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回 中国研究生创新实践系列大赛线上成果展CPIPC 中国研究生创新实践累研究 电子设计竞赛·2025

团队成员：夏宇辰唐宁川帅俊辉指导教师：庄建军参赛单位：南京信息工程大学

KunRobot可重构外骨骼助力机器人

本项目提出并设计了一款可重构外骨骼助力机器人—KunRobot。其核心设计要点包括：（1）轻量化、模块化、快拆式结构：基于碳纤维、铝合金和工程塑料，整机重仅6.5kg，采用快拆式管束设计，可快速分解为五个功能模组，按需装配；（2）高动态意图感知与驱动：基于全身分布的五个九轴IMU节点构建传感器网络，采用基于卡尔曼滤波与PID优化的协同控制算法精准捕捉预测人体运动；通过CAN总线组网控制四个关节无刷电机，提供高达12N·m的峰值助力力矩，实现10ms低延迟、高协同的助力效果；（3）轻松便捷的人机交互设计：集成自研语音识别模组与手机APP，支持语音指令操控，解放使用者双手。实验测试表明，KunRobot能有效降低目标肌群负荷 30 % 以上，显著提升重复性托举、搬运作业、爬楼（山）等作业的效率与舒适度。

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团队成员：李楠焦柯源叶睿政指导教师：宋晓勤程剑参赛单位：南京航空航天大学

北斗导航地面干扰源单星在轨定位装置

为实现在轨定位，团队搭建了北斗导航干扰源监测装置一一“星眸”载荷，通过了科技查新和第三方检测，获得了专家推荐。装置于2024年11月15日搭载天舟八号货运飞船成功发射，顺利开展在轨干扰源定位试验。本作品将干扰源射频定位误差降至2km以内，显著提高了我国对干扰源的快速感知与应对能力。作品创新点如下：（1）频率测量精度低>>>级联非合作弱信号多普勒频率估计方法>>>多普勒频率估计精度提升至优于1Hz（2）定位算法复杂度高>>>拟牛顿法求解的干扰源快速定位方法>>>实现星上定位时间小于3分钟（3）图像处理耗时长>>>基于区域配准的小目标检测定位方法>>>在轨识别定位一张图像的时间小于1分钟针对干扰源天基定位的难题，团队成功实现了三大技术突破，已申请国家发明专利6项、论文3篇、软著2项，主要完成人均为团队成员。

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团队成员：何欣玥王雨晨刘子涵指导教师：姚佰承谭腾参赛单位：电子科技大学

听声辩位 智能化并行光子声场分析仪

近年来，声学探测技术在国防安全、工业监测和民生领域发挥着日益重要的作用。然而，传统声波探测系统面临“听不清”（信噪比低）、“听不全”（频率覆盖和动态范围有限）及“听不准”（空间定位精度低）三大难题，严重制约其性能提升。为破解上述难题，我们提出一种以FPGA为核心的智能化并行光子声场分析仪，融合光纤麦克风的高灵敏度与FPGA的高速并行解调能力，实现光电协同的全链路优化。本系统具有三大性能优势： ① “听得清”：采用自主研发的光纤麦克风微探头，信噪比达65dB，最小探测声压91.45uPa/Hz1/2；② “听得全”：集成频段选择与模态提取算法，支持“多对多”信号解析与3种可调模式，实现多目标识别； ③ “听得准”：基于时频映射与阵列协同分析，空间定位精度达2cm，刷新率500Hz。

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团队成员：郭瀚哲李的蔚纪子阳指导教师：宋健李志德参赛单位：清华大学深圳国际研究生院

光-电耦合的可见光通信仿真平台

团队提出了光-电耦合的可见光通信仿真平台，该平台通过两大核心技术突破实现创新：器件建模方面，摒弃传统物理方程推导，提出基于物理约束的神经网络建模框架。该框架直接从TCAD仿真数据或器件手册中学习LED、光电探测器等关键元件的I-V/C-V响应、光场分布及光谱特性，生成高精度SPICE兼容模型。相比传统方法，建模速度提升数十倍，I-V特性误差低至 1 . 0 % ，首次在电路仿真中实现光信号特性的直接输出。信道仿真方面，首创将计算机视觉领域的光线追踪算子引入VLC信道建模。基于开源NvidiaFalcor平台深度定制，重构光线传播物理模型，精确集成光功率、波长、时延及信道冲激响应等关键物理量计算。结合蒙特卡洛方法与GPU并行加速，实现室内复杂环境的多径反射、遮挡等效应超高精度仿真。

