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氧化物神经元器件及其神经网络应用

无机材料学报 2024年第4期39卷 345-358页

作者：李宗晓胡令祥王敬蕊诸葛飞中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 宁波工程学院电子与信息工程学院宁波315211 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心上海200031 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100029 浙江大学温州研究院温州325006

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计... 详细信息

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计算采用数据处理与存储一体架构,有望为开发低能耗、高算力的新型人工智能技术提供重要的硬件基础。人工神经元和人工突触作为神经形态计算系统的核心组成部分,是当前研究的前沿和热点。本文聚焦氧化物人工神经元,从神经元数学模型出发,重点介绍了基于氧化物电子器件的霍奇金–赫胥黎神经元、泄漏–累积–发射神经元和振荡神经元的最新研究进展,系统分析了器件结构、工作机制对神经元功能模拟的影响规律。进一步,根据不同尖峰发射动态行为,阐述了基于氧化物神经元硬件的脉冲神经网络和振荡神经网络的研究进展。最后,讨论了氧化物神经元在器件、阵列、神经网络等层面面临的挑战,并展望了其在神经形态计算等领域的发展前景。

关键词：氧化物神经元器件类脑计算神经形态计算人工神经网络综述

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融合轨道动力学的小行星探测器自主视觉定位

哈尔滨工业大学学报 2024年第5期56卷 19-27页

作者：樊铭瑞张世栋李运牛文龙彭晓东高辰杨震中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院复杂航天系统电子信息技术重点实验室(中国科学院国家空间科学中心) 北京100190 中国科学院大学北京100049

针对小行星探测器高精度自主视觉定位问题,提出了一种融合轨道动力学的深空探测器自主视觉定位方法,能修正视觉视觉定位与地图构建算法(simultaneous localization and mapping,SLAM)的定位误差。该方法通过融合轨道动力学的轨道改进技... 详细信息

针对小行星探测器高精度自主视觉定位问题,提出了一种融合轨道动力学的深空探测器自主视觉定位方法,能修正视觉视觉定位与地图构建算法(simultaneous localization and mapping,SLAM)的定位误差。该方法通过融合轨道动力学的轨道改进技术,能够在缺乏表面先验信息、无人工手动标记的场景下,实现探测器的高精度视觉导航,并建立小行星表面稠密三维模型。首先,基于视觉同时定位和建图方法(VSLAM)提取小行星表面特征,通过因子图优化算法估计探测器位姿,设计回环检测提高定位精度;其次,重构行星表面三维模型,实现基于多面体法的行星不规则引力场建模;最后,提出了一种基于轨道动力学的伪相对运动轨道优化算法,将其作为物理约束修正视觉定位累积误差,分析反演视觉初始定轨误差在轨道动力学中的传播过程,实现修正视觉定位累积误差,改善初始定位结果。仿真实验结果表明,融合轨道动力学可以有效提升小行星探测视觉定位的精度,从而实现高精度导航,为深空探测技术的未来发展提供参考借鉴。

关键词：深空探测自主导航轨道动力学视觉SLAM 状态估计

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激光距离选通三维成像技术研究进展(特邀)

红外与激光工程 2024年第4期53卷 23-41页

作者：王新伟孙亮张岳宋博夏晨昊周燕中国科学院半导体研究所光电系统实验室北京100083 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

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... 详细信息

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。

关键词：距离选通成像三维成像激光雷达激光相机雷达距离能量相关

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量子信息科技的发展现状与展望

物理学报 2024年第1期73卷 1-8页

作者：潘建伟中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥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合肥230026

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使... 详细信息

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使得以量子信息科学为代表的量子科技突飞猛进,标志着第二次量子革命的兴起.量子信息科技包括量子通信、量子计算、量子精密测量等方面,为保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等提供了革命性解决方案,可为国家安全和国民经济高质量发展提供关键支撑.经过近30年的发展,我国在量子信息科技领域整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃,在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位;在量子计算方面牢固占据国际第一方阵;在量子精密测量的多个方向进入国际领先或先进水平.当前,需要根据国家战略需求和国际竞争态势,做好未来5—10年我国在量子信息领域的发展重点研判,率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系.

关键词：量子通信量子计算量子精密测量

临近空间大气风场温度场卫星遥感技术研究综述

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红外与激光工程 2024年第7期53卷 57-77页

作者：何微微宿家瑞冯玉涛王后茂李昊天武魁军李发泉烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071

研究临近空间的风场和温度场对大气圈层之间的动量及能量传输、大气成分的输运以及大气环流的非线性突变有重要的科学意义,然而此区域的大气风温数据稀缺是国际亟待解决的难题之一。卫星遥感技术是获取大气风温信息的重要手段,然而受工... 详细信息

