基于FMF的两模式单通道1000 km MDM传输

【目的】随着第五代移动通信技术(5G)、物联网和云计算等信息化带宽消耗型业务的不断涌现,人们对信息高速传输的需求急剧增长。然而由于固有的非线性效应,单模光纤的传输容量已逼近香农极限,其将不再能满足人们对于超高速大容量传输的需求。解决传输容量问题成为当务之急。为了解决大容量通信系统的需求与长距离高速传输等问题,文章搭建了两模式单通道的C波段少模光纤(FMF)传输系统。【方法】在发送端,使用任意波形发生器将数字信号转换为电信号,驱动正交(IQ)调制器对光载波进行调制。调制的信号同时使用模分复用(MDM)和偏振复用(PDM)两种复用技术进行传输。为了实现1000 km的双模信号长距离传输,文章构建了一个双循环回路系统,信号每通过一次环路都将通过一段50 km长的FMF。在传输到目标距离后,由耦合器输出到解复用模块,相干光接收机对解复用的调制信号进行零差检测。最后,存储到示波器进行离线数字信号处理(DSP)。依次对信号进行频域色散补偿、下采样、时钟恢复和最小均方算法,恢复出原始信号。【结果】文章发现,在实验中各信道光信噪比(OSNR)所处的区间内,低信噪比(SNR)情况下误码率(BER)接近理论信道结果,高SNR情况下BER为1×10^(-2)时与理论值相差2.5 dB。文章分别测试了背靠背(BTB)和250、500、750以及1000 km下LP 11a和LP 11b两种模式的BER,在所有距离下的BER均低于实验中设定的28%冗余的低密度奇偶校验码(LDPC)的软判决前向纠错(SD-FEC)门限(5.2×10^(-2))。1000 km传输后的BER分别为1.7×10^(-2)和1.8×10^(-2),总净传输速率为400 Gbit/s。【结论】文章演示了32 Gbaud MDM-PDM 16进制正交振幅调制(QAM)的宽带C波段信号在1000 km的两模式单通道FMF系统中的传输。在接收端,利用先进的多输入多输出(MIMO)DSP算法进行信道均衡,得到的两模式BER分别为1.7×10^(-2)和1.8×10^(-2),均低于28%冗余的LDPC SD-FEC门限。传输结果达成了基于FMF传输400 Gbit/s的净传输速率国内纪录,并突出了FMF在大容量远距离传输方面的潜力。

少模光纤光栅温度和应变双参量传感研究

【目的】针对光纤布拉格光栅(FBG)传感时温度和应变的交叉敏感问题,文章对少模光纤(FMF)-FBG各个模式温度和应变的响应特性进行了研究,提出了一种四模FBG的温度和应变双参量传感器。【方法】FMF内可以同时传输基模和少数几个高阶模,兼顾单模光纤(SMF)低模式色散和多模光纤低非线性的优势,可以同时用于多个物理量的传感。通过分析FMF-FBG中LP 01模式在不同温度下应变的光功率灵敏度的不同,结合该模式下波长与温度和应变都有良好的线性度,从而实现了FMF-FBG的温度和应变双参量传感。【结果】研究结果表明,文章所提传感器可以较好地解决FBG传感时温度和应变的交叉敏感问题。【结论】相比于SMF-FBG,FMF-FBG同时拥有几个不同模式的反射峰,不仅可以解决温度和应变的交叉敏感问题,还可以大大提高传感的精度和稳定性,在新型传感领域有着很好的应用前景。

