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基于啁啾极化晶体的中红外上转换成像研究

红外与激光工程 2024年第3期53卷 52-60页

作者：韩赵其智葛正王小骅周志远史保森中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室安徽合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院安徽合肥230026

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下... 详细信息

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下,将中红外波段的光场信息高效、高保真地迁移到可见光域进行探测。通过建立简单的物理模型,理论上讨论了啁啾极化晶体参数对上转换成像性能的影响,并进行了数值仿真;通过实验进一步研究了啁啾晶体上转换方法在转换带宽、成像视场等成像关键参数上的优势,实验结果与理论计算值吻合较好。通过上转换方法,演示了相干光与非相干光照明条件下目标探测,实现了相干光照明下的光学边缘增强成像和非相干照明下的热辐射目标识别。这一工作对基于啁啾晶体的上转换成像系统的理解、设计和实际应用具有重要参考价值。

关键词：中红外成像上转换啁啾极化晶体带宽效率

海洋4A散射计幅相校正算法FPGA优化实现

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系统工程与电子技术 2024年第8期46卷 2554-2562页

作者：刘永庆刘鹏云日升张祥坤王特中国科学院国家空间科学中心中国科学院微波遥感技术重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100048

海洋4A散射计将是世界上首个采用相控阵数字波束合成体制的星载微波散射计。其中,相控阵散射计高精度测量的实现依赖于散射计系统中各通道的一致性,因此需要实时对各通道的幅度和相位进行校正,以确保阵列能够正确地合成所需的波束。针... 详细信息

海洋4A散射计将是世界上首个采用相控阵数字波束合成体制的星载微波散射计。其中,相控阵散射计高精度测量的实现依赖于散射计系统中各通道的一致性,因此需要实时对各通道的幅度和相位进行校正,以确保阵列能够正确地合成所需的波束。针对此问题,提出了一种相控阵散射计通道幅相实时校正算法,所提算法采用现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)实现,利用FPGA的并行处理能力和高速性能,对接收到的信号进行实时处理,实现了通道的幅度和相位校准。仿真、FPGA硬件调试以及实测数据分析表明,所提算法能够有效地对通道进行幅相校正,其校正的幅度和相位平均误差小于1%;所提算法提高了数字波束合成的性能,为相控阵散射计的高精度测量提供了可行性。

关键词：海洋4A卫星现场可编程门阵列相控阵散射计幅相校正算法

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数值模拟超高密度热流下红外窗口材料的受热冲击

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 862-873页

作者：杨国健孙鹏王跃忠李莎莎朱彤彭志勇廉伟艳杨国永杨科宋惠刘华松江南中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201 天津津航技术物理研究所天津市薄膜光学重点实验室天津300192

超高速飞行器光电探测技术对红外窗口材料提出了苛刻要求,通过数值模拟,研究了超高密度热流(3~8 MW/m^(2)、时间5 s)作用下,尺寸为φ50 mm×2 mm的蓝宝石、硫化锌(ZnS)及金刚石3种红外窗口材料在倾斜角10°~90°极端工况下的表面温度、... 详细信息

超高速飞行器光电探测技术对红外窗口材料提出了苛刻要求,通过数值模拟,研究了超高密度热流(3~8 MW/m^(2)、时间5 s)作用下,尺寸为φ50 mm×2 mm的蓝宝石、硫化锌(ZnS)及金刚石3种红外窗口材料在倾斜角10°~90°极端工况下的表面温度、热应力及其分布,并比较了有、无制冷的影响。系统分析了在面临超高密度热流时,红外窗口材料的使役性能,以及对材料的性能要求,并比较了3种材料的差别。结果表明,与金刚石相比,蓝宝石、ZnS等传统红外材料由于导热性能相对较差,受热冲击时热量在短时间内来不及疏散,导致窗口温度过高或热应力过高而失效。无论有无制冷,从驻点温度方面进行分析,蓝宝石小于ZnS;从热应力来看,蓝宝石大于ZnS。由于它们的热导率低[<30 W/(m·℃)],并不非常适用于超高热流环境,制冷反而可能带来更高的失效风险。金刚石由于超高的热导率[约为2 000 W/(m·℃)],窗口温度相对更低、热应力更小且分布更均匀,极大减轻了窗口失效风险,且制冷条件下其优势十分明显,能够满足8 MW/m^(2)超高密度热流极端工况要求。相关研究可为新一代超高速飞行器红外窗口的设计、选材及应用提供了参考。