研究临近空间的风场和温度场对大气圈层之间的动量及能量传输、大气成分的输运以及大气环流的非线性突变有重要的科学意义,然而此区域的大气风温数据稀缺是国际亟待解决的难题之一。卫星遥感技术是获取大气风温信息的重要手段,然而受工程难度的限制,目前国际上针对临近空间风温遥感的卫星载荷十分有限。首先,概述了国际上具有代表性的大气风温卫星遥感载荷的发展现状。然后,系统性地综述了针对临近空间区域的近红外、长波红外和中波红外三类典型的风温遥感技术的研究进展;包括各观测目标源的光谱特性、载荷仪器的研制进展、以及风温探测能力;并讨论了各技术方案的优劣性。最后,对多种技术方案进行了对比汇总,为后续临近空间探测技术提供了参考和启示。展望未来临近空间星载风温遥感技术的发展趋势,着眼于风温遥感载荷的空间覆盖能力、时间连续性及探测精度、同时讨论载荷研制的工程难度,为临近空间风温遥感卫星研发和应用提供有效思路。

关键词：临近空间卫星遥感风温探测气辉辐射

高速脉冲位置调制对SNSPD 探测光子计数特性影响(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第7期61卷 150-159页

作者：吴晓薇杨雷展月英孙扬熊蛟王强中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 中国科学院大学北京100094

激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制(PPM)提升通信能量效率,并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中,超导纳米线单光子探测器(SNSPD)被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖... 详细信息

激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制(PPM)提升通信能量效率,并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中,超导纳米线单光子探测器(SNSPD)被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性,以及高速脉冲信号的拖尾现象,对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响,并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析,提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法,所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差,提升系统误码率。

关键词：自由空间光通信深空激光通信脉冲位置调制单光子探测器

高速脉冲位置调制对SNSPD探测光子计数特性影响（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第7期 158-167页

作者：吴晓薇杨雷展月英孙扬熊蛟王强中国科学院空间应用工程与技术中心中国科学院大学

激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制（PPM）提升通信能量效率，并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时... 详细信息

激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制（PPM）提升通信能量效率，并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性，以及高速脉冲信号的拖尾现象，对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响，并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析，提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法，所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差，提升系统误码率。

关键词：自由空间光通信深空激光通信脉冲位置调制单光子探测器

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6kHz线宽干涉滤光片型外腔半导体激光器

激光与光电子学进展 2024年

作者：杨钰炜胡笛叶美凤熊恒龚浪浪陶艾龙方苏汪凌珂艾迪李琳许忻平徐震徐凭冯吉军刘亮李唐中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部王之江激光创新中心中国科学院大学材料科学与光电子工程中心上海理工大学光电信息与计算机工程学院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中心中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室

本文提出一种用于星载锶光钟超稳激光光源的窄线宽1397nm滤光片型外腔半导体激光器(IF-ECDL)，采用一体化的激光器构型以及殷钢材料腔体，实现了对激光器运行过程中的温度波动及机械振动等技术噪声的有效抑制。测量与分析结果表明该激... 详细信息

本文提出一种用于星载锶光钟超稳激光光源的窄线宽1397nm滤光片型外腔半导体激光器(IF-ECDL)，采用一体化的激光器构型以及殷钢材料腔体，实现了对激光器运行过程中的温度波动及机械振动等技术噪声的有效抑制。测量与分析结果表明该激光器的线宽约为6 kHz，接近激光器电流源噪声决定的线宽极限，是目前已报道的线宽最窄的分立元件型外腔半导体激光器。此外，其输出功率大于60m W,PZT连续频率调谐范围大于11GHz，同时具有很高的功率与频率稳定性，除了星载光钟应用外，该激光器也将适用于精密测量、量子物理等其他具有窄线宽激光光源需求的应用场景。

关键词：激光光学外腔二极管激光器干涉滤光片窄线宽

基于Savitzky-Golay滤波和互模糊函数的时频差参数估计算法

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系统工程与电子技术 2024年

作者：张游黄永辉李志豪崔天舒王竹刚中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室中国科学院大学电子电气与通信工程学院中国科学院大学计算机科学与技术学院中国航天科技创新研究院

针对低轨小卫星天线尺寸小，增益小，在低信噪比下时频差参数估计值精度不高，以及噪声之间的相关性影响参数估计准确度的问题，提出了一种基于Savitzky-Golay平滑滤波和互模糊函数的联合估计算法。首先对信号进行Savitzky-Golay平滑滤... 详细信息

针对低轨小卫星天线尺寸小，增益小，在低信噪比下时频差参数估计值精度不高，以及噪声之间的相关性影响参数估计准确度的问题，提出了一种基于Savitzky-Golay平滑滤波和互模糊函数的联合估计算法。首先对信号进行Savitzky-Golay平滑滤波以削弱噪声，然后，在结合滑窗分段处理的同时，利用高阶累积量消除相关性的噪声带来的影响，最后搜索互模糊函数峰值得到时频差估计值。仿真结果表明，在-5dB信噪比条件下，相较于二阶互模糊函数算法，该算法能够使时差估计精度提高3.3%，频差估计精度提高1.5%。因此，在较低信噪比等非理想信号环境下，该算法能够有效提升参数估计精度。

关键词：参数估计 Savitzky-Golay滤波互模糊函数高阶累积量滑窗