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团队成员：李宇嘉吴涛王凯指导教师：于力张建华参赛单位：北京邮电大学

面向6G的实时环境感知与信道孪生平台

本团队聚焦6G通信系统在复杂动态环境中的信道建模与预测难题，提出一种基于“数字孪生信道（DTC）”理念的可预测平台，采用“离线静态建图 ^ + 在线动态感知”双驱动机制，实现信道传播特性的三维重构与实时预测。平台融合激光雷达、深度相机、多传感器融合与轻量级射线追踪算法，构建信道感知一建模一预测闭环流程：首先，借助激光扫描仪或四足机器人完成高精度静态建图；其次，部署感知模块对动态目标进行实时识别与建模，持续更新环境；最后，通过自研轻量RT引擎计算传播路径及信道参数（如路径损耗、时延、多径角度等）。实验结果显示，平台在高动态环境中平均误差低于2.5dB，响应延迟小于500ms，满足6G对高精度、低时延建模的要求。技术亮点包括三维建图融合机制、多目标模板建模方法及轻量RT算法设计，具备良好的工程可实施性。

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团队成员：李建行张炳蔚张奕霖指导教师：张仕静闫纪朋参赛单位：哈尔滨工业大学

紧凑型宏微跨尺度两轴压电跟瞄系统

自由空间光学（FSO）通信技术因其高速率、抗干扰等优势，在卫星通信、无人机链路及深空探测等领域具有重要应用。然而，其通信链路的稳定性高度依赖高性能的捕获、跟踪和指向（ATP）系统。现有ATP系统存在分辨率低（μrad级）、响应速度慢、结构笨重及断电无法自锁等问题，难以满足深空通信的极端需求。针对上述挑战，本作品研制了一种基于压电驱动的紧凑型跨尺度两轴跟瞄转台，通过融合准静态纳米微动与粘滑步进双模式，实现了大行程（±436mrad）与高分辨率（176nrad）的协同输出。

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团队成员：白梦醒杨松郑蕴涵指导教师：黄继鹏刘雨婷参赛单位：东北师范大学

基于近红外光谱的无创血糖检测系统

本作品主要研究内容（1）近红外光谱的选择：重点探讨如何选择适合血糖测量的近红外波长，并研究与血糖浓度高度相关的特征波长的散射信号对血糖浓度的测量效果。（2）硬件系统的设计：完成基于近红外光谱的血糖测量系统的硬件设计与集成，确保系统的稳定性与可靠性。（3）算法模型的选择：对比不同的算法模型，提取相关特征参数研究其与血糖浓度的变化关系，选择合适模型将其部署到上位机中。主要创新点（1）多波长红外光与光谱仪结合（2）参考多种回归分析算法进行血糖浓度的预测，优化血糖测量算法，提高测量结果的准确性与稳定性。（3）自制数据集：使用专用仪器，通过口服葡萄糖耐量试验（OGTT）收集多人体、多个时间点的近红外光谱数据和实际血糖浓度，建立1350-2150nm光谱与900-1700nm光谱的血糖数据集。

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团队成员：郑汉芃苗潇刘鸿宇指导教师：靳刚魏峰参赛单位：西安电子科技大学

基于毫米波技术的高速全双工无线透传微系统

本作品提出并实现了一系列基于60GHz毫米波技术的全双工高速无线透传微系统，面向远距离高隔离通信、以太网透传及多路异构信号融合等应用，提供工程可行的系统级解决方案。研究构建了三类典型系统架构：其一，面向远距离互联，集成毫米波收发芯片、PA/LNA与SerDes接口，构建无主控、高隔离度的数据链路；其二，通过RJ45接口与毫米波无线桥实现即插即用的以太网透传，适用于高密度布线场景；其三，基于FPGA平台，支持CML、UART、RS232等异构信号融合与灵活帧调度，适配复杂多模块通信需求。同时，系统集成基于SIW和AIP技术的自封装毫米波天线，支持线极化、圆极化和全双工设计，具备高增益、强方向性和抗干扰能力，显著提升了复杂环境下的通信稳定性。本作品融合毫米波通信、自封装天线与异构数据融合处理等关键技术，构建了高集成度、低耦合、高鲁棒性的无线透传平台，为下一代高速、模块化智能通信系统提供有力支樸。

