毫米波辐射与雷达智能感知专栏

• 主持人语

  程亚运;

  <正>毫米波是介于微波与红外之间的电磁波,对云、雾、细雨、烟尘和常见衣物等诸多媒质均具有良好穿透性。毫米波辐射测量和雷达技术可应用于地球与月球遥感、人员安检、辅助驾驶、目标探测、环境监测等领域。近年来,随着毫米波器件水平的不断提升,毫米波辐射成像和雷达探测系统发展迅速。如何解译复杂的毫米波辐射和雷达散射数据并准确获取观测场景的物理信息,成为现阶段毫米波感知研究的热点和难点。

  2025年05期 v.39;No.173 494页 [查看摘要][在线阅读][下载 508K]
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• 毫米波雷达系统射频前端测试方法

  郭大路;李珈莹;乔灵博;程亚运;

  通过研究基于毫米波雷达的前端架构、原理模型，以及毫米波元器件通用测量方案，提出了针对高频段雷达射频前端核心指标的一系列测试方法。工作围绕信号质量、收发天线和接收链路三部分展开，对信号噪声、扫频性能、天线方向图和噪声系数等核心指标进行了详细分析和对应的测试方案设计。在测试条件限制，尤其缺少毫米波频段网络分析仪等情况下，重点讨论了利用频谱分析仪配合频率扩展模块，进行指标测试和性能评估的实用创新方法。同时结合数学模型和电路原理，提出了改善相关指标的可行手段。该研究对于优化和改进毫米波硬件设计，提升雷达系统整体性能具有积极意义。

  2025年05期 v.39;No.173 499-505页 [查看摘要][在线阅读][下载 1003K]
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• 加载缺陷金属腔体的圆极化探地雷达天线

  杨国富;秦会来;王长瑞;

  设计了一种加载缺陷金属背腔的宽带高增益圆极化交叉偶极子天线。天线在宽末端椭圆辐射贴片的基础上加载具有两种工作模式的缺陷金属腔体，形成两个新的圆极化通带。此外，天线贴片刻蚀了十字型缝隙结构提升极化连续性，拓展天线圆极化带宽。同时，利用阶梯状相位延迟线，拓展天线阻抗带宽。对该天线进行仿真优化的结果表明：该天线的阻抗带宽99.2%(0.95～2.82 GHz，回波损耗小于-10 dB)，圆极化带宽103.7%(0.9～2.84 GHz，轴比小于3 dB)，工作带宽内峰值增益7.4 dBic，天线尺寸0.6λ_0×0.6λ_0×0.25λ_0，可广泛应用在超高频段探地雷达系统中。

  2025年05期 v.39;No.173 506-510页 [查看摘要][在线阅读][下载 1184K]
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测试技术与理论基础

• 声阻抗可调节超声匹配层研究

  丁春雄;蒋晓菡;俞燕萍;侯永琪;张辉;郑凯;

  超声阻抗匹配在无损检测和超声成像领域中有广泛应用，提出了一种基于压电分流的声阻抗可调节超声匹配层，它由带分流电路的压电盘组成，匹配层的有效声阻抗可通过调节分流电路的参数实时控制。理论结果表明，与传统的不可调超声匹配层相比，声阻抗可调节超声匹配层能够实现1.5～20 MRayl的阻抗可调。数值计算与仿真分析也验证了该结构的阻抗匹配效果，透射率均大于90%。并制作了声阻抗匹配结构测试样品，实验验证了该结构的声阻抗匹配效果。

  2025年05期 v.39;No.173 511-517页 [查看摘要][在线阅读][下载 1345K]
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• 具有不匹配扰动的非线性系统自适应精确跟踪控制

  张晓华;井超;穆继亮;

  针对非线性严反馈系统存在不匹配扰动的情况，开发了一种自适应精确跟踪控制策略。该策略确保了跟踪误差不再仅仅收敛到原点附近的小范围内，而是能够精确地收敛到零。同时，为了降低算法设计的复杂性，将不匹配扰动及虚拟控制器的微分项整合到一个多项式中，并对其进行上界估计，然后在控制器设计中进行相应的补偿。一旦跟踪误差偏离原点，相应的控制策略就会立即被激活，使跟踪误差沿原点滑动，从而实现精确的跟踪控制。最终，利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性，并确认闭环系统的所有信号都是有界的。仿真实验结果进一步验证了所提方法，显示跟踪误差能够精确地收敛到零，同时闭环系统的所有信号均表现出半全局一致最终有界的特性。

