的高速发展，在这些场景下常规的二维检测算法并不能满足环境感知的要求，需要三维目标检测去获得精准的环境信息。但是，目前大多主流的多源数据融合的三维目标检测模型都依赖于高算力、高功耗的平台，难以在性能较低的嵌入式平台实现。针对这些问题提出了一种在低功耗的FPGA平台上实现多源融合的三维目标检测的方法，通过融合激光雷达点云与摄像头图像数据，来弥补点云特征信息的不足，以实现更高的准确率和检测的稳定性。同时结合FPGA平台的特点，对融合的特征进行筛选及处理，并结合量化策略对模型进行压缩。经过实验，融合方式明显提升小物体的准确度，量化后的模型在三维检测平均精度损失小于3%的情况下在端侧FPGA平台成功运行。
关键词：
激光雷达
三维目标检测
FPGA
嵌入式
多传感器融合
基于FPGA的视频处理硬件平台设计与实现
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256752
作者：王瑞超，赵心雨，顾沐阳
作者单位：苏州长风航空电子有限公司
摘要： 为了满足机载显示器画面显示多元化的要求，提出了一种基于FPGA的视频转换与叠加技术，该技术以FPGA为核心，搭配解码电路及信号转换电路等外围电路，可实现XGA与PAL模拟视频信号转换为RGB数字视频信号，并且与数字图像信号叠加显示，具有很强的通用性和灵活性。实验结果表明，视频转换与叠加技术能够满足机载显示器画面显示的稳定可靠、高度集成等要求，具备较高的应用价值。
关键词：
机载显示
FPGA
视频转换
视频叠加
人工智能
基于生成对抗网络的PCB布线生成方法
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256572
作者：朱沛然1，2，朱开本1，2，刘威1，2，3，4
作者单位：1.武汉大学 物理科学与技术学院；2.武汉大学 微电子学院； 3.武汉纺织大学 数理科学学院；4.武汉量子技术研究院
摘要： 为解决印制电路板（Printed Circuit Board， PCB）设计过程中传统自动布线算法时间开销愈发高昂的问题，提出了一种基于生成对抗网络的布线生成方法。该方法将PCB布线问题转换为图像生成问题，通过舍弃生成器的噪声输入、引入多级残差连接和添加自定义损失函数使网络能够学习布线问题的物理特征，提高预测结果准确度。网络在自建的PCB布线数据集中进行训练和测试，实验结果表明，与传统自动布线算法A*搜索算法相比，所提出的生成式方法减少了约50%的布线时间。该方法为PCB布线问题提供了新的解决方案，有利于降低其复杂度及时间开销。
关键词：
布线
印制电路板
条件生成对抗网络
电子设计自动化
基于双视角点云配准的猪只体尺测量方法研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256569
作者：沈域1，徐爱俊1，2，周素茵1，叶俊华3
作者单位：1.浙江农林大学 数学与计算机科学学院；2.全省农业智能感知与机器人重点实验室； 3.浙江农林大学 环境与资源学院
摘要： 体尺参数是生猪育种的重要指标，针对现有猪只体尺测量方法中存在的测量参数单一、设备复杂和大规模点云数据处理受限的问题，提出了一种基于双视角点云配准的生猪体尺非接触式测量方法。首先，基于2台Kinect DK深度相机搭建点云采集系统获取猪体左右两侧点云数据，并采用改进的LoOP滤波算法和基于多层次特征提取的点云精简方法完成点云预处理。其次，通过粗配准与精配准相结合完成猪只双视角点云拼接。最后，融合法线点云与Alpha Shapes算法提取猪只轮廓特征，实现多体尺参数的非接触式测量。试验结果表明，生猪体长、体高、臀高、体宽、腹宽、臀宽、胸围和腹围的平均相对误差分别为1.28%、0.88%、1.97%、2.71%、2.83%、3.71%、2.03%和2.17%，整体相对误差平均值和绝对误差平均值分别为2.20%和1.04 cm。该方法能够实现生猪多体尺参数的高精度、非接触式测量，为种猪的高效筛选提供了技术参考。
关键词：
生猪
双视角
深度相机
点云
体尺测量
融合多模态分组特征处理模块的脑肿瘤分割方法
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256494
作者：方云翔1，王路路1，李英娜1，杜井龙2
