全链条科技创新体系下专业学位研究生培养模式的探索——以中国科学院空天信息创新研究院为例

针对当前专业学位研究生教育中存在的突出问题,中国科学院空天信息创新研究院依托电子信息全链条科技创新体系,充分发挥研究生教育在教育、科技、人才“三位一体”中的联结作用,探索出全链条科技创新体系下包括导师组指导、特色必修环节和质量保障体系在内的电子信息专业学位研究生培养新模式,培养了一大批优秀的工学博士、工学硕士和专业硕士,并与国内其他高校合作培养了部分专业博士,其实践探索将为其他专业学位研究生培养单位提供启示。

基于超材料的水声通信综述

近年来,声学超材料作为一种新型人工复合材料,凭借其强大的声学参数调控能力突破传统材料功能极限,在水下探测、目标识别、成像、导航和通信等领域展现出了广阔的应用前景。文章综述了利用超材料实现水声通信的研究进展,主要包括基于声轨道角动量的多路复用通信、基于声学超表面的波束操控实现的特定发射和接收端间的水声通信,以及水-空跨介质声通信,总结了其所涉及的关键技术,并对当前基于超材料的水声通信所面临的挑战和前景进行了展望。

陆基海洋通信船舶绕射损耗模型研究

海上主要港口和航道上船舶吞吐量大,陆基船舶通信链路被过往船舶遮挡的时间长、频次高,严重影响陆基船舶通信链路的连接质量。针对船岸通信信道测量场景中发生的由过往大型船舶驶过造成遮挡而产生的阴影效应,结合高精度实测数据对这一现象的大尺度信道特性进行了分析和建模。结合阴影效应发生位置的第一菲涅尔半径、离岸距离、收发天线路径距离、天线连线高度和海面曲率引起的相对高度变化等影响因素的内在联系,解析了阴影效应发生时遮挡船只的整个运动过程,并对第一菲涅尔区与遮挡船只相对位置对应的不同时间节点进行了分类。基于ITU-R P.526-15(2019年10月)建议书中的单个刀刃形绕射模型和单个圆形绕射模型,结合船只和第一菲涅尔区的相对关系,构建了基于遮挡船的三维数据和收发端相对位置的船舶绕射损耗模型,针对实测过程中D 06(0.6倍第一菲涅尔区间隙对应的路径距离)范围内和范围外两种情况下的两次船舶遮挡过程进行了模型仿真和实测数据比对分析,并结合分析结果提出了未来的应用方向。

“电子器件辐射效应与加固技术”专题前言

随着航空航天、核能开发利用以及高能物理研究的高速发展,越来越多的电子器件需要在辐射环境中工作。辐射粒子入射电子器件后,通过电离或非电离过程沉积能量,能够诱发包括单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应在内的多种辐射效应,对器件及电子系统的可靠运行构成严重威胁。因此,开展辐射效应机理和加固技术研究,对高可靠、抗辐射电子器件及系统的研发具有重要意义。

微型阵列束闸电子束偏转特性研究

为了降低微型阵列式束闸边缘场和邻近电场对多束电子束的偏转影响和串扰,本文以3×3阵列束闸为研究对象,利用COMSOL Multiphysics中的静电和带电粒子追踪模块,研究束闸长宽比、隔离接地极和束闸上方增加接地层对电子束偏转的影响。研究表明,在长宽比不变的情况下,边缘场对电子束偏转的影响在总偏转量中的占比与偏转电压无关;而偏转极板的长宽比越大越有利于精确控制电子束的偏转;通过优化隔离接地电极结构与参数,可减小束闸之间的串扰引起的束斑模糊问题。为了减小边缘场和邻近电场对电子束偏转的影响,本研究分析得出,如果束闸上方接地层的作用范围小于100μm,可在一定程度上抑制串扰的影响。同时,分析表明将接地层上圆孔改为方孔后,也在一定程度上减小了不平衡电场带来的影响。

多束电子光学系统的研究现状与发展

本文对多束电子光学系统的国内外研究现状进行了详细调研,总结了各个系统的特点以及应用领域。多束电子光学系统在生命科学领域、材料领域以及半导体领域具有广泛的应用价值,本文指出了我国需要开展这方面研究的必要性。同时,本文介绍了国内在多束电子光学领域的研究进展。

面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子(Dilution of Precision,DOP)及定位精度均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m~30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。

基于可见光通信的零能耗光标签

为了实现可见光标签的零能耗,利用MATLAB、MULTISIM对接收机的阻抗匹配进行了仿真,使一阶均衡电路的输入阻抗与太阳能电池面板内阻相匹配,在拓展系统带宽的同时保证太阳能电池面板输出功率达到最高。仿真结果表明,均衡电路输入阻抗与太阳能电池面板内阻匹配时,相比常见的50Ω不匹配状态,输出功率提高了86.2%。搭建了可见光零能耗光标签原型系统,使用15 W的发光二极管(light emitting diode,LED)灯以115200 Baud发送字符,1.3 m远处的碲化镉太阳能电池面板收集能量并接收信号,低功耗单片机通过模数转换(analog-to-digital converter,ADC)计算进行数据恢复后,使用有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)屏幕显示接收到的标签字符。接收机的信号接收、处理计算与屏幕显示的能量均由太阳能电池面板提供,不需要电池或外接电源供电,实现了零能耗的可见光标签显示业务。