关键词：数值仿真红外窗口材料超高速飞行器热流金刚石

新一代帕洛马天文台光谱仪的虚拟刀口欠采样像质测量方法

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光子学报 2024年第4期53卷 11-19页

作者：汤丽峰胡中文陈儒周楠季杭馨中国科学院南京天文光学技术研究所南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京210042 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135

天文光谱仪的成像质量可用点扩散函数或线扩散函数来表征,但其相对于光谱仪探测器通常为欠采样,很难直接测量。在新一代帕洛马天文台光谱仪的像质测试中引入虚拟刀口法进行光源物面扫描,并应用虚拟刀口法开展欠采样光谱仪像质及光源尺... 详细信息

天文光谱仪的成像质量可用点扩散函数或线扩散函数来表征,但其相对于光谱仪探测器通常为欠采样,很难直接测量。在新一代帕洛马天文台光谱仪的像质测试中引入虚拟刀口法进行光源物面扫描,并应用虚拟刀口法开展欠采样光谱仪像质及光源尺度测量,通过模拟和实验研究,对比分析过采样经典直边刀口法和过采样直接测量方法,验证了虚拟刀口法具有良好的测量精度。在693 nm处,直边刀口法测得光谱仪过采样线扩散函数的半高全宽为7.05μm,虚拟刀口法测量欠采样线扩散函数的半高全宽为7.14μm,测量误差为1.3%。在0.3"视场的光源尺度下,虚拟刀口法测得689、693、701 nm欠采样线扩散函数的半高全宽分别为24.2、27.7、30.8μm,以过采样直接测量结果为参考,其测量准确度分别为98.3%,93.9%和88.8%。实验结果表明,探测器成像严重欠采样时,采用光源物面扫描的虚拟刀口法可准确测量光谱仪的成像质量,该方法结合色散系数还可实现光谱仪分辨率的测量,相关研究工作可为天文光谱仪像质的直接测量提供借鉴。

关键词：点扩散函数线扩散函数虚拟刀口欠采样成像像质测量

冷轧中锰钢的再结晶调控及其对力学性能的影响

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金属学报 2024年第2期60卷 189-200页

作者：胡宝佳郑沁园路轶贾春妮梁田郑成武李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢... 详细信息

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢多样化残余奥氏体形成及其力学性能的影响。结果表明,通过在不同温度预先调控冷轧中锰钢中的铁素体再结晶,可获得由不同比例的等轴状再结晶铁素体和马氏体组成的双相细晶组织。经常规退火处理后,在终态组织中形成了不同体积分数的超细晶再结晶铁素体和呈等轴状/板条状形貌的多样化细晶残余奥氏体,使中锰钢在拉伸变形过程中表现出多样化的TRIP效应,在提升冷轧中锰钢强塑性能的同时,其Lüders变形也获得改善。

关键词：冷轧中锰钢铁素体再结晶残余奥氏体 TRIP效应力学性能

基于恒电容表面络合模型预测土壤中As(Ⅴ)吸附行为研究

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 278-284页

作者：薛沁李焱郁何敏王玉军中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室(南京土壤所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

吸附是控制As在土壤中迁移的重要过程之一,为了预测As(Ⅴ)在土壤中的吸附过程,使用恒电容表面络合模型(CCM)模拟As(Ⅴ)在土壤中的吸附行为,获取As(Ⅴ)在土壤上吸附的表面络合常数,建立土壤基本理化性质(pH、有机质、碳酸钙、无定形铁/铝... 详细信息

吸附是控制As在土壤中迁移的重要过程之一,为了预测As(Ⅴ)在土壤中的吸附过程,使用恒电容表面络合模型(CCM)模拟As(Ⅴ)在土壤中的吸附行为,获取As(Ⅴ)在土壤上吸附的表面络合常数,建立土壤基本理化性质(pH、有机质、碳酸钙、无定形铁/铝/锰、总铁)与As(Ⅴ)表面络合参数的线性回归模型,以阐明As在土壤中吸附的主控因子。结果显示,As(Ⅴ)在不同类型的土壤中表现出不同的吸附特征,恒电容模型能够很好地模拟As(Ⅴ)在不同pH下的吸附特性(R^(2)为0.71~0.96),通过CCM模型拟合得到As(Ⅴ)在土壤表面的3个表面络合常数,绝大部分土壤lg K_(1)比lg K_(2)和lg K_(3)的值要大,说明As(Ⅴ)在土壤中的吸附相较于单齿络合物更偏向于形成双齿双核的络合物。As(Ⅴ)表面络合常数与土壤性质间的回归分析结果表明,As(Ⅴ)表面络合常数主要受土壤pH和无定形铁、无定形锰含量的影响。为了进一步验证上述线性模型的普适性,利用文献数据中土壤性质数据预测不同土壤上As(Ⅴ)的表面络合常数,并结合CCM模型预测了As(Ⅴ)在文献土壤中的吸附量,预测值和实测值具有很好的相关性,说明该模型具有一定的普适性。

