基于多测量矢量压缩感知的超分辨荧光显微成像研究

在超分辨荧光显微成像技术中,单分子定位显微方法是被广泛应用的技术之一。根据荧光显微成像原理构造多测量矢量压缩感知模型(Multiple Measurement Vector-Compressed Sensing,MMVCS),并采用多重稀疏贝叶斯学习算法进行求解,来实现超分辨荧光图像重建。分析了有效像元大小、荧光分子生成的光子数和背景信号泊松化噪声对重建结果的影响,以及在图像进行分块处理时算法运行时间的分析。模拟和实验计算分析表明,当点扩展函数的标准差在160 nm时,有效像元大小在120、160、200 nm能取得较好的重构效果,而在60 nm时效果较差。探测器收集的光子数越多,重构效果越好,随着背景信号光子数增加时,离得越近的样品结构越不能分辨。在同样的分块处理情况下,MMV-CS比同伦算法(L1-Homotopy,L1-H)和凸优化算法(CVX)分别快一个数量级和三个数量级,因此,在研究三维超分辨荧光显微成像时,MMV-CS算法在运行时间上具有更大的优势。

基于局部搜索的机载外辐射源干扰抑制算法

在机载外辐射源雷达不纯净参考信号条件下,参考通道中的多径与回波匹配得到的干扰将降低空时自适应处理的目标检测能力,而网格失配问题严重影响了干扰的估计性能.本文针对网格失配下的机载外辐射源干扰抑制问题,提出一种基于局部搜索的干扰估计算法.该算法在干扰稀疏观测模型的基础上构建全局距离-多普勒字典,从中选择与干扰相匹配的全局网格点;然后以该全局网格点为中心,对多普勒平面精细划分来构建局部多普勒字典,并选择与干扰更匹配的局部网格点;最后估计干扰的距离-多普勒像以实现干扰抑制,克服不纯净参考信号的影响.仿真结果表明,所提算法可降低网格失配导致的抑制性能损失,有效提高不纯净参考信号下空时处理的目标检测能力.

PT对称介质中Airy光束的演化特性研究

利用分步傅里叶方法,研究了PT对称介质中Airy光束的演化特性,并从截断系数、调制深度、调制宽度三个参数,研究了其对Airy光束所脱落出的孤子的传输特性的影响。研究结果发现:Airy光束在PT对称介质中传输时,在主峰位置处脱落出一个周期性变化的孤子并且孤子波形会产生一个横向位置的偏移;另外发现,截断系数a越小、调制深度P和调制因子w越大,Airy光束脱落出的孤子的峰均比越大,产生的光束干扰和光束畸变越大,阻碍光纤通信;调制深度P越小、调制因子w越大,Airy光束脱落出的孤子的峰值和峰均比出现了明显的跳跃,传输的稳定性减小,但是脱落出的孤子依然能够稳定地长距离传输。

基于极大似然法的超分辨荧光显微成像方法研究

由于光的衍射极限限制,人们无法观察精细的细胞结构和获得纳米级的蛋白质以及生物分子信息.本研究采用极大似然算法来实现单分子定位.首先,对荧光分子图像进行解卷积和二值化处理降噪;其次,对荧光显微成像过程建立极大似然模型;最后,用优化工具箱函数进行求解.模拟结果表明:相邻20 nm的2条分子带可以分辨;将此算法应用于实际生物样品的超分辨成像时,原本不能区别的2条微丝可以进行区分,且分辨能力得到了提高;极大似然法可以很好地完成分子定位,进而实现超分辨图像的重构.

几何结构对电流驱动纳米带内磁斯格明子移动特性的影响

研发新一代自旋电子器件要求精确操控纳米带内磁斯格明子的移动。磁斯格明子存在横向移动且移动速度慢是影响新一代自旋电子器件开发应用的主要因素。基于微磁学模拟研究了不同结构纳米带中磁斯格明子在电流驱动作用下的移动特性。电流驱动纳米带内磁斯格明子移动过程中存在横向移动,因此存在最大的注入电流J_(max)和最大移动速度V_(max)。在矩形纳米带内,J_(max)和V_(max)相对较小。通过裁剪矩形纳米带中央形成凹槽纳米带,J_(max)和V_(max)可显著提高,但反映驱动效率的速度V_(x)与注入电流J的比值(V_(x)/J)不大。提出利用裁剪纳米带边缘形成引导型纳米带来增大V_(x)/J。相对于矩形纳米带,电流驱动的引导纳米带中磁斯格明子移动时,V_(x)/J显著增大,且在一定程度上增大了J_(max)和V_(max)。电流驱动纳米带中磁斯格明子移动的最优方案是集合了引导和凹槽纳米带优势的组合纳米带,可获得更大的电流驱动效率、更大的移动速度。这些研究结果可为开发设计新一代自旋电子器件提供理论依据。

双零色散介质中cosh-Airy脉冲超连续谱产生与操控

结合分步傅里叶方法和四阶Runge-Kutta积分法,研究了有限能量cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的超连续谱产生与操控。首先,详细讨论了特征参数截断系数a、初始啁啾C和分布因子χ_(0)对cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的演化影响,并统计了a、C和χ_(0)对超连续谱宽度的影响。然后,进一步研究了高阶非线性效应对cosh-Airy脉冲产生超连续谱的影响。结果表明:通过操控coshAiry脉冲的特征参数可以控制超连续谱的宽度;当存在高阶非线性效应时,超连续谱的平坦性会受到影响。研究结果为超连续谱的产生和操控以及宽带激光光源提供一些理论基础。

An Improved FN Algorithm for Community Division of Air Route Network

Community division is an important method to study the characteristics of complex networks.The widely used fast-Newman(FN)algorithm only considers the topology division of the network at the static layer,and dynamic traffic flow demand is ignored.The result of the division is only structurally optimal.To improve the accuracy of community division,based on the static topology of air route network,the concept of network traffic contribution degree is put forward.The concept of operational research is introduced to optimize the network adjacency matrix to form an improved community division algorithm.The air route network in East China is selected as the object of algorithm comparison experiment,including 352 waypoints and 928 segments.The results show that the improved algorithm has a more ideal effect on the division of the community structure.The proportion of the number of nodes included in the large community has increased by 21.3%,and the modularity value has increased from 0.756 to 0.806,in which the modularity value is in the range of[-0.5,1).The research results can provide theoretical and technical support for the optimization of flight schedules and the rational use of air route resources.

电流驱动凹槽磁纳米带内斯格明子的移动特性

基于微磁学理论和模拟研究电流驱动的斯格明子的移动特性。相对于纳米带,凹槽纳米带可提供更大的边缘排斥力抑制斯格明子横向移动,最大驱动电流(J_(max))和最大斯格明子移动速度(V_(max))显著增加。随着注入电流密度的增加,凹槽纳米带内斯格明子移动速度先增加到最大速度,而后减小或保持不变。通过增加边缘宽度或厚度,J_(max)和V_(max)线性增加。研究凹槽纳米带边缘厚度与宽度对斯格明子移动的调制规律,并基于微磁学理论对其进行解释。为基于纳米带结构的自旋电子器件的开发提供理论依据。

固体发动机点火压强峰的CFD计算方法研究

介绍了固体火箭发动机点火压强峰形成的原因,分析了固体发动机实测压强和预示压强产生偏差的因素,提出了一种工程适用的基于加质模型的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,能够较准确地预示固体火箭发动机点火压强峰,特别是大长径比类固体火箭发动机。通过对比典型发动机的理论计算结果和试验数据,发动机点火压强峰预示误差减小至10%以内,对于发动机结构安全设计和整体性能的优化设计都有重要的指导意义。