1 南华大学 电气工程学院衡阳 421001
2 中国科学院合肥物质科学研究院 等离子体物理研究所合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院合肥 230031
4 合肥师范学院 物理与材料工程学院合肥 230601
5 安徽大学 物质科学与信息技术研究院合肥 230601
东方超环（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）全超导托卡马克装置上极紫外（Extreme Ultraviolet，EUV）光谱诊断系统采用电荷耦合器件（Charge Coupling Device，CCD）探测器集光谱图像数据，硬X射线对CCD产生的干扰造成光谱数据中存在大量的单像素噪声，这为准确分析聚变等离子体杂质辐射带来极大的困难。针对这一问题，设计了一套基于可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的EUV光谱图像处理系统，来快速去除硬X射线产生的噪声干扰。该系统基于限幅滤波算法，并引入标准差和离均差替代固定限幅阈值和样本偏差；通过融合限幅滤波算法和数据判别法，外加设置算法工作区间来分阶段对光谱图像数据进行相应处理。同时设计了仿真测试模块，使用EUV光谱图像转化的视频数据模仿采集流程进行系统的功能测试。最后，为了检验该系统对有效光谱数据的保护能力，将图像数据转换成更加直观的谱线图进行对比分析。实验测试结果表明：该系统能够有效去除光谱图像中的噪声点，并较好地保持了光谱数据的完整性，从而提升了光谱数据的可观测性。
极紫外光 图像处理 可编程门阵列 图像降噪 Extreme ultraviolet Image processing Field programmable gate array Image denoising
1 南华大学 电气工程学院衡阳 421001
2 中国科学院合肥物质科学研究院 等离子体物理研究所合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院合肥 230031
4 合肥师范学院 物理与材料工程学院合肥 230601
开展托卡马克等离子体中杂质输运与杂质控制研究对于提升等离子体约束性能与保障装置安全有重要意义。为了在EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）托卡马克装置上开展杂质输运研究，需要发展一套用于注入示踪杂质粒子的激光吹气（Laser Blow-off，LBO）微量杂质注入系统。本文描述了一种用于EAST托卡马克装置上LBO系统的控制系统设计过程与测试结果。该系统采用了全新的自动控制流程，使得系统可以重复、定量地向EAST等离子体注入不同元素的示踪杂质粒子。该设计通过STM32单片机系统实现对聚焦透镜位移、激光器被触发时刻的准确控制，且激光光斑直径可调，以改变杂质注入量。测试结果显示，系统能快速检测到外触发信号并实现精确定时，激光光斑聚焦位置误差小于0.40 mm，达到激光吹气杂质注入实验要求。本研究对在EAST装置上开展等离子体杂质输运研究具有重要意义。
激光吹气杂质注入系统 杂质输运 STM32 控制系统 Laser blow-off impurity injection system Impurity transport STM32 Control system
1 中国工程物理研究院 a.电子工程研究所
2 b.研究生院，四川绵阳 621999
针对低信噪比条件下高速机动目标运动参数估计问题，将 Hough变换(HT)和修正离散线性调频傅里叶变换(MDCFT)相结合，提出一种新的雷达信号处理算法(HMDCFT)。该算法首先采用 Hough变换，从距离像图像中提取目标运动轨迹特征，校正距离走动并解速度模糊; 然后利用 MDCFT校正多普勒频率徙动，估计目标运动参数; 最后沿估计的目标运动轨迹对回波能量进行相参积累。数值实验表明，该方法具有优越的抗噪声能力和运动参数估计性能。相比于利用距离像间相关性的包络互相关法，其抗噪声能力提升了约 17.6 dB; 即使雷达回波输入信噪比低至 -35 dB，该方法仍可精确估计目标运动参数，充分聚焦目标回波能量。
目标检测 运动参数估计 长时间积累 Hough变换 修正离散 Chirp-Fourier变换 target detection motion parameter estimation long-time coherent integration Hough Transform Modified Discrete Chirp-Fourier Transform 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 601
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
抗辐射电子学是一门交叉性、综合性的学科, 其研究的辐射效应规律、损伤作用机制、加固设计方法、试验测试方法、建模仿真方法等对极端恶劣环境中的电子系统的可靠工作至关重要。对核爆炸中子、γ和 X射线, 空间和大气高能粒子产生的各种损伤效应(如瞬时剂量率效应、总剂量效应、单粒子效应、位移效应等)的研究现状进行了系统梳理。对辐射之间、辐射和环境应力之间的协同损伤效应(如长期原子迁移对瞬时剂量率感生光电流的影响, 中子和 γ射线同时辐照与序贯辐照、单因素辐照的损伤差异, 质子和 X射线、中子辐照的损伤差异, γ射线辐照与环境氢气的协同损伤效应等)的研究进展进行了详细介绍。阐述了国内外在核爆、空间和大气辐射加固研究方面的最新技术进展。总结了国内外在地面实验室对空间、大气或核爆辐射各种效应进行试验模拟和建模仿真的相关能力。最后对 21世纪 20年代以后抗辐射电子学研究领域潜在的挑战和关键技术进行了展望。
抗辐射 辐射效应 试验与测试 建模与仿真 协同效应 radiation hardening radiation effect experiment and testing modeling and simulation synergistic effect 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 452
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology; Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology; School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China
We demonstrate spectral-furcated vector solitons in normal-dispersion fiber lasers comprising a section of polarization-maintaining fiber. The spectrum of each orthogonal-polarized component is confined by the birefringence-related phase-matching principle, and the bicorn spectral structure corresponds to the zero-order sidebands of two vector modes. Due to the Hopf bifurcation effect, the vector soliton evolves into a breathing state at the higher pump level, accompanied by an extra set of sub-sidebands that continuously exchange energy with the zero-order sidebands. Simulation results fully reproduce experimental observations of the spectral furcation and soliton breathing, offering comprehensive insights into the pulse-shaping mechanism of the birefringence-managed soliton.
