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On-chip spiking neural networks based on add-drop ring microresonators and electrically reconfigurable phase-change material photonic switches

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Photonics Research 2024年第4期12卷 755-766页

作者： QIANG zhang NING JIANG yiqun zhang ANRAN LI HUANHUAN XIONG GANG HU YONGSHENG CAO KUN QIU School of Information and Communication Engineering University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China

We propose and numerically demonstrate a photonic computing primitive designed for integrated spiking neural networks (SNNs) based on add-drop ring microresonators (ADRMRs) and electrically reconfigurable phasechange material (PCM) photonic switches. In this neuromorphic system, the passive silicon-based ADRMR,equipped with a power-tunable auxiliary light, effectively demonstrates nonlinearity-induced dual neural dynamics encompassing spiking response and synaptic plasticity that can generate single-wavelength optical neural spikes with synaptic weight. By cascading these ADRMRs with different resonant wavelengths, weighted multiple-wavelength spikes can be feasibly output from the ADRMR-based hardware arrays when external wavelengthaddressable optical pulses are injected;subsequently, the cumulative power of these weighted output spikes is utilized to ascertain the activation status of the reconfigurable PCM photonic switches. Moreover, the reconfigurable mechanism driving the interconversion of the PCMs between the resonant-bonded crystalline states and the covalent-bonded amorphous states is achieved through precise thermal modulation. Drawing from the thermal properties, an innovative thermodynamic leaky integrate-and-firing (TLIF) neuron system is proposed. With the TLIF neuron system as the fundamental unit, a fully connected SNN is constructed to complete a classic deep learning task:the recognition of handwritten digit patterns. The simulation results reveal that the exemplary SNN can effectively recognize 10 numbers directly in the optical domain by employing the surrogate gradient algorithm. The theoretical verification of our architecture paves a whole new path for integrated photonic SNNs, with the potential to advance the field of neuromorphic photonic systems and enable more efficient spiking information processing.

关键词： neural networks precise

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Assessment of Adaptive Rate Response Provided by Accelerometer, Minute Ventilation and Dual Sensor Compared with Normal Sinus Rhythm During Exercise： A Self-controlled Study in Chronotropically Competent Subjects

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Chinese Medical Journal 2015年第1期128卷 25-31页

作者： Yuanyuan Cao yiqun zhang Yangang Su Jin Bai Wei Wang Junbo Ge Department of Cardiology Zhongshan Hospital Fudan University Shanghai Institute of Cardiovascular Diseases Shanghai 200032 China Institute of Advancing Science Boston Scientific-China Shanghai 200032 China

Background：Dual sensor （DS） for rate adaption was supposed to be more *** evaluate its superiority,the DS （accelerometer [ACC] and minute ventilation [MV]） and normal sinus rate response were compared in a self-controlled way during exercise treadmill testing.Methods：This self-controlled study was performed in atrioventricular block patients with normal sinus function who met the indications of pacemaker ***-one patients came to the 1-month follow-up *** performed a treadmill test 1-month post implant while programmed in DDDR and sensor passive *** these patients,sensor response factors were left at default settings （ACC =8,MV =3） and sensor indicated rates （SIRs） for DS,ACC and MV sensor were retrieved from the pacemaker memories,along with measured sinus node （SN） rates from the beginning to 1-minute after the end of the treadmill test,and compared among study *** measures analysis of variance and profile analysis,as well as variance analysis of randomized block designs,were used for statistical analysis.Results：Fifteen patients （15/2 l） were determined to be chronotropically *** mean differences between DS SIRs and intrinsic sinus rates during treadmill testing were smaller than those for ACC and MV sensor （mean difference between SIR and SN rate：ACC ***,MV ***,DS ***,respectively,34.84,17.60,16.15 beats/min）,though no sensors could mimic sinus rates under the default settings for sensor response factor （ACC *** P-adjusted 〈 0.001; MV *** P-adjusted =0.002; DS *** P-adjusted =0.005）.However,both in the range of 1st minute and first 3 minutes of exercise,only the DS SIR profile did not differ from sinus rates （P-adjusted =0.09,0.90,respectively）.Conclusions：The DS under default settings provides more physiological rate response during physical activity than the corresponding single sensors （ACC or MV sensor）.Further study is needed to determine if individual optimization would further