  2025年05期 v.39;No.173 518-523页 [查看摘要][在线阅读][下载 1039K]
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• 一种基于双轴转台温箱的加速度计温度标定补偿方法

  王月;邱金娟;杨小龙;潘昊;郅银周;

  惯性器件是惯性系统的基础，主要包括加速度计和陀螺仪。惯性导航系统实际工作时，惯性器件会随环境温度变化而出现零偏和标度因子等指标变化，最终影响惯性导航系统的初始对准和导航精度。其中，陀螺仪一般采取温控措施保证其适应全温温度范围，而加速度计出于小型化低功耗考虑，一般采取温度补偿技术。为了消除环境温度对加速度计精度的影响，需要对加速度计的零偏和标度因子进行-25～45℃全温工作范围的温度标定，利用双轴转台温箱进行自动温度标定补偿，得出与温度有关的数学规律，建立补偿数学模型。利用该模型进行温度补偿后，加速度计输出精度可提高一个数量级，补偿效果明显。

  2025年05期 v.39;No.173 524-530页 [查看摘要][在线阅读][下载 1182K]
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传感技术与应用

• 基于SOI的高抗过载颅内压力传感器设计与制备

  李丰超;康振伟;王丙寅;王志强;郝一鸣;冀鹏飞;

  颅内压监测在神经外科诊疗中具有重要临床价值，但现有传感器存在微型化不足、长期稳定性差等问题。提出一种基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）工艺的微型压阻式压敏芯片，通过敏感膜结构优化设计，实现了高稳定性、高抗过载性的颅内压监测传感器设计。通过理论建模与有限元仿真，建立膜厚与边长的协同优化模型，提升结构线性度。采用绝缘体上硅薄膜（Silicon-On-Insulator, SOI）材料与深硅刻蚀工艺结合刻蚀形成敏感膜，以制备传感芯片。测试表明：工作环境下芯片灵敏度达0.34 mV/kPa，迟滞、重复性及非线性误差分别优于0.13%FS、 0.011%FS和0.19%FS。本研究为微型生物医学传感器提供了可拓展的技术路径。

  2025年05期 v.39;No.173 531-539页 [查看摘要][在线阅读][下载 1163K]
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• 基于GO-SWCNT@PDMS压力传感器的手势识别

  樊磊;闫天昊;王兆欣;杨涛;谭秋林;

  手势作为人类最早且仍在广泛应用的通信方式，在姿势语言中占据着重要地位。为解决基于计算机视觉和射频雷达的传统手势识别面临环境影响和成本较高的问题，将柔性压力传感器封装在手指关节处，通过监测手指弯曲而引起的电阻变化进行手势识别，排除了周围环境对手势识别的影响，解决了传统射频雷达成本较高的局限性。所制备的柔性压力传感器灵敏度最高可达13.57 kPa~(-1)，加载响应时间为63 ms，卸载响应时间为84 ms，且具有良好的稳定性（>4 000次循环）。手势识别使用时域卷积网络-全卷积网络（Temporal Convolutional Network-Fully Convolutional Network, TCN-FCN）并联深度学习算法，对9种具有强时空耦合特性的手势进行训练和测试，最终识别平均准确率稳定维持在95%以上。该研究为增强现实以及人机交互等领域提供了一种便捷高效的手势识别方式。

  2025年05期 v.39;No.173 540-547页 [查看摘要][在线阅读][下载 1360K]
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数据采集与图像处理

• 基于低秩模型和残差模型的图像降噪

  杨雅兰;胡红萍;杨正民;

  现有基于组稀疏表示的图像恢复方法大多利用非局部自相似先验特性，相似的小块聚类成组，对每组系数施加稀疏度，从而有效保留图像纹理信息。然而，这些方法只对组中每个单独的块施加了简单稀疏性，而忽略了其他有益的图像属性。基于此，提出了一种基于低秩模型和残差模型的图像去噪算法，不仅利用了每组相似块的稀疏性和低秩性，还利用残差学习方法来自动估计图像块的真实稀疏表示。实验结果表明所提算法充分考虑了块之间的关系，将块的相关性和特异性结合，有效实现了图像去噪，从而得到高质量的恢复图像。同时，实验还表明所提算法的峰值信噪比平均增益比块匹配三维协同滤波（Block-Matching and 3D Filtering,BM3D）算法提高0.34 dB，比非局部集中稀疏表示（Non-Local Centralized Sparse Representation, NCSR）提高0.48 dB，比低秩正则联合稀疏（Low-Rank Regularized Joint Sparsity, LRJS）提高0.2 dB，比低秩引导的组稀疏表示（Low-Rankness Guided Group Sparse Representation, LGSR）和GSR＿SRLR提高0.04 dB，且平均结构相似性值达到次高，足以证明其优于许多流行或先进的去噪算法。