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团队成员：岳子昂刘一丁王禹忠指导教师：祁嘉然参赛单位：哈尔滨工业大学

多波束宽视域准凝视系统

针对当前公共安检设备在检测半径、远距离识别精度及响应延迟等方面存在的局限性，特别是对20米外潜在威胁难以实现高效准确识别的问题，本作品提出并实现了一套创新性的智能安检系统解决方案。本作品的核心创新在于：（1）突破性光学设计：采用超构表面透镜技术，设计并实现了厚度小于1mm、重量减轻60%以上的超薄平面透镜，有效解决了传统介质透镜体积大、笨重易碎的核心瓶颈。（2）高效探测架构：提出并实现了一种宽视域准凝视探测架构，结合动态馈源调控技术与多波束电子聚焦扫描技术，显著提升了系统对复杂场景中目标的捕获与跟踪能力，实现了快速响应以及高于95%的金属危险品识别准确率。（3）先进信号处理与识别机制：设计了具备18dB增益和42dB增益的双极化接收协同工作机制，通过有效利用极化信息，显著增强了系统在复杂电磁环境下的目标分类能力和抗干扰性能。

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团队成员：汪洋周鑫磊金浩指导教师：彭丹马知远参赛单位：海军工程大学

猎鲨Ⅲ多模态反水雷水下机器人

本作品聚焦于反水雷航行器的创新研究，特别是猎鲨II机器人，其能够快速稳定地响应复杂指令。基于深度学习的水雷目标检测中，采用生成对抗网络（GAN）来应对水下环境的复杂性，生成多样化的水下图像以丰富数据集，提高模型鲁棒性。同时，利用YOLOv11模型实现高效的实时检测，为智能化水下探测与排雷任务提供技术支持。构建的Simulink仿真模型涵盖猎鲨II的运动学、流体动力学、推进器动力学以及重力/浮力模型，部署滑模控制器成功实现低误差轨迹跟踪。此外，基于Unity3D构建了高真实感的水下仿真场景，成功模拟了反水雷航行器剪切锚雷和投掷灭雷炸弹消灭沉底雷的过程。在反水雷任务分配方面，本文提出了一种基于偏好的T-MOEA/D策略，该策略将决策者偏好融入多目标优化中，通过整合用户偏好和目标区域信息，仅寻找满足特定需求的部分帕累托最优解，从而提升优化效率。猎鲨号反水雷航行器能够根据自身状态、位置及雷区分布，动态智能地分配任务，协调多航行器在复杂海洋环境中的行动，显著提高作业效率和成功率。此外，本文的方法和技术也适用于民用领域，如水下考古、海洋环境监测和水资源管理。

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团队成员：董芃牛子儒王怡璇指导教师：马彰超参赛单位：北京科技大学

基于LLM的模块化智能制造系统

本作品围绕大模型工业智能控制，提出并实现了一种模块化智能制造系统架构，突破了传统工控系统在协议封闭、语义不通和智能接入等方面的难点问题。系统融合了大语言模型、MCP通信协议与OPCUA工业标准，构建了可自动注册、语义统一、智能驱动的工业设备接入与控制体系，完成了从理论方案、模块设计、系统实现到实物验证的全流程设计工作。项目包括以下四项创新性成果：（1）协议融合与语义打通：通过设计MCP-OPCUA网关，打通了大模型IT世界与工业OT世界之间的语义鸿沟，支持大模型智能调用工业设备功能；（2）设备能力模型化与自动发现：基于OPCUA构建现场设备结构化语义信息模型，使设备能力具备自描述、自注册和可编排特性，显著提升了系统柔性化、模块化水平；（3）智能体中枢系统设计：以LLM为智能中枢，集成注册器、监控器与任务调度主循环，构建了感知一推理一控制的完整闭环，实现了复杂制造任务的自然语言驱动与智能执行；（4）真实工业场景验证：以视觉分拣任务为背景，构建实物验证平台，涵盖三轴机械臂、视觉检测系统、5G通信网络与边缘计算设备，全面展示了系统的功能完整性、实施可行性。

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团队成员：金磊李战雷郑家禄指导教师：王晗王光成参赛单位：南通大学