关键词： Accelerometer Adaptive Rate Pacing Dual Sensor Minute Ventilation

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Regulatory effects of stage-treatment with established Chinese herbal formulas on inflammatory mediators in pediatric asthma

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Journal of Traditional Chinese Medicine 2013年第6期33卷 727-732页

作者： Suhuan Li Yonghong Wang Yumin Shi JianYu Wen Sun Hong Hu yiqun zhang Department of Chinese Traditional Medicine Children's Hospital of Fudan University

OBJECTIVE: To explore the regulatory effects of established Chinese herbal formulas on inflammatory mediators released during asthma attacks, and to elucidate the molecular mechanism of Traditional Chinese Medicine in the treatment of asthma. METHODS: Seventy-five asthmatic children were randomly divided into a Chinese medication group(45 cases) and a Western medication control group(30 cases). Patients in the Chinese medication group were treated with a series of established Chinese herbal formulas, whereas the Western medication control group received a leukotriene receptor antagonist and a bronchial relaxant. Real-time PCR was used to determine the mRNA expression levels of interleukin(IL)-4, cysteinyl leukotriene receptor 1(CysLTR1), and interferon(IFN)-γ in peripheral blood mononuclear cells before and after treatment. Enzyme-linked immunosorbent assay was used to measure the peripheral blood levels of IL-4, leukotriene(LTE)-4, and INF-γ before and after treatment. RESULTS: After treatment, the mRNA expression levels of IL-4 and CysLTR1 were down-regulated(P0.05). CONCLUSION: Chinese medication has a regulatory effect on leukotriene receptor gene expression and the imbalance of Th1/Th2 immune cells during asthma attacks in pediatric patients.

关键词： Asthma Drugs,Chinese herbal Empirical prescriptions Leukotrienes Cytokines

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柔性周边桁架可展开天线展开过程动力学分析和组合控制方法

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高技术通讯 2011年第7期21卷 750-755页

作者：张逸群张志华西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室西安710071

针对柔性周边桁架可展开天线的展开过程提出了一种基于运动解耦的组合控制方法。首先基于多刚体拉格朗日方法并考虑柔性体的弹性势能建立了周边桁架可展开天线展开过程的多柔体动力学模型，然后根据运动学和动力学分析，将天线运动反馈... 详细信息

针对柔性周边桁架可展开天线的展开过程提出了一种基于运动解耦的组合控制方法。首先基于多刚体拉格朗日方法并考虑柔性体的弹性势能建立了周边桁架可展开天线展开过程的多柔体动力学模型，然后根据运动学和动力学分析，将天线运动反馈分解为刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分，分别设计了刚性控制器和柔性控制器。刚性控制器的目标是使天线做大范围运动以达到精确展开，柔性控制器的目标是迅速抑制柔性振动产生的影响。编制了仿真程序并进行了算例分析，仿真结果验证了该方法的合理性和有效性。

关键词：可展开天线柔性多体动力学展开过程组合控制解耦

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拦截主动防御目标的微分对策制导律

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系统工程与电子技术 2021年第5期43卷 1335-1345页

作者：张浩张奕群张鹏飞北京电子工程总体研究所北京100854

针对目标可以对攻击弹进行主动防御的交战场景,提出了一种拦截主动防御目标的微分对策制导律。首先,建立了攻击弹、目标和防御弹的相对运动模型,并在碰撞三角形附近进行了线性化。然后,在防御弹采用某种已知的线性制导律的情形下,把该... 详细信息