fiber laser soliton bicorn spectral structure birefringence management Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071402
Author Affiliations
Abstract
1 Northwestern Polytechnical University, School of Physical Science and Technology, Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, Xi’an, China, 710129
2 Nanjing University of Posts and Telecommunications, College of Electronic and Optical Engineering & College of Microelectronics, Nanjing, China, 210046
3 Aalto University, Department of Electronics and Nanoengineering and QTF Centre of Excellence, Aalto, Finland
Chirp-free solitons have been mainly achieved with anomalous-dispersion fiber lasers by the balance of dispersive and nonlinear effects, and the single-pulse energy is constrained within a relatively small range. Here, we report a class of chirp-free pulse in normal-dispersion erbium-doped fiber lasers, termed birefringence-managed soliton, in which the birefringence-related phase-matching effect dominates the soliton evolution. Controllable harmonic mode locking from 5 order to 85 order is obtained at the same pump level of ~10 mW with soliton energy fully tunable beyond ten times, which indicates a new birefringence-related soliton energy law, which fundamentally differs from the conventional soliton energy theorem. The unique transformation behavior between birefringence-managed solitons and dissipative solitons is directly visualized via the single-shot spectroscopy. The results demonstrate a novel approach of engineering fiber birefringence to create energy-tunable chirp-free solitons in normal-dispersion regime and open new research directions in fields of optical solitons, ultrafast lasers, and their applications.
Ultrafast Science
2022, 2(1): 9760631
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
针对具有非对角惯性矩阵和阻尼矩阵的欠驱动无人水面艇(USV)进行了轨迹跟踪控制方法的研究, 提出了基于广义动态逆和滑模变结构理论的控制器, 实现了闭环系统全局渐近稳定。同时, 通过引入动态尺度逆克服动态广义逆可能导致的系统奇异, 通过扰动零投影矩阵来避免零投影矩阵的不可逆问题。最后, 通过 Matlab/Simulink仿真证明了本文方法的有效性。
欠驱动无人艇 轨迹跟踪控制 广义动力学逆 滑模面 underactuated unmanned surface vehicles trajectory tracking control generalized dynamic inversion sliding mode 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(11): 1130
中国建筑土木工程材料重点实验室，中建西部建设建材科学研究院有限公司，成都 610213
为提升超高性能混凝土(UHPC)工作性能，制备了聚氧乙烯基(EO)聚醚型与环氧丙烷嵌段聚氧乙烯(EO/PO)聚醚型两种不同结构的减水剂(分别简称PCE-1和PCE-2)。通过测试净浆流动度、浆体黏度、总有机碳、表面张力，研究了上述两种减水剂在低水胶比水泥-硅灰浆体中的性能差异，并对相关作用机理进行了探讨。结果表明：在硅灰掺量(质量分数)5%~25%，水胶比0.16条件下，PCE-2相比PCE-1对硅灰具有更强的吸附-分散作用，水泥-硅灰浆体流动度更高；嵌段聚醚结构可调节间隙液的表面张力和黏度，降低水泥-硅灰浆体黏度。
聚羧酸减水剂 超高性能混凝土 流动度 吸附行为 浆体黏度 polycarboxylate superplasticizer ultra-high performance concrete fluidity adsorption behavior paste viscosity
1 中国工程物理研究院 a.电子工程研究所
2 b.研究生院, 四川绵阳 621999
针对高速机动目标的运动参数估计问题, 基于鲁棒互相关和多项式调频小波变换 (RCCF-PCT), 提出了一种高速机动目标运动参数估计方法。该方法首先采用幂率变换增强信号, 利用距离像互相关和鲁棒多项式回归完成距离徙动校正; 再采用多项式调频小波变换对多普勒徙动初步补偿后的信号进行参数化时频分析, 利用提取的时频脊特征完成目标运动参数的精确估计。通过数值实验验证了算法的有效性。
鲁棒互相关 多项式调频小波 时频表征 高速机动目标 运动参数估计 Robust Cross-Correlation Function Polynomial Chirplet Transform time-frequency representation high-speed maneuvering target motion parameter estimation 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(5): 464
中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621999
仅配备有纵向推进力和转船力矩装置的无人水面艇是典型的欠驱动系统，不能通过定常光滑反馈控制律镇定到平衡状态。本文针对一类惯性矩阵和阻尼矩阵非对角的欠驱动无人水面艇，设计了基于附加控制器和反步法的光滑时变跟踪控制律，在保证跟踪误差暂态性能的前提下，实现了曲线和直线情形下的轨迹跟踪。首先，通过状态变换将非对角模型转化为对角形式，并运用反馈线性化理论简化控制输入。其次，通过设计虚拟控制函数来镇定误差运动学方程，并通过引入障碍Lyapunov 函数(BLF)来保证跟踪误差满足规定的性能。然后，通过在误差镇定函数中引入虚拟控制量解决了系统的欠驱动问题，稳定性分析表明本文控制策略能够保证闭环系统中的所有状态是一致最终有界的。最后，Matlab/Simulink 仿真结果表明了该控制器的有效性。
无人水面艇 欠驱动系统 附加控制器 反步法 轨迹跟踪 Barrier-Lyapunov 函数 Unmanned Surface Vessels underactuated system additional controller backstepping method trajectory tracking Barrier-Lyapunov Function 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(4): 332
