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 湖南大学生物学院, 长沙 410082
2 湖南大学生物学院, 长沙 410082南华生物医药股份有限公司, 长沙 410006
3 2.南华生物医药股份有限公司, 长沙 410006
4 南华生物医药股份有限公司, 长沙 410006
微卫星( microsatellites)在新型冠状病毒( SARS-CoV-2)的基因组表达调控、种群遗传进化以及宿主免疫互作调节方面发挥重要作用。该研究利用 NCBI数据库以及微卫星分析系统筛选并测试 SARS-CoV-2原株及变体中不同微卫星数量与遗传特征的关联, 探索影响 SARS-CoV-2遗传多样性的微卫星特征。通过生物信息学分析, 构建 SARS-CoV-2的全基因组序列库, 并收集关于序列库的遗传特征、微卫星数量以及微卫星相对位置分布特征信息；通过生物统计学分析, 对不同微卫星数量进行相关性测试以及单样本 Wilcoxon符号秩非参数检验。结果表明, SARS-CoV-2的原株与变体(除 Lambda和 Omicron)中不同微卫星数量、占比与相对位置分布特征相似。 2核苷酸重复( 77%～78%)、3次基序重复( 22%～23%)以及全长 6 bp(73%)的微卫星占比较高, 而 ORF3a(0.48/100 bp)、 E(0.44/100 bp)与 N(0.40/100 bp)3个编码区序列的微卫星密度也较高。总平均微卫星数量与碱基含量间存在显著的负相关性( r: – 0.799 6；P: 0.009 7), 但与碱基替换量无显著相关性。本研究丰富了分子生物学领域对 SARS-CoV-2的遗传多样性以及进化机制的研究, 并为新型冠状病毒感染疫情的防治提供了新思路。
新型冠状病毒 微卫星 遗传多样性 碱基含量偏向性 种群遗传进化
1 清华大学信息科学与技术国家实验室， 北京 100084
2 深圳清华大学研究院广东省数字电视系统重点实验室， 广东 深圳 518057
为了实现低成本、低复杂度以及高精度的室内定位系统，提出了基于指纹的室内可见光定位方法。该方法利用可见光发光二极管作为信号源，根据接收到的可见光信号强度信息，结合三角定位算法和指纹定位算法，实现室内高精度定位。定位过程主要分为两步：第一步，通过三角定位算法确定移动目标粗略的位置范围; 第二步，以该位置范围作为限制条件，使用指纹定位算法实现更精确定位。实验结果表明，该方法与传统的基于可见光信号强度的定位方法相比，平均定位精度提高了64.71%; 同时，与传统的基于指纹的定位方法相比，可以在更低复杂度的情况下，实现更精确定位。
光通信 室内定位系统 接收信号强度指纹 三角定位算法
1 清华信息科学与技术国家实验室， 清华大学电子工程系， 北京 100084
2 深圳市数字电视系统重点实验室(广东省数字电视系统重点实验室)， 深圳清华大学研究院， 广东 深圳 518057
基于多次散射模型,设计了基于蒙特卡罗仿真模型的LED传输系统，研究了不同水体环境下接收信号到达角度和接收机视场角对接收信号功率和接收信噪比的影响。在纯水和纯净大洋水环境下，接收信号功率集中分布在0°～3°，较小的接收机视场角(1°)可以获得最大信噪比。在港口水和沿海水环境下，信号功率的分布显著扩展，特别是港口水环境下扩展到0°～90°。在沿海水环境下，当接收机视场角为8°，可以获得最大信噪比；在港口水环境下，接收视场角增大到30°，可以获得最大信噪比。
光通信 水下散射信道 蒙特卡罗仿真 到达角度 视场角
1 清华大学信息科学技术学院电子工程系信息科学与技术国家实验室, 北京 100084
2 深圳清华大学研究院深圳市数字电视系统重点实验室广东省数字电视系统重点实验室, 广东 深圳 518057
3 国网信息通信产业集团有限公司, 北京 100031
基于商用单个发光二极管(LED)光源进行室外远距离通信实验, 实验中对LED光源采用二进制键控(OOK)调制方式, 在接收端采用低密度奇偶校验(LDPC)纠错编码。在晴朗的白天环境下, 当LED发出的光以3°束散角发射且调制速率为23 MHz(净数据传输速率为11.5 Mbit/s)时, 实现了传输距离为1 km的室外光通信实验, 误码率为10-6。实验表明, 当误码率为10-4时, 采用LDPC(4000,2000)编码的净数据传输速率是未编码时的2.4倍。该实验系统对光准直要求低, 可较好地抵抗刮风晃动和大气湍流等环境因素的影响。
光通信 自由空间光通信 二进制键控 可见光通信 低密度奇偶校验 发光二极管 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 050602
1 清华大学信息科学与技术国家实验室, 北京 100084
2 国网信息通信产业集团有限公司, 北京 100031
3 国网河南省电力公司郑州供电公司, 河南 郑州 450000
4 深圳清华大学研究院, 广东 深圳 518057
提出了一种基于可见光发光二极管（LED）与摄像头成像通信的室内精确定位方法，旨在实现高精度、低成本、应用范围广泛、不易受干扰的室内定位。该方法利用摄像头接收加载在LED光上的身份识别信息（ID）获得LED的绝对位置信息，进一步从摄像头拍摄的图像中获取摄像头与LED的相对位置信息，结合接收端上的姿态传感器（电子罗盘）数据，便可计算得到摄像头的精确位置，实现定位功能。采用该方法进行了高精度室内定位实验测试，测试结果表明，该方法的定位精度可以达到厘米量级，且可以仅通过软件就将接收端布设在目前大多数智能终端上。
光通信 室内定位系统 成像通信系统 精确定位 中国激光
2016, 43(12): 1206001
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Tsinghua National Laboratory for Information Science and Technology; Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