针对目标可以对攻击弹进行主动防御的交战场景,提出了一种拦截主动防御目标的微分对策制导律。首先,建立了攻击弹、目标和防御弹的相对运动模型,并在碰撞三角形附近进行了线性化。然后,在防御弹采用某种已知的线性制导律的情形下,把该作战场景中攻击弹与目标的对抗问题,描述为一个含不等式约束的线性二次型微分对策问题。最后,基于微分对策理论,设计了攻击弹的制导控制策略,可同时达到两个目标:以某一特定的脱靶量避开防御弹;对目标实现直接碰撞。仿真结果表明了该制导律的有效性。

关键词：主动防御制导律微分对策不等式约束

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Simultaneously enhancing capacity and security in free-space optical chaotic communication utilizing orbital angular momentum

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Photonics Research 2023年第12期11卷 2185-2193页

作者： yiqun zhang MINGFENG XU MINGBO PU MENGJIE ZHOU JIAZHENG DING SHUANGCHENG CHEN KUN QIU NING JIANG XIANGANG LUO School of Information and Communication Engineering University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China State Key Laboratory of Optical Technologies on Nano-Fabrication and Micro-Engineering Institute of Optics and ElectronicsChinese Academy of SciencesChengdu 610209China Research Center on Vector Optical Fields Institute of Optics and ElectronicsChinese Academy of SciencesChengdu 610209China School of Optoelectronics University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Tianfu Xinglong Lake Laboratory Chengdu 610299China

Optical chaotic signals emitted from an external-cavity feedback or injected laser diode enable small-signal information concealment in a noise-like carrier for secure optical *** to the chaotic bandwidth limitation resulting from intrinsic relaxation oscillation frequency of lasers,multiplexing of optical chaotic signal,such as wavelength division multiplexing in fiber,is a typical candidate for high-capacity secure ***,to our best knowledge,the utilization of the spatial dimension of optical chaos for free-space secure communication has not yet been ***,we experimentally demonstrate a free-space all-optical chaotic communication system that simultaneously enhances transmission capacity and security by orbital angular momentum(OAM)*** chaotic signals with two different OAM modes totally carrying 20 Gbps on-off keying signals are secretly transmitted over a 2 m free-space link,where the channel crosstalk of OAM modes is less than-20 d B,with the mode spacing no less than *** receiver can extract valid information only when capturing approximately 92.5% of the OAM beam and correctly demodulating the corresponding *** error rate below the 7%hard-decision forward error correction threshold of 3.8×10^(-3)can be achieved for the intended ***,a simulated weak turbulence is introduced to comprehensively analyze the influence on the system performance,including channel crosstalk,chaotic synchronization,and transmission *** work may inspire structured light application in optical chaos and pave a new way for developing future high-capacity free-space chaotic secure communication systems.

关键词： communication chaotic momentum

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两步非线性最小方差法在微机械陀螺测量火箭弹自旋角中的应用

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兵工学报 2001年第1期22卷 141-143页

作者：张奕群高钟毓清华大学精密仪器与机械学系北京100084

火箭弹自旋角的测量是火箭弹姿态角测量中的关键。因为火箭弹的自旋角速度较高 ,所以陀螺标度因子的微小变化将引起自旋角度很大的测量误差 ,使测量结果失去意义。为了克服标度因子变化带来的影响 ,本文首先将标度因子扩展为状态变量 ,... 详细信息

火箭弹自旋角的测量是火箭弹姿态角测量中的关键。因为火箭弹的自旋角速度较高 ,所以陀螺标度因子的微小变化将引起自旋角度很大的测量误差 ,使测量结果失去意义。为了克服标度因子变化带来的影响 ,本文首先将标度因子扩展为状态变量 ,然后利用 Haupt提出的两步非线性最小方差估计器将其估计出来。仿真结果表明 ,当标度因子的漂移小于 0 .5%时 ,能对自旋角进行较好的估计。