作者单位：1.昆明理工大学 云南省计算机重点实验室；2.重庆医科大学 医学信息学院
摘要： 当前脑部肿瘤分割模型大多在通道维度上简单拼接多模态MRI图像，未充分利用其多模态信息。为此，基于3D UX-Net，提出融合多模态分组特征处理模块的MGF-UX Net模型。该模型通过模态特征抽取与融合两大模块，实现多模态特征的有效利用。模态特征抽取模块针对四种MRI模态特性，采用专门的特征提取网络，以最大化保留有效信息；模态特征融合模块基于先验知识，将四个模态划分为两组，并通过模态分组交叉注意力（MGCA）机制进行深度融合。实验结果表明，在BraTS2021数据集上，MGF-UX Net的平均DSC和HD95分别达到91.01%和4.975 mm，在脑肿瘤分割任务中各项指标优于现有对比模型。
关键词：
脑部肿瘤分割
U-Net
MRI
多模态医学图像
集成电路与应用
基于Crossbar多端口缓存共享的交换架构设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256651
作者：张子琪，方震，于宗光
作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 随着网络的不断发展，数据带宽不断提升，对网络设备中交换容量、转发延迟、内存利用率等关键指标提出了更高的要求。采用基于Crossbar多端口缓存共享的交换架构，实现报文的存储、调度、排序和转发。采用共享缓存架构并使用描述符定义数据包，实现了多端口下多个队列的共享队列缓存，每端口支持 8 个优先级队列，实现有序的调度，减少多队列的阻塞问题。在多SRAM的缓存管理中采用分页式链表的方法，实现了动态共享缓存，提高数据存取效率、降低转发延迟。基于Xilinx公司的XCZU3EG验证平台上完成了FPGA原型验证，完成了多端口结构的功能验证和性能测试，平均端口速率达6.08 Gb/s，实现交换延迟可控。
关键词：
缓存共享
多端口
交换架构
QoS
一种应用于GNSS射频接收机的高增益、低噪声LNA+Mixer
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256643
作者：杨贤成，熊娟
作者单位：湖北大学 微电子学院
摘要： 提出了一种基于标准0.18 μm 互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor， CMOS）工艺的射频前端集成电路设计方案，针对全球定位系统（Global Positioning System， GPS）L1和北斗B1双模导航系统的应用需求，提升了低噪声放大器（Low-Noise Amplifier， LNA）与下变频混频器的关键性能指标。在电路架构方面，针对低噪声放大器，创新性地采用感应源退化技术，通过外部电容与栅源电容并联有效降低了噪声系数；而对于下变频混频器模块，则选用了具有结构优势的无源单平衡拓扑，在保证转换增益的同时显著改善了线性度指标并降低了1/f噪声干扰。测试结果显示，该方案在1.8 V电压下实现60 dB链路增益和2 dB噪声系数，整体功耗仅22 mW。系统集成测试中，当输入功率为-100 dBm时，输出中频功率达3.15 dBm。
关键词：
GPS北斗
低噪声放大器
混频器
0.18μmCMOS工艺
一种基于片上变压器隔离的高CMTI编解码电路
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256683
作者：刘甲俊，李飞
作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 随着第三代宽禁带半导体材料的发展，GaN和SiC等新型功率开关管得到了广泛的应用，新型功率管较快的开关速度使得驱动器开关的瞬态电压dV/dt最高至200 V/ns，造成功率管的误开启。为提高隔离驱动的共模瞬变抗扰度（Common Mode Transient Immunity，CMTI），设计了一种结构简单的高CMTI的编解码电路，采用OOK（On-Off Krying）调制结构，编码电路采用负跨导振荡器结构将信号的高电位编码为差分振荡信号，解码电路采用共模点提升电路将差分信号的共模点稳定在VDD/2，仅通过比较器就可将输入信号还原。仿真结果表明，该编解码电路输入信号的速度可达143 Mb/s，差分振荡信号频率为644 MHz，典型传输延时为1.2 ns，应用在某款隔离驱动芯片中，经过实测CMTI最高可达400 V/ns。