辐射型加热磁控注入电子枪温度均匀性和热形变分析

基于140 GHz兆瓦级回旋振荡器电子枪设计和研制,利用ANSYS热分析软件,建立相应的磁控注入电子枪模型,分析电子枪工作时阴极温度均匀性及热形变,尝试通过相关几何和电参数的调整,在改善阴极温度均匀性的基础上,尽可能消除热形变对电子轨迹质量的影响。通过对比相同加热功率下阴极发射带的实测温度及仿真温度,评价了仿真模型及结果的合理性,为阴极组件的实际设计提供了参考数据。

基于LMMHD波浪能发电机特性的高效实时输出功率控制系统

针对目前液态金属磁流体(LMMHD)波浪能发电机输出功率控制系统响应慢、精度差、变换效率低、低压下不能可靠换向的问题,在LMMHD波浪能发电机输出特性分析的基础上,提出一种通过实时调节LMMHD发电机等效负载来控制发电机输出功率的控制策略,该控制策略快速准确且多模块并联时不存在并联均流问题。通过对考虑寄生参数影响的主电路效率的理论分析,得到了所提输出功率控制策略下主电路效率的变化规律,进而提出了多模块并联的方案,提高了系统效率,降低了单模块的设计难度。并提出了一种滚动时域判断和双模块独立驱动的换向驱动方法,在实现低压下可靠换向的同时避免了电流从体二极管流通,降低了导通损耗。仿真和样机实验结果验证了所提策略的有效性。

一种基于分布式孔径的雷达通信一体化波形设计方法

雷达通信一体化波形设计是近年来的研究热点。基于紧凑式阵列的一体化波形支持多方向目标探测和多用户通信,但面对主瓣内同方向不同距离的干扰和窃听行为时,存在抗主瓣干扰能力差、通信信息泄露等问题。因此,该文提出了一种基于分布式孔径的雷达通信一体化波形设计方法以操控波形在三维空间的分布。首先,根据近场信号传播模型建立波形合成约束,在指定位置合成所需的雷达和通信波形。然后,对各个子孔径增加恒模约束,构建以最小化发射功率为准则的一体化波形优化模型。由于模型的非凸性,采用交替投影算法进行迭代求解。仿真结果表明,该文所提方法在雷达目标和通信目标位置同时合成了期望波形,实现了三维空间波形操控。

激光距离选通三维成像技术研究进展(特邀)

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存在异源数据融合问题,尤其是在雾雨雪天气条件下以及水下等传输链路中存在严重散射的情况时难以有效工作。激光距离选通三维成像技术利用单一门控成像器件可同时获得高质量二维强度图像和高分辨率三维图像,其二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并继承了激光距离选通成像透散射成像的技术优势,具有实现高性能激光相机雷达的技术潜力。论文系统综述了步进延时扫描、增益调制、距离能量相关等激光距离选通三维成像技术的研究进展,介绍了该类技术的国内外典型应用情况,最后分析了该领域所面临的挑战及进一步发展方向和应用前景。

可穿戴汗液传感器系统的研究进展

在新材料和新技术广泛应用的背景下,柔性可穿戴汗液监测设备成为当前国内外研究的热点。目前,基于柔性可穿戴设备的汗液检测一般需要3个环节:汗液的取样、目标分析物的选择性检测以及系统的集成与控制。本文主要从汗液原位检测的优势出发,总结了汗液的刺激和提取的方法,并对电化学类的汗液传感器的研究进展进行多角度的分析与评价。最后讨论了可穿戴的汗液传感器存在的不足,以及未来系统的发展方向。

GNSS系统时间偏差参数分析

分析各GNSS在系统时差参数设计上的特点和变化,并以国际权度局(BIPM)和时间频率公报发布的数据为参考对GNSS播发的系统时差进行评估分析。结果表明,BDS播发的3种系统时差均存在十几ns的偏差,通过BDS间接获得的GLONASS与GPS、Galileo与GPS的系统时差准确度优于GLONASS和Galileo系统电文发播的同种时差参数。

可穿戴离子检测及电促渗系统研究

汗液作为一种非侵入性健康监测的资源,含有丰富的生理信息,可以进行实时无创监测。然而,人在久坐或者睡眠时无法获得足够的汗液进行采样分析,若要实现汗液成分的长期原位监测并不容易。基于以上两点问题,主要通过电化学传感器与可穿戴传感技术相结合,以非侵入的方式监测汗液中的Na+,并开发测试了一套集成的可穿戴平台,用于实时采集和分析汗液中Na+的浓度。本系统Na+在浓度为20 mmol/L~160 mmol/L的测试范围内,灵敏度达到61.6 mV/decade。除此之外,可以根据受试者自身出汗量情况来调节系统刺激出汗的相关参数,从而能够减小长期电促渗药物刺激对于受试者的影响。