早孕期联合母体危险因素和平均动脉压预测子痫前期的效能评估

目的:联合母体因素和平均动脉压(MAP)评估英国胎儿医学基金会(FMF)算法对子痫前期(PE)的预测效能。方法:收集2021年8月至2021年12月于北部战区总医院妇产科门诊行NT彩超(孕11~13+6周)及住院孕妇1847例的临床资料,查阅并计算NT时平均动脉压(MAP),通过FMF网站公开免费的PE风险计算器计算风险值。按妊娠结局是否患有PE分为未发病组、早发型PE组、晚发型PE组、早产型PE组、足月型PE组、全部PE组。绘制受试者工作特征曲线(ROC曲线),分别计算在固定假阳性率分别为5%、10%、15%、20%下该模型对PE及其不同亚型的灵敏度。与实际观测结果及我国《妊娠期高血压疾病诊治指南(2020)》、《ACOG指南(2018)》所建议的筛查结果进行比较,评价该模型的预测效能。结果:1847例妊娠孕妇中发生PE者112例(6.1%),其中早发型29例(1.6%),晚发型83例(4.4%),早产型PE 35例(1.9%),足月型PE 77例(4.1%)。母体因素+MAP较单一母体因素对PE的预测效果更好,ROC曲线下面积(AUC)为0.847,固定假阳性率分别为5%、10%、15%、20%下的灵敏度分别为45.50%、61.60%、70.50%、78.60%。其中对早产型PE的预测效能最佳,AUC为0.881,固定假阳性率分别为5%、10%、15%、20%下的灵敏度分别为51.40%、62.90%、74.30%、80.00%。根据我国《妊娠期高血压疾病诊治指南(2020)》、《ACOG指南(2018)》预测PE的灵敏度分别为8.04%(9/112)、56.25%(63/112)。在相同人群下,联合母体因素及MAP预测全部PE及早产型PE的灵敏度分别为77.68%(87/112)、85.71%(30/35),较各大指南对PE的预测效果明显升高。结论:联合母体因素和MAP应用FMF竞争风险模型对PE患病有较好的预测效能,且对早产型PE的预测效能最好,优于单一母体因素及各大指南。在资源欠缺的地区或医院可选择联合母体因素和MAP来预测PE。

城市国土空间监测数据处理技术研究

由于城市化进程的加快,使得城市规划以及土地利用的需求也在不断增加,那么就要对城市国土空间进行监测,并对监测数据进行处理,为国土空间管理提供数据依据。文章利用地理国情监测、遥感技术、卫星导航定位等技术,对国土空间进行监测,并产生了数据。在进行数据处理的时候,提出了采用影像匹配方式形成整景正射影像、采集交通网络数据、利用FME模板实现唯一标识赋值、数据库尖锐角检查等处理技术,保证国土空间数据处理更高效,提升土地利用效果。

三维FMF的HFCM水声数据分割

针对三维水声数据背景复杂、受噪声干扰严重等特点,提出一种结合三维FMF的HFCM水声数据分割算法,以提高水声数据分割的精度和效率。该算法首先选取三维滤波窗口,利用最大熵阈值法计算出模糊阈值;再结合半高斯模糊隶属度函数对水声数据进行模糊中值滤波;最后采用HFCM算法对滤波后的数据进行分割。对两组不同的三维水声数据进行分割处理的结果表明,该算法能够有效地降低噪声干扰,分割效果要优于未滤波的HFCM以及均衡FMF的HFCM分割算法,并且在分割效率上要明显优于传统的模糊C-均值算法。

FMF的火焰显著性检测

为准确定位火源点,实现火灾预警,提出一种基于人眼视觉注意机制的实时监测火灾预警方法。首先,根据图像对抗理论,提取视频序列中每一帧图像的亮度和颜色特征;其次,运用像素级显著性检测算法,构建描述特征信息的多尺度空间高斯金字塔;然后,运用跨尺度特征相加方法,融合中心-邻域对比度金字塔,得到静态显著性图;最后,结合动态帧差法,将多特征融合(FMF)算法得到的显著性图作动态帧差,寻找视频帧中属于火焰的区域,在公开的数据集上就4种评价指标与6种代表性算法作对比。结果表明:FMF算法通过显著性分析方法描述多尺度空间特征信息,其鲁棒性更强;与6种算法相比,FMF算法在准确率和漏检率上有较明显的优势,且能准确识别与定位火焰,防范火灾的发生。