关键词：
编解码电路
高CMTI
开关键控
测控技术
基于三阶角度观测器的旋变软解码系统设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256789
作者：宋建国，李小波，徐自可
作者单位：北京工业大学 信息科学技术学院
摘要： 新能源汽车电驱系统通常使用旋转变压器获取电机转子位置，但其电路复杂且芯片昂贵，成本昂贵。传统二阶锁相环在对转子加速跟踪时存在稳态误差，实际工况中常有输入的正余弦一相丢失导致软解码发生旋变故障。对此提出一种基于三阶角度观测器的角度观测器来提高位置解码精度，同时采用锁相环算法跟踪解码故障时的剩余信号，恢复丢失信号完成故障后的解码。最后通过MATLAB仿真证明了算法的可行性和有效性。采用英飞凌TC387的DSADC模块进行实际实验验证解码效果，结果表明该系统对加速度达到稳定跟踪，同时在某相信号缺失后可保持良好的解码效果。
关键词：
旋转变压器
软解码
角度观测器
锁相环
基于DSP的实时姿态感知系统设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256763
作者：赵雨婷，邢计元，张东钥，任畅
作者单位：中国电子信息产业集团有限公司第六研究所
摘要： 提出一种基于TMS320F28375S数字信号处理器（DSP）的高精度实时姿态测量系统，通过融合三轴磁通门传感器与微机电系统（MEMS）加速度计的六轴惯性数据，结合自适应卡尔曼滤波算法，实现俯仰角±0.1 °、航向角±0.5°的高精度测量。系统采用Δ-Σ型模数转换器（ADS131M04）实现128 kSPS同步采样率，并利用DSP内置的三角函数加速单元（TMU）将姿态解算周期压缩至0.8 ms。实验结果表明，在模拟动态干扰环境下，系统姿态更新率达1kHz，功耗低于1.5 W，显著优于传统方案，满足无人机、自动导引车（AGV）等移动平台的实时控制需求。
关键词：
姿态感知
DSP
传感器融合
卡尔曼滤波
实时系统
计算机技术
面向空间应用的UBP-LKH树组播密钥管理方案研究
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256414
作者：杜一鸣，周文辉，魏骁，赵聃，段冉阳
作者单位：华北计算机系统工程研究所
摘要： 随着空间信息技术的快速发展，组播通信需求逐步向卫星网络延伸，然而传统基于地面设备的组播密钥管理方案在星载环境中面临性能瓶颈与安全隐患。针对卫星节点计算资源受限的特性，提出基于逻辑密钥（Logical Key Hierarchy，LKH）树结构调整的无索引的B+LKH（Unsearchable Balance Plus Logical Key Hierarchy，UBP-LKH）树方案：通过设计双阈值触发机制，利用组播密钥管理系统（Multicast Key Management System， MKMS）的计算资源空闲时段实施下限重构（树压缩）与上限重构（树扩展），动态优化密钥树层级结构以降低加密次数。实验表明，在中小型组播规模（5~127个节点）下，该方案较经典LKH树有最多20%的加密效率提升，且优化幅度随树高与成员个数呈负相关。该研究为星载环境提供了可扩展的组播密钥管理模式，兼具资源适配性与实际应用价值。
关键词：
逻辑密钥树
组播
密钥管理
扩展优化
基于边缘算力和改进YOLOv10算法的智能垃圾分类系统
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256345
作者：拜合提亚尔·安瓦尔
作者单位：兰州大学 信息科学与工程学院
摘要： 为充分发挥边缘算力，实现实时、高效的垃圾识别与检测，提出了一种轻量化垃圾检测模型。模型使用ShuffleNetv2作为特征提取网络，通过通道重排和深度可分离卷积减少计算复杂度，同时保留重要信息。并采用Ghost网络改进C3模块，以降低计算负担提高融合效率。为进一步减小模型参数量，通过减少模型深度优化计算效率。设计了基于累积投票的垃圾分类机制，当垃圾类型识别次数达到设定阈值时进行分类，并通过串口传输结果与控制系统联动。实验结果表明，改进后的模型减少内存占用71.4%，精度损失仅为0.16%，推理速度加快，能耗显著降低，确保分类结果高效传输。