  2025年05期 v.39;No.173 548-557页 [查看摘要][在线阅读][下载 2017K]
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• 基于加权引导滤波与梯度域卷积稀疏的CT重建

  马燕;白艳萍;续婷;程蓉;

  对于不完整的医学CT扫描数据，传统算法无法保证重建图像满足诊断要求。针对这种情况，提出了一种基于加权引导滤波与梯度域卷积稀疏编码结合的CT重建算法。该算法首先采用惩罚最小二乘法迭代重建初始CT图像；其次，利用加权引导滤波获取图像的低频分量，采用带有梯度约束的卷积稀疏编码处理图像的高频分量；最后，将两段分量相结合得到的新图像作为输入继续进行最小二乘逼近，反复迭代重建，直到获得更清晰的图像。实验结果表明，与其他卷积稀疏算法及组稀疏算法相比，该算法可有效抑制噪声和伪影，恢复更多图像的结构和边缘细节信息，获得更优的重建图像。

  2025年05期 v.39;No.173 558-564+572页 [查看摘要][在线阅读][下载 1203K]
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• 基于Modbus RTU协议的自动化药品分拣系统设计

  耿凯文;黄金侠;丁晓慧;

  在现有药品分拣工作中研发了一套数据采集系统，该系统由传感器、上位机和数据库等组成。上位机部分通过Modbus RTU协议以报文格式进行数据传输并展示出来，最后存入数据库中，使用C#语言在Visual Studio开发环境下进行上位机的软件编写和界面设计，并实时显示、保存传感器数据，对传感器数据具备状态判断、数据筛选、数据处理等功能。使用MySQL数据库，在Navicat Premium图形化界面进行表的设计、数据存储及数据分类等功能。测试结果表明该系统运行稳定，数据采集效率高，数据传输正确。

  2025年05期 v.39;No.173 565-572页 [查看摘要][在线阅读][下载 1280K]
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信号检测、算法与仿真

• 基于高斯混合模型的线序识别算法

  李兴民;赵河明;晏永;

  针对印刷线路板线序识别故障检测抗干扰能力弱和实时性低等问题，提出了一种基于高斯混合模型的自适应线序识别检测算法。通过图像采集和图像预处理得到高质量图像；利用高斯金字塔模板匹配算法实现对颜色特征区域的快速定位，提取线束所有像素点的颜色特征；利用基于期望最大化算法的高斯混合模型的无监督学习算法进行线序颜色分类。实验结果表明，系统线束定位速度平均耗时9.7 ms，颜色分类实验耗时13.6 ms，符合工业检测的实时性要求。该系统可以实现线束快速自适应定位，线序颜色识别准确，检测抗外界干扰能力强。

  2025年05期 v.39;No.173 573-580+598页 [查看摘要][在线阅读][下载 1312K]
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• 基于双服务器联邦学习的运动想象脑电解码

  吴健民;张圆;乔晓艳;

  针对脑电数据不足和数据异构导致运动想象解码性能下降，提出一种融合双服务器结构和多头注意力机制的联邦学习模型，实现异构脑电数据的运动想象多任务识别。通过欧几里得对齐，减少客户端数据分布差异。设计双服务器架构解决数据异构，服务器一选择并共享本地模型的最佳特征，将其作为全局共享资源改进客户端更新策略，解决客户端漂移问题；服务器二聚合本地模型参数，并进行全局参数微调训练，增强模型适应不同场景脑电数据异构的能力，提高全局模型的通用性。利用Transfomer多头自注意力，提高运动想象脑电的特征表示和模型学习能力。在BCI IV 2a脑机接口竞赛数据集上，该模型与联邦学习基准模型相比，脑电解码平均准确率提升了21.05百分点，Kappa值提升了0.283。在两个脑电数据集进行不同用户、不同环境和设备的跨数据集测试，脑电解码分别获得了71.13%和86.63%的平均准确率以及0.615和0.822的Kappa系数。结果表明：该模型在多用户、多设备且数据高度异构的场景下，运动想象脑电识别能够获得较好的性能，具有较强的泛化性。