Axial Micro-Strain Sensor Based on FM-FBG via Dual-Mode ML-FMF in Sensor Networks

An in-fiber axial micro-strain sensor based on a Few Mode Fiber Bragg Grating (FM-FBG) is proposed and experimentally characterized. This FM-FBG is in inscribed in a multi-layer few-mode fiber (ML-FMF), and could acquire the change of the axial strain along fibers, which depends on the transmission dips. On account of the distinct dual-mode property, a good stability of this sensor is realized. The two transmission dips could have the different sensing behaviors. Both the propagation characteristics and operation principle of such a sensor are demonstrated in detail. High sensitivity of the FM-FBG, ~4 pm/με and ~4.5 pm/με within the range of 0 με - 1456 με, is experimentally achieved. FM-FBGs could be easily scattered along one fiber. So this sensor may have a great potential of being used in sensor networks.

近10年关中盆地MODIS气溶胶的时空变化特征

利用太阳光度计CE-318对MODIS C5产品在西安地区的适用性进行了验证,结果表明,C5产品与太阳光度计CE-318反演的气溶胶光学厚度具有较好的一致性,相关系数为0.91,误差在预期范围内的样本占总数的74.5%,满足NASA设计要求,反演数值可用于区域气候变化和大气污染研究。同时利用2000—2010年MODIS C5气溶胶产品,分析了气溶胶光学厚度和小颗粒气溶胶对总光学厚度贡献的多年变化特征,得到:(1)沙尘粒子和人类活动产生的细粒子是关中盆地气溶胶的主要来源,气溶胶分布受地形影响显著,在特殊地形和盛行风向影响下,气溶胶粒子在边界层的水平扩散中受到抑制,并在其东部出现堆积,气溶胶光学厚度分布呈现出东高西低的趋势,高值中心主要分布在西安和渭南南部,是沙尘气溶胶和人类活动产生细粒子气溶胶的共同作用;关中西部多年处在气溶胶光学厚度的低值区,是由人类活动和工业排放产生的细粒子气溶胶所致。(2)关中不同地区气溶胶光学厚度的时间序列变化存在差异,其西部地区近10年呈波动下降趋势,中部和东部则呈波动增加趋势。(3)关中地区自西向东气溶胶光学厚度贡献中粗粒子的比重逐渐加大,近10年关中地区细粒子气溶胶污染有逐年加重的态势,其中中东部城市较为显著。

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。

大气环境变化中大气颗粒物PM_1的重要作用——关中平原MODIS气溶胶产品的气候分析

利用MODIS 3km气溶胶产品中的气溶胶光学厚度(AOD)和细粒子比例(FMF),本文对关中平原气溶胶近15a的时空变化进行了气候分析,揭示了大气环境变化中大气颗粒物PM1的重要作用.结果表明,关中平原为AOD高值区和FMF低值区.其中,最大值AOD出现在西安及周边地区高达1.06,而FMF主要集中在0.3以下较低水平.伴随关中平原近几年大气气溶胶水平的降低,PM1比重却逐年上升.关中平原AOD年际变化在2001~2011年间为显著上升趋势,2011~2015年间则呈下降趋势;而2001~2015年之间FMF的年际变化呈现持续上升趋势,反映了逐年加重的人为气溶胶对大气环境的影响.近15a关中地区AOD与FMF区域变化的相互关系表明,大气气溶胶低水平(AOD<0.5)时,伴随FMF上升,AOD显著减小;气溶胶较高水平(AOD>0.5)时,AOD随FMF上升而增大.这表明大气颗粒物PM1对区域清洁和污染大气环境变化均具有显著作用.

网络控制系统中基于模糊反馈的消息调度

在网络带宽受限的情况下,综合考虑了系统响应的误差和误差变化率,设计了一个共享通信网络的模糊反馈调度器.该调度器采用模糊最大优先调度算法对网络消息发送的优先级进行动态调整.同时定义了一种归一化控制质量衡量指标来评价多回路系统的控制性能.在此评价方法下,对三种不同调度算法在不同随机时延序列下进行了仿真比较.结果表明本文提出的调度算法优化了系统的控制性能,并在不确定运行环境中具有更好的适应性.