关键词：
轻量化模型
垃圾检测
边缘设备
基于聚类的HTTP/HTTPS协议资产发现
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256341
作者：马琰1，2，苏马婧1，2，姚旺君1，2，权晓文3，刘红1，2
作者单位：1.中国信息安全研究院有限公司；2.华北计算机系统工程研究所；3.远江盛邦（北京）网络安全科技股份有限公司
摘要： 网络探测扫描是发现网络资产的重要方法，在探测结果中HTTP/HTTPS协议占比较高，是重要的互联网资产识别来源。随着网络环境的日益复杂，应用HTTP/HTTPS协议的资产种类和数量也在急剧增加，这使得传统基于指纹规则的网络资产识别方法面临着识别效率低、适应性差等问题，无法满足HTTP/HTTPS协议识别的需要。因此，提出了一种新型HTTP/HTTPS协议资产发现方法，通过自动化规则生成器对HTTP/HTTPS协议响应数据进行处理，并基于词频统计和相似度信息对原始数据进行预过滤，利用文本编码模型实现对HTTP/HTTPS协议响应体信息的文本编码和特征融合，结合无监督聚类算法实现对HTTP/HTTPS协议资产的发现。实验结果表明，所提出的方法能够显著提高HTTP/HTTPS协议资产发现效率，提升资产标注速度，并可在无先验知识下发现未知资产。
关键词：
网络资产发现
HTTPHTTPS协议
自动规则生成
无监督聚类
Word2Vec
基于ESP32嵌入式Web服务器的手机化仪表设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256290
作者：丁依，何岭松
作者单位：华中科技大学 机械科学与工程学院
摘要： 随着物联网技术的发展，单片机性能升级且功能变得丰富，利用单片机创建Web服务器，使用浏览器作为客户端进行访问变得可行。借鉴其思路，提出一种嵌入式Web服务器＋浏览器架构的无软件化手机仪表设计方法。先用JavaScript语言将常用的手机仪表元素设计为一个能嵌入到单片机存储系统中的50 KB大小的库，然后在其基础上形成C风格手机仪表HTML网页生成函数，最后再通过单片机Web服务器将封装后的C风格手机仪表HTML网页生成函数转换为手机浏览器支持的HTML网页进行显示和用户操作。该设计实现将仪表软件安装在下位机，客户端零安装、零配置访问仪表界面。
关键词：
嵌入式
Web服务器
手机仪表
浏览器
JavaScript程序
射频与微波
12~30 GHz高精度低附加相移数控衰减器设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256659
作者：张斌，秦战明，吴舒桐，张礼怿，杨俊浩，蒋颖丹
作者单位：中国电子科技集团第五十八研究所
摘要： 为了满足宽带微波无线通信系统高精度的设计要求，采用砷化镓（GaAs）0.15 μm PHEMT工艺设计了一款12~30 GHz高精度低附加相移的五位数控衰减器。该衰减器通过级联五个不同衰减位，可实现最小步进为0.5 dB的0~15.5 dB衰减范围，其中0.5 dB衰减位采用简化T型衰减结构，1 dB、2 dB、4 dB和8 dB衰减位采用Lange耦合器式反射型结构。在反射型衰减拓扑结构中提出并采用了层叠开关晶体管技术和电容补偿技术，有效降低了超宽频带内的附加相移，提高了衰减精度。电磁仿真显示，在12~30 GHz频带范围内，参考态插入损耗≤3.8 dB，衰减器的32态衰减均方根误差（Root Mean Square， RMS）小于0.5 dB，典型值仅为0.3 dB，衰减器的32态附加相移不超过±3°，32态端口输入回波损耗与输出回波损耗均大于12 dB。电路尺寸仅为2.95 mm×1.2 mm。
关键词：
高精度
低附加相移
数控衰减器
砷化镓
反射型结构
一种Ku频段高性能低成本低噪声放大器
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256646
作者：张凯，刘帅，赵晓冬
作者单位：西南电子技术研究所
