冷原子干涉实验中涉及复杂的激光调制技术, 为调制器提供合适的射频驱动信号至关重要, 驱动信号的相噪直接影响了冷原子干涉仪的灵敏度。设计了一种能够产生6.834 GHz信号的低相噪信号源, 该信号源采用二级锁相环频率合成技术, 将恒温晶振输出的10 MHz信号倍频到100 MHz, 再将100 MHz信号倍频到7 GHz, 最后与外部DDS芯片产生的166 MHz信号混频实现6.834 GHz微波信号源。经过测试, 信号源的输出相位噪声为-61.9 dBc/Hz@1Hz, 满足冷原子干涉实验的需求。

乳腺癌具有高转移率。使用小动物活体成像技术对乳腺癌的生长及转移情况实时监测定量分析可以帮助了解疾病机制及进行药物研究。二维成像对光学信号的定位与定量是相对的。随着计算机技术的进步, 可以实现对采集的图像进行三维重建, 精准量化光学信号, 获得空间分布的三维信息。IVIS Spectrum小动物活体光学三维成像系统同时具有高灵敏的生物发光、荧光、切伦科夫辐射二维成像及三维扫描重建功能, 是小动物活体光学成像的顶级系统。本文对人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)进行慢病毒感染, 在体外稳定表达荧光素酶后, 选取重度联合免疫缺陷(SCID)小鼠进行原位乳腺癌模型的建立, 通过IVIS Spectrum小动物活体光学三维成像系统对小鼠进行生物发光二维成像, 无创观测肿瘤的生长及转移情况。本文的创新点是利用生物发光成像断层扫描技术对小鼠模型进行定量三维成像, 使用系统自带的算法直接进行三维重建, 同时结合鲸鱼优化算法(WOA)优化后的三维卷积的深度编码器-解码器的网络模型进行重建。通过CT图像验证两者的重建效果, 得到肿瘤的深度信息, 实现对乳腺癌的精准定量分析。

针对传统的扩跳频信号源智能化程度低、携带不方便、效率低下等问题, 设计了一种基于FPGA+AD9915的体积小、功耗低、精度高的扩跳频信号源。使用Verilog语言在Quartus Ⅱ软件开发平台上编程实现系统软件设计, 在FPGA芯片内完成基带信号处理、跳频码产生和中频调制, 并通过FPGA实现对AD9915和数模转换芯片的控制, 最后混频实现扩跳频信号的产生。测试结果表明系统有较好的性能, 可以满足电台测试时对跳频速率、频率间隔等方面的要求。

针对医用重离子加速器装置(HIMM)同步加速器对于高频系统不同能量波形输出的需求, 设计实现可输出不同能量对应腔体电压及偏磁电流波形的同步信号源。该系统以ARTERA公司FPGA作为核心处理元件, 接收并处理多组腔体电压及偏磁电流波形文件, 同时以DAC作为输出单元, 通过接收同步光触发信号实现不同能量对应给定波形信号的无缝切换及同步输出, 完成HIMM同步高频信号源的设计。测试结果表明, 该信号源工作稳定, 可实现各种不同能量对应波形的无缝切换及同步输出, 其性能完全满足HIMM系统对碳离子捕获加速的要求。相比于商业任意波形发生器产品, 该系统价格低廉, 且模块化的设计易于集成, 可广泛应用于其他需产生任意波形信号的场合。

为满足光纤故障高精度诊断需求, 研制了一种面向混沌光时域反射仪(COTDR)的混沌光源模块, 该模块由宽带混沌信号源与激光器调制电路构成。其中, 宽带混沌信号源可产生频谱平坦且10 dB带宽达500 MHz的混沌电信号, 该信号经调制电路放大后, 驱动分布反馈式(DFB)半导体激光器可输出大功率、宽频带的混沌激光信号。所研制的混沌光源模块应用于光纤故障诊断中, 不仅可实现光纤断点、不匹配连接点的检测, 而且在107 km测量范围内, 可实现与距离无关的0.35 m空间分辨率。此外, 设计的混沌光源模块还可便捷地应用于混沌雷达、混沌保密通信等领域。

提出了一种基于FPGA实现的高斯白噪声添加装置的算法和实现结构。利用易于硬件实现的矩阵变换和异或运算产生均匀分布随机数, 然后根据Box-Muller方法使用查找表法将产生的均匀随机数转换为高斯分布随机数, 最后使用自动搜索逼近算法实现对目标信号不同信噪比噪声的添加。仿真和实测结果表明, 该装置可用于对无线通信信号进行高斯白噪声的添加。

光作为信息的有效载体,现在已经在通信、工业控制、**等领域得到广泛运用。在许多领域,提供实际检测的光信号存在一定的困难,同时仿真信号比实际信号具有误差小、便于量化分析等优点。从光源的选择,驱动电路的设计和通过适当的数据变换等几方面考虑,设计出了一套精密的光信号源发生器。实验结果表明,该系统能够使LED在保持P-I曲线不变的情况下,实现光功率的线性输出。

An optical fiber gas sensor mainly consists of two parts: optical part and detection circuit. In the debugging for the detection circuit, the optical part usually serves as a signal source. However, in the debugging condition, the optical part can be easily influenced by many factors, such as the fluctuation of ambient temperature or driving current resulting in instability of the wavelength and intensity for the laser; for dual-beam sensor, the different bends and stresses of the optical fiber will lead to the fluctuation of the intensity and phase; the intensity noise from the collimator, coupler, and other optical devices in the system will also result in the impurity of the optical part based signal source. In order to dramatically improve the debugging efficiency of the detection circuit and shorten the period of research and development, this paper describes an analog signal source, consisting of a single chip microcomputer (SCM), an amplifier circuit, and a voltage-to-current conversion circuit. It can be used to realize the rapid debugging detection circuit of the optical fiber gas sensor instead of optical part based signal source. This analog signal source performs well with many other advantages, such as the simple operation, small size, and light weight.

为实现μs档条纹相机扫描非线性标定, 建立了基于延时可调信号源和外触发激光器的条纹相机μs档扫描非线性标定系统, 弥补了标准具法的不足。系统通过延时值的递增, 得到条纹相机扫描速度在全扫程的变化。系统中时间关系抖动来源主要是测试设备延时抖动和条纹相机触发延时抖动。时间抖动测试与分析显示, 条纹相机延时抖动±0.6 ns, 测试设备延时抖动±0.3 ns, 系统总时间抖动±0.7 ns。系统时间抖动会造成最终时间轴信息的起伏。大量数值模拟分析表明, 时间轴起伏对系统时间抖动的影响±2 ns, 在可以接受的范围内。因此, 该系统能够胜任条纹相机μs扫程时间信息的测量标定。