少模光纤中模式选择性激励技术

基于少模光纤的模分复用系统能继续提高光纤通信系统的传输容量,目前已成为全球的研究热点。在介绍了少模光纤设计后,文章对3种模式选择性激励技术(偏移注入、长周期光纤光栅和空间光调制)的激励机制、特点及实现进行了研究,并重点介绍了基于空间光调制的模式选择性激励技术。

可变报文格式技术及性能分析

介绍了可变报文格式的发展、语法规则及其信息封装等特性,分析了采用可变报文格式和固定报文格式分别传输态势信息的性能,得出可变报文格式的优越性,通过OPNET工具仿真论证了可变报文格式更能适应战场态势信息实时性的要求。

基于弱耦合少模光纤的模分复用技术进展(特邀)

近年来模分复用技术被广泛认为是突破传统单模光纤通信系统和网络容量"瓶颈"的有效途径,其典型方案包括强耦合和弱耦合两种。在弱耦合模分复用方案中,模式串扰应尽量被抑制,使得各模式中的信号可独立传输和接收。文章首先对强耦合和弱耦合模式技术原理进行了介绍,之后设计制作了一种弱耦合双环型纤芯结构少模光纤,设计制作了基于模式选择耦合器的模式复用/解复用器,在此基础上演示了6模式、10km弱耦合模分复用传输实验,仅采用强度调制和无数字信号处理的直接检测设计了一种简并模式解复用方案,并基于熔融拉锥工艺制作了该器件,最终首次实现了模分复用实时视频传输,这表明模分复用技术向实际应用迈进了重要一步。

基于卫星遥感和地面观测资料分析苏皖两省一次空气污染过程

2012年6月8-11日,江苏安徽2省发生了一次持续性的空气污染过程.利用MODIS观测的气溶胶产品和地面气象资料,结合火点监测资料和HYSPLIT后向轨迹模式,分析气溶胶光学厚度（AOD）、细粒子比例（FMF）、空气污染指数（API）的特征,探究这次空气污染的形成原因.研究表明,这次过程中苏皖2省8个代表城市的能见度大部分时间低于10km,相对湿度低于90%,API均达到或超过污染等级,AOD显著增长,且污染物以人类活动产生的细粒子为主.区域细粒子比例（RFMF）达0.79,高FMF（〉0.6）出现的概率高达74.8%.另外,苏皖2省稳定的天气形势,不利于污染物扩散.6月8~11日,苏皖2省（北部地区为主）出现大量的火点,表明有秸秆焚烧现象的存在.从HYSPLIT模式的模拟结果来看,苏皖2省8个代表城市在此期间主要受到偏西方向的气流以及局地气流的影响,偏西方向的气流有利于外部秸秆焚烧的污染物经过输送影响本地区,同时局地气流不利于扩散,从而造成污染物积累,形成污染.

用力呼气中期流速对慢性阻塞性肺病早期诊断的探讨

本文对156例COPD患者的CV/VC(％)与FMF作了相关性分析,求出了相关系数(r=0.6812,P<0.001)和直线回归方程式。两者呈中度负相关,说明CV/VC(％)随着FMF曲降低而增高。用此方程式计算的CV/VC(％)与实测的CV/VC(％)呈高度正相关(r=0.8935,P<0.001)。对另一组175例COPD患者的FEV_1％、FMF及推算和实测CV/VC(％)的异常率也进行了分析。结果表明FMF异常率均高于CV/VC(％)的计算值和实测值。在FEV_1％≥80％的患者中,FMF的敏感性也高于FEV_1％。作者认为FMF可作为COPD筛选和早期诊断可靠、敏感的一项指标。

基于桥接盟员的异类RTI和多联盟互连技术研究

高层体系结构(high level architecture,HLA)的互操作模式基于单一的联盟执行上下文,并未涉及不同RTI(run-time infrastructure)和联盟间的互操作及联盟级的互操作和重用.提出一种基于桥接盟员的异类RTI和多联盟的互连体系结构,据此设计实现了RTIBridge桥接软件,详细介绍其软件结构以及其中的关键技术问题,分析了桥接盟员执行RTI服务的典型流程,提出一种异类RTI和多联盟互连开发和执行过程模型,最后进行了实验与结果分析.