摘要： 设计了一种低成本Ku频段两级低噪声放大器，基于GaAs未匹配塑封管芯，采用表贴组装工艺，在单层双面高频印制板上实现了高性能低噪声放大功能。放大器在设计中采用了全局优化方法，包括波导探针过渡结构、最佳噪声和共轭匹配网络、偏置电路以及稳定性改善单元等多个设计维度相互之间的迭代优化。通过加工测试，该放大器工作频率覆盖10.7 GHz~12.7 GHz，带内噪声系数优于0.82 dB（含波导过渡），带内小信号增益大于17 dB，带内增益平坦度优于+/-0.45 dB，输入输出端口驻波比优于1.7。全套电路尺寸为24 mm×17 mm，生产成本低于60元，适用于Ku频段卫星通信地面设备的射频前端中。
关键词：
Ku频段
低成本
低噪声放大器
全局优化方法
雷达与导航
航向信标辐射场中障碍物影响分析与布局优化
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256641
作者：李沅锴1，潘辰洋2，梁飞1，许健1，叶永志1，景小荣2
作者单位：1.中国民用航空总局第二研究所；2.重庆邮电大学 通信与信息工程学院
摘要： 随着机场扩建工程的持续推进，机场周边障碍物对仪表着陆系统（ILS）电磁环境的干扰问题日益凸显。其中，障碍物引起的反射和绕射信号对航向信标（LOC）辐射场的干扰尤为显著，严重影响了航向信标系统的导航稳定性和精度。针对这一问题，基于射线追踪算法，系统分析了障碍物引起的反射信号和绕射信号对LOC辐射场的影响机理。通过建立双频12单元LOC阵列模型，并结合机场跑道周边存在障碍物的典型场景，构建了信号传播模型，重点研究了反射信号与绕射信号对调制度差（DDM）的干扰特性。研究结果表明，在特定位置必须建设专用障碍物的工程场景下，通过优化障碍物反射面与跑道之间的空间几何关系，可有效抑制对LOC辐射场产生显著干扰的信号分量。该研究成果为解决实际工程中特定区域LOC辐射场的多径干扰问题提供了新的技术途径。
关键词：
航向信标
辐射场
障碍物
调制度差
布局优化
基于自注意力1dCNN的雷达目标识别方法及教研系统设计
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256638
作者：廖磊瑶，洪子烁
作者单位：南京邮电大学 通信与信息工程学院
摘要： 雷达目标识别是实现对环境态势感知的重要技术手段，随着人工智能的快速发展，深度学习已成为雷达目标感知领域的主流研究方法。首先介绍了基于编码-解码网络的信号增强方法，该方法结合雷达目标物理模型可实现对含噪信号的准确特征保持和信号恢复。进一步，提出了一种基于自注意力一维CNN（Self-attention 1dCNN， S-1dCNN）的雷达目标识别方法，该方法利用一维卷积神经网络对雷达目标回波信号进行特征学习，有效挖掘距离维的目标支撑区结构信息，所提方法结合自注意力机制，关注与目标结构信息相关的特征，提升所学特征的表征能力，进而提升模型的目标识别性能。基于五类实测民航飞机目标回波数据的实验结果表明，信号增强模型可以准确地去除噪声且保持目标结构特性，将信号增强后的信号输入所提S-1dCNN模型中，具有较高的识别准确率。同时，基于MATLAB工具设计了基于雷达目标识别可视化界面的教研系统，包括数据预处理和识别算法等模块，实现多功能操作交互。该软件将抽象算法转为可视化流程，可以提升雷达目标识别课程教学的效果。
关键词：
雷达目标识别
深度学习
自注意力
可视化界面
教研软件
基于多域特征的雷达有源干扰信号智能识别
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.256553
作者：荆贺，肖健，齐恂，程耀坤，李明杰
作者单位：陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系
摘要： 现代雷达系统面临的干扰信号呈现出多样化、动态化的特点，传统干扰信号识别方法在复杂场景下性能严重受限。据此，提出一种基于多域特征的雷达有源干扰信号智能识别方法。首先，设计出雷达有源干扰在时域、频域、变换域的多维特征，作为信号差异性表征的基础；然后，利用主成分分析方法在降维上的优势，提取出最具代表性和区分度的特征子集；最后，结合随机森林模型，自动挖掘数据特征，实现有源干扰的分类识别。仿真结果表明，所提方法具有较高的识别准确率和较低的计算复杂度，适应于实际复杂场景下的雷达有源干扰识别。
关键词：
雷达有源干扰信号识别
多域特征
主成分分析
随机森林算法