关键词：火箭弹微机械陀螺标度因子估计 Haupt法火箭炮自旋角弹资态角测量

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基于滤波的柔性可展开天线展开过程控制方法

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机械工程学报 2012年第3期48卷 180-188页

作者：张逸群段宝岩李团结西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室西安710071

针对大口径可展开天线中柔性因素带来的展开过程振动问题,提出一种基于滤波的解耦控制方法。利用瑞利—里兹法构造的假设位移场对变形体进行离散,结合拉格朗日方法建立天线的展开过程多柔体动力学模型。根据动力学分析和展开轨迹的谱分... 详细信息

针对大口径可展开天线中柔性因素带来的展开过程振动问题,提出一种基于滤波的解耦控制方法。利用瑞利—里兹法构造的假设位移场对变形体进行离散,结合拉格朗日方法建立天线的展开过程多柔体动力学模型。根据动力学分析和展开轨迹的谱分析结果,应用低通滤波器将天线运动反馈分解为纯刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分。基于机构的瞬时结构分析,将机构基频与结构基频的概念联系起来,并确定滤波的截止频率。针对两部分反馈信号的特点,分别设计刚性控制器和柔性控制器。刚性控制器保证天线按照预先设计的轨迹展开,柔性控制器用于抑制柔性振动产生的影响。讨论两组控制器增益参数的耦合关系,并基于信号能量相关性分析提出控制器增益参数选取的准则。仿真结果说明该方法的可行性和合理性。

关键词：可展开天线展开过程控制

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空间可展开天线展开过程轨迹与控制系统集成设计

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机械工程学报 2011年第9期47卷 21-28页

作者：张逸群段宝岩李团结西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室西安710071

针对空间可展开天线展开过程中冲击过大的问题,提出一种天线展开轨迹与控制系统集成设计方法。利用贝塞尔曲线合成驱动索的输入轨迹,通过天线的运动学关系表达式,可以得到天线展开过程的运动输出轨迹。讨论通过改变贝塞尔曲线控制点位... 详细信息

针对空间可展开天线展开过程中冲击过大的问题,提出一种天线展开轨迹与控制系统集成设计方法。利用贝塞尔曲线合成驱动索的输入轨迹,通过天线的运动学关系表达式,可以得到天线展开过程的运动输出轨迹。讨论通过改变贝塞尔曲线控制点位置得到不同天线展开轨迹的可行性,继而为最优展开轨迹设计提供了依据。并基于天线的动力学分析,给出针对展开天线特点的控制系统设计方案。考虑展开轨迹和控制系统的耦合关系,基于优化的方法同时选择贝塞尔曲线控制点位置及控制器增益系数,达到减小天线在展开过程中所受冲击的目标。讨论优化过程中涉及的设计变量及约束方程表达式,该设计问题的求解方法,并给出了仿真步骤。结合典型算例的数值结果,说明该集成设计方法的有效性和合理性。

关键词：可展开天线展开过程控制集成设计

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大型轮轨天线座滚轮与轨道接触分析与试验研究

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现代雷达 2024年第7期46卷 77-82页

作者：张轶群南京电子技术研究所江苏南京210039

针对大型重载高精度轮轨天线座轨道在重载下的接触应力计算及轨道不同淬硬深度下的承载差异问题,分别采用经典Hertz理论和有限元法对冠型轮与平轨道的接触问题进行了分析计算,为验证计算结果的有效性,搭建了试验测试平台,在不同加载载... 详细信息

针对大型重载高精度轮轨天线座轨道在重载下的接触应力计算及轨道不同淬硬深度下的承载差异问题,分别采用经典Hertz理论和有限元法对冠型轮与平轨道的接触问题进行了分析计算,为验证计算结果的有效性,搭建了试验测试平台,在不同加载载荷下对轨道不同表面淬硬深度下轮轨接触斑大小和接触面变形进行了测量,并对计算结果与试验结果进行了对比分析,对静载下轮轨的承载能力、损坏形式及不同淬硬深度的影响进行了试验评估及分析,探讨了弹性接触理论与与实际加载测试结果的差异问题。相关仿真和试验方法为产品研发提供了重要参考。

关键词：轮轨天线座冠型轮接触分析 Hertz接触理论有限元分析

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