利用FY-4A卫星光学数据对中国近地面PM_(2.5)浓度的估算和检验分析

对FY-4A卫星的气溶胶光学厚度(AOD)产品进行检验,并根据卫星相关观测资料,通过改进后的PMRS方法,反演得到中国近地面PM_(2.5)质量浓度网格化分布。结果表明,FY-4A卫星反演不同站点AOD与地基观测网(AERONET)观测结果吻合较好,但存在一定的低估或高估现象,相关系数区间为0.54-0.87。将细粒子比(FMF)以0.4为界进行划分,FMF>0.4时,拟合结果较FMF≤0.4时更接近于AERONET观测结果;但FMF≤0.4时,卫星反演的AOD稳定性优于FMF>0.4时。通过引入AOD的大小,改进FMF>0.4时对细粒子柱状体积消光比(VEf)的估算算法,并通过改进后的PMRS方法对中国近地面PM_(2.5)浓度进行逐时反演,其反演结果和地面观测结果相关较好,其中,乌鲁木齐、石家庄和徐州观测点的相关系数均高于0.7,但数值上仍存在高估或低估,误差结果由多种因素决定。空间分布中,卫星反演的中国2019年近地面PM_(2.5)浓度月均值与近地面观测的结果有较好的对应关系,二者逐月演变趋势基本一致,基本可以反映出中国近地面大气细粒子的空间分布,特别是秋、冬季京津冀周边区域、汾渭平原等污染高值区均与地面观测对应较好。

MEMS可调谐平顶窄带光学滤波器

设计了一种基于MEMS技术的可调谐光学滤波器,它通过光栅将输入的宽带光信号色散展开,以一个MEMS扭镜选择将对应滤波器通带的光信号反射至输出端,从而实现光学滤波和波长调谐功能。滤波器的输入端采用单模光纤,输出端采用多模或者少模光纤,可以实现窄带且平顶的通带特性。经过参数优化,仿真分析得结果显示,采用多模/少摸光纤输出的两种滤波器,其0.5 d B和25 d B带宽分别为0.95 nm/0.29 nm和1.39 nm/0.69 nm,分别满足100 GHz和50 GHz信道间隔的DWDM系统要求。由于输出端采用多模或者少摸光纤,从该滤波器输出的光信号不能继续在单模光纤中传输,只能由光探测器接收,因此该滤波器一般应用于全光网络节点中的下载端口。

基于时序图像深度学习的电熔镁炉异常工况诊断

超高温电熔镁炉(Fused magnesium furnace, FMF)生产炉况监测困难,易发生欠烧异常工况,不仅造成产品质量下降,也直接危害生产安全与人员安全.现有的人工巡检方式实时性差,容易发生漏报和误报,甚至导致铁制炉壳烧透、烧漏.针对该问题,本文采用视频信号,利用电熔镁炉欠烧工况的时空特征,即在炉壳表面出现的局部不规则高亮区域的空间特征,以及该高亮区域随时间呈现出亮度增强、面积变大的时序特征,提出一种基于卷积循环神经网络(Convolutional recurrent neural network, CRNN)的电熔镁炉异常工况诊断新方法.该方法包括图像序列一致性变换和时序残差图像提取预处理、基于卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)的空间特征提取、基于循环神经网络(Recurrent neural network,RNN)的时序特征提取、基于加权中值滤波的工况自动标记.最后采用实际的电熔镁炉炉壳的视频信号,进行了所提方法与现有的两种深度学习网络模型的实验比较研究,结果说明了所提方法的优越性.