  2025年05期 v.39;No.173 581-591+598页 [查看摘要][在线阅读][下载 1853K]
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• 用于集成NV磁强计的高稳定和高灵敏度微波天线

  付江豪;任轩辉;杨应杰;侯琛瑜;张庆礼;马宗敏;

  设计了一种由氮化铝（AlN）基板制成的环形天线板，通过沉金技术在其表面沉积了一层金，旨在将微波磁场有效辐射到金刚石上。AlN天线的谐振频率约为2.87 GHz，适用于便携式集成氮空位（NV）磁力计。实验结果表明，与传统的环氧（FR4）天线板相比，在没有外加磁场的情况下进行光学检测磁共振（ODMR）测量时，荧光强度增加了2倍，归一化ODMR信号的带宽减少了33%。稳定性测试进一步表明，AlN天线的稳定性是FR4天线的4倍。此外，在外加偏置磁场下，AlN天线的灵敏度为2.9 nT/Hz~(1/2)，而FR4天线的灵敏度为8.7 nT/Hz~(1/2)，灵敏度提高了3倍。将AlN天线用于NV集成磁强计中，大幅缩小磁强计本身体积，并提高集成传感器系统的性能指标，从而促进集成的发展。

  2025年05期 v.39;No.173 592-598页 [查看摘要][在线阅读][下载 1112K]
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通信技术

• 面向车辆动态监测的低频振动能量收集器

  郭家栋;宋晓光;何剑;

  在环境中捕获宽带随机振动能量为车辆上的各类传感器和监控设备供电是一种潜在的有效途径。然而，传统能量采集器难以实现稳定的输出，这给能量管理电路的设计带来了挑战。提出了一种面向车辆动态监测的低频振动能量收集器，包括配重单元、齿轮箱和发电机组成。配重单元有效感知低频微弱振动，通过齿轮箱的内嵌和外嵌收紧储能系统实现能量储存与释放，最终由发电轮系实现能量的定量释放，从而实现振动能向电能的高效转化，为传感系统提供持续供电。实验表明，该采集器能够有效采集3～18 Hz范围内的宽频振动，在谐振频率为6 Hz时，采集器单次释放的最大平均功率为34.9 mW，输出能量为58 mJ，能将22 mF的电容在100 s内充电至10.95 V。此技术在车辆运行过程中能够高效收集低频振动能量，对微能源采集技术的发展具有深远的指导意义。

  2025年05期 v.39;No.173 599-606页 [查看摘要][在线阅读][下载 1477K]
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• 基于轨迹优化的飞行器辅助移动边缘计算中高能效任务卸载策略

  肖川;孙波;张文柱;

  无人飞行器（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）辅助移动边缘计算作为一种新的服务框架，能够为偏远地区用户提供计算密集型任务卸载服务。然而，由于UAV受到自身电量的限制，难以长时间持续为用户服务。为了提升系统的计算卸载能力和UAV能效，基于终端功率控制与UAV轨迹优化技术，设计了UAV辅助计算卸载策略。该策略建立了一个结合智能终端的卸载速率与UAV综合能耗的复合优化函数，并采用逐次凸近似和二次近似方法求得最优解。通过仿真分析，验证了所设计的UAV辅助边缘计算卸载策略在提升系统计算卸载能力，以及在节省UAV综合能耗方面的优越性。

  2025年05期 v.39;No.173 607-614页 [查看摘要][在线阅读][下载 1215K]
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• 《测试技术学报》征稿启事

  <正>《测试技术学报》(ISSN1671-7449 CN14-1301/TP)由中北大学和中国兵工学会主办,是“中国兵工学会测试技术学会”会刊,刊登有关测试技术的重点科研项目、基金项目的研究成果以及兵器及民用测试的应用技术,是“中国科技核心期刊”。本刊稿件来源于全国各大高校、研究院所及国外一些大学,在国内本专业学者中受到高度重视,重点关注测试技术与理论研究、光电信息与传感技术、故障检测、信号检测、数据采集、图像处理、通信技术等领域。

  2025年05期 v.39;No.173 615页 [查看摘要][在线阅读][下载 322K]
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