关键词：表面络合模型 As(Ⅴ) 吸附恒电容模型广义复合模式

低信噪比下基于多元变分模态分解的水下蛙人特征提取

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声学学报 2024年第2期49卷 318-326页

作者：王仪许枫杨娟中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为提高低信噪比下对蛙人辐射噪声的提取能力,提出了一种矢量多通道信号的水下蛙人辐射噪声特征提取方法。首先针对矢量多通道信号使用多元变分模态分解,得到固有模态函数。然后选取能量最高的模态函数组作为研究对象,计算该模态函数组... 详细信息

为提高低信噪比下对蛙人辐射噪声的提取能力,提出了一种矢量多通道信号的水下蛙人辐射噪声特征提取方法。首先针对矢量多通道信号使用多元变分模态分解,得到固有模态函数。然后选取能量最高的模态函数组作为研究对象,计算该模态函数组互谱后的加权排列熵。最后提取加权排列熵频谱的蛙人特征量。海试结果表明,本方法可在无需先验信息情况下,提取由矢量水听器采集的蛙人信号特征,在检测率为80%的情况下抗噪能力较传统算法提升了10 dB。

关键词：蛙人特征提取多元变分模态分解加权排列熵低信噪比

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针对全海深载人潜水器的超短基线定位校正

机器人 2024年第3期46卷 351-360页

作者：熊长静杨波汪伟刘烨瑶李欣国潘锋中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室北京100190 中国科学院大学北京101408

针对全海深载人潜水器定位中,多基元超短基线定位系统中水听器安装偏差导致的定位精度下降问题,提出了一种定位校正方法。从超短基线定位的基本原理出发,分析基元在x、y方向的安装偏差对定位结果解算的影响,来提高超短基线定位精度。利... 详细信息

针对全海深载人潜水器定位中,多基元超短基线定位系统中水听器安装偏差导致的定位精度下降问题,提出了一种定位校正方法。从超短基线定位的基本原理出发,分析基元在x、y方向的安装偏差对定位结果解算的影响,来提高超短基线定位精度。利用上述分析结果,提出相位校正与Toeplitz校正相结合的校正方法,从而提高定位精度。通过仿真和实验证明,本文算法操作简单、易于实现、效果显著,有效提高了定位精度。

关键词：超短基线定位波达方向估计算法总体最小二乘-旋转不变子空间算法 Toeplitz校正相位校正

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青藏高原盐湖卤水中溴的分布特征及来源初探

湖泊科学 2024年第3期36卷 827-835页

作者：蔚昊学李庆宽都永生秦占杰樊启顺唐发满杨佺忠甘仁香山发寿袁秦中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源绿色高值利用重点实验室西宁810008 青海省盐湖地质与环境重点实验室西宁810008 中国科学院大学北京100049 五矿盐湖有限公司西宁810008

溴是完备工业体系的关键必备元素。盐湖卤水是溴的重要来源。青藏高原盐湖众多,富含钾、锂、硼等资源元素,开发潜力巨大。然而,目前针对青藏高原盐湖溴浓度、分布特征及其物源的研究仍然薄弱。本次研究采集了26个青藏高原盐湖表卤水样... 详细信息

溴是完备工业体系的关键必备元素。盐湖卤水是溴的重要来源。青藏高原盐湖众多,富含钾、锂、硼等资源元素,开发潜力巨大。然而,目前针对青藏高原盐湖溴浓度、分布特征及其物源的研究仍然薄弱。本次研究采集了26个青藏高原盐湖表卤水样品并分析其溴浓度,进一步总结其他64个已报道盐湖数据,系统分析了青藏高原盐湖溴浓度分布特征,并进一步探讨了溴的可能物源。结果表明:青藏高原盐湖表卤水溴分布在0.5~246.8 mg/L之间,平均为41.1 mg/L,其中,碳酸盐型盐湖卤水平均溴浓度最高(47.0 mg/L),且集中分布在高原南部,而氯化物型盐湖平均溴浓度最低(30.1mg/L),盐湖溴浓度呈现自南向北降低的趋势;青藏高原盐湖中溴有多种来源,高原南部富溴盐湖溴的来源可能主要与热泉补给有关,而柴达木盆地盐湖高溴来源可能主要与深部地层水(如油田水、背斜构造裂隙孔隙水、砂砾孔隙卤水、气田水等)补给有关。

关键词：青藏高原盐湖溴分布特征物源