数据-物理模型双驱动的手机横竖屏识别方法研究与应用

本研究针对躺卧姿态下手机横竖屏识别精度不足的问题，提出了一种数据-物理模型双驱动的融合网络识别算法。系统仅利用手机内置重力加速度计实时采集信号，降低功耗。通过严谨定义不同姿态下的手机横竖屏状态，筛选出重力加速度计的5维核心特征。采用云端协同架构，利用云服务器算力进行复杂模型推理，结果返回手机端执行旋转，减轻手机端计算负担。通过InceptionTime模块捕捉时序动态数据特征（数据驱动），XGBoost模块挖掘统计物理特征（物理驱动），并创新性地构建X-InceptionTime双驱动融合网络模型进行横竖屏分类。实验表明，该方法响应时间为427ms，远低于1秒要求，识别准确率高达9 5 . 8 3 % ，相比单一最优模型提升1.31%，有效解决了躺卧姿态下横竖屏精准识别难题，且在防抖动机制保障下，避免了逆向场景中的误切换和180°旋转现象，显著提升了用户躺卧使用手机时的屏幕旋转体验，为智能设备人性化交互提供了高效可靠的技术方案。创新点如下：（1）低功耗与强鲁棒性（2）采用云端协同架构，充分利用云端算力进行复杂模型推理，结果返回手机端执行旋转，有效减轻了手机端计算负担。（3）建立X-InceptionTime双驱动融合网络，精准分类手机横竖屏状态，提升分类准确率。

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团队成员：廖入瀚陈静刘子涛指导教师：贺林参赛单位：南京邮电大学

基于多模态端侧AI的手机姿势识别

本作品设计了一套面向智能终端的多模态横竖屏自动判断系统，聚焦仰卧、侧卧、晃动等非标准场景下传统重力感应易误判的问题。系统融合姿态识别与握持状态判断两种模型，并采用双路径端侧AI部署，具备高准确率、低延迟和离线运行能力。系统整体采用“双路径融合”架构：手机端基于内置传感器部署轻量神经网络模型识别六类姿态；ESP32端采集MPR121触摸状态，运行本地模型判断握持方向，最终通过多模态融合实现稳定判断。项目开发了两套数据采集平台：浏览器端姿态数据工具和个性化握持采集系统，支持用户样本扩展与模型定制。模型使用TensorFlow框架训练，部署形式为TensorFlow.js与C语言数组，构建了完整的“采集-训练-部署-推理”闭环流程。硬件集成ESP32主控、MPR121传感器、自研LDO与无线充电模块，封装于一块高集成PCB板，自研LDO基于SMIC0.18umBCD工艺流片，具备 \angle 4 0 \mu \Delta 静态电流与低压差特性，适配无线供电运行。系统在多平台测试中表现出色，具备较强的产品化潜力与扩展价值。

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团队成员：王航捷金童郭星阳指导教师：孙伟参赛单位：华中科技大学

洗衣机永磁同步电机高性能无位置传感器控制策略研究

本作品使用基于磁链矫正的有效磁链观测器，采用观测器系数自适应方案，开发了一整套适用于洗衣机永磁同步电机的无感控制算法，算法具有优秀的低速带载性能与高速弱磁性能，具有可调节弱磁边界，对电机参数有较强的鲁棒性，最大运行频率达到500Hz，且针对洗衣机这一应用场景进行了额外功能开发。提出的算法与各种功能已在实验室平台上的1kw永磁同步电机对拖平台上进行了验证，并在多台洗衣机上进行了实机验证，同时在赛题要求的风机上进行了关键工况测试，并与其他观测器(传统有效磁链观测器和滑模观测器)进行了对比试验。

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团队成员：潘依梅汪雨晴王小宇指导教师：黄光明参赛单位：华中师范大学

高位率并行伪随机序列信号发生器

本作品针对优利德企业赛题需求研制了一种高位率伪随机序列信号发生器，满足了题目所需要求。完成了伪随机并行生成算法的设计，并在FPGA板子上进行编程实现，达到PN3-PN33伪随机序列的生成。其中，通过并行伪随机序列生成算法，实现最高156.25M的位率可调输出，解决了位率不低于采样率1/4的技术难题；并设计了DDS动态边沿处理方案来实现伪随机序列信号的边沿时间可调，最小精度可达0.1ns，调节精度低于采样周期。结合STM32控制器和LCD显示模块，完成了人机交互界面的设计与实现，操作响应迅速。

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