The bit error rate performance of non-line-of-sight ultraviolet communication through atmospheric turbulence is studied. The communication performance degradation under different strengths of turbulence is evaluated. Particularly, under strong turbulence conditions, the communication distance can be shortened by 30%, or at a given distance the communication rate can be reduced by half than the counterpart of no turbulence.
060.2605 Free-space optical communication 060.4510 Optical communications Chinese Optics Letters
2015, 13(4): 040601
Author Affiliations
Abstract
1 Tsinghua National Laboratory of Information Science and Technology (TNLIST), Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Key Laboratory of Wireless-Optical Communications, Chinese Academy of Sciences, School of Information Science and Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
For nonline-of-sight ultraviolet communication links, a simple and concise parametric expression (PE) of channel path loss is valuable for link performance analysis in typical scenarios. It is observed that the light energy in the scattering volume can be approximated using a line integral. Combining curve fitting for the scattering phase function and the mean value theorem of integrals, we propose a simple but highly accurate PE. It matches well with the Monte Carlo simulations for typical LED-based communication with small beam divergence (<45°); when the beam divergence is smaller than 10°, their differences are less than 1 dB in most geometrical conditions. The proposed PE also shows good consistency with our outdoor experimental measurements, and the reported experimental results in the literature.
060.2605 Free-space optical communication 060.4510 Optical communications Chinese Optics Letters
2015, 13(8): 080603
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Tsinghua National Laboratory for Information Science and Technology, Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
We demonstrate a visible light communication system based on DC-biased optical orthogonal frequency-division multiplexing (DCO-OFDM) and achieve a bit rate of 481 Mb/s at a communication distance of 65 cm by employing single 1-W commercial phosphorescent light-emitting diode (LED). The average bit error rate of the received data is 2.3×10-3, which is below the forward error correction limit, 3.8×10-3. The effect of -signal clipping in DCO-OFDM system is studied and resource allocation algorithms are utilized. At least 13% capacity improvement can be obtained by suitable signal clipping and resource allocation.
060.2605 Free-space optical communication 060.4080 Modulation 230.3670 Light-emitting diodes Chinese Optics Letters
2014, 12(11): 110606