基于活动性检测动态估计噪声的心音降噪算法

针对基于小波分解和最优改进对数幅度谱估计的心音降噪算法存在噪声残留和心音失真的问题,提出一种基于心音活动性检测(HSAD)动态估计噪声的心音降噪算法。通过设计的HSAD判断当前心音帧是否为基础心音帧(FHS),根据判断结果分别采用改进最小值控制递归平均(IMCRA)算法和递归平滑算法对噪声功率进行动态估计与更新,采用非因果先验信噪比,实现心音信号的降噪。实验结果表明,提出算法能更好在提升降噪性能的同时,降低FHS的失真。

基于FPGA的两阶段配电网拓扑实时辨识算法

对配电网拓扑进行准确的实时辨识是电力系统安全稳定运行的基础,但随着新能源的接入以及配电网规模不断增大,配电网拓扑结构的动态变化愈加频繁且难以辨识。然而,现有配电网拓扑辨识算法所使用的历史数据需要人工对其进行拓扑标注,且拓扑辨识时间长,难以实现配电网拓扑实时辨识。因此,文中提出了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPAG)的两阶段配电网拓扑结构实时辨识算法。该算法不需要预先给出配电网拓扑类别的数量,即可对已有历史数据进行相应的拓扑标注及分类,并且基于FPGA实现了对配电网拓扑的实时辨别。该算法分为2个阶段:第1阶段采用变分贝叶斯高斯混合模型,对已有历史数据进行相应的拓扑标注及分类;第2阶段采用麻雀搜索算法,使得支持向量机快速收敛得到最优参数,以实现对配电网拓扑结构的精准辨识。基于该算法,利用FPGA并行架构以及高速高密度特性建立了实时拓扑结构辨识平台。最后,通过算例分析验证了所提辨识方法的有效性和优越性。

云边端架构下边缘智能计算关键问题综述:计算优化与计算卸载

近年来,随着入网设备数量与数据体量的急剧增加,以云计算为代表的中心式计算模式的缺点越来越显露出来。边缘计算,即让计算尽量靠近数据源,以减少数据传输时间和网络延迟,作为云计算的补充,已经成为学术界和工业界关注的焦点。该文面向边缘计算中应用较广的实例架构—云边端架构,以及边缘计算的典型应用—边缘智能计算,讨论云边端架构下边缘智能计算的两大关键问题:计算优化和计算卸载。首先分析和梳理了云边端架构下边缘智能计算优化的应用与研究现状。然后讨论了云边端架构下计算卸载的研究思路和现状。最后,总结提出了目前云边端架构下边缘智能计算业务所面临的挑战和未来研究趋势。

新一代国产高光谱ZY1-02E卫星在内陆水体水质参数反演中的应用

2021年12月26日,我国成功发射资源一号02E(ZY1-02E)卫星,其搭载了新一代高光谱相机(Advanced Hyperspectral Imager,AHSI),拥有30 m空间分辨率的可见光到短波红外范围内的166个波段,在内陆水体水质参数反演方面具有重要潜力。本研究以北京市沙河水库和金海湖为研究区,开展基于ZY1-02E AHSI影像数据的叶绿素a浓度和透明度反演研究,以评价其实际应用效果。基于京津冀地区12个湖库的遥感反射率和叶绿素a浓度实测数据,构建叶绿素a反演半经验模型。将该模型和基于准解析算法(Quasi-Analytical Algorithm,QAA)的透明度半分析模型应用于ZY1-02E AHSI影像,并利用在沙河水库和金海湖两个研究区获取的星地同步实测水质数据对反演结果进行精度评价。结果表明,基于670 nm和705 nm波长的归一化指数的叶绿素a反演半经验模型的精度最高,拟合度和平均相对误差分别为0.79和21.70%;基于QAA-V6的透明度半分析模型的精度最高,拟合度和平均相对误差分别为0.93和13.90%。该研究结果初步证明了ZY1-02E高光谱数据在内陆水体水质参数反演中的潜力。

基于时间敏感网络的PTP交换机技术研究

基于时间敏感网络设计的高精度时间同步系统是目前工业互联网、大数据科学等领域的硬件基础之一。由于传统交换机在标记报文时间戳时无法避免网络栈内部的延迟和不确定性,为了实现更高的时间同步精度和稳定性,基于EVB-KSZ9477S PTP交换机并借助OK335xS开发板辅助控制,设计实现了PTP时间同步系统。该系统采用硬件辅助标记报文时间戳,计算消除PTP帧在网络栈内的不确定性误差,通过内部修正,从而实现较高的时间同步精度。结果表明,相较于普通交换机,基于TSN的PTP交换机的时间同步系统可实现±20 ns以内的时间同步精度和更低的抖动,具有良好的时间同步性能。