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分布式星群中的协同计算卸载与资源分配

宇航学报 2024年第6期45卷 970-982页

作者：刘津宇姜兴龙胡海鹰梁广中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 中国科学院大学北京100049 上海微小卫星工程中心上海201203

在分布式星群在轨建造、维修的全天基场景中,星群动态性大,时延敏感类(A类)与时延容忍类(B类)任务由资源受限的终端卫星并发产生,而传统的天地协同卸载场景中不考虑卫星动态性和任务类型的多样性。针对全天基场景的需求,构建了一种分布... 详细信息

在分布式星群在轨建造、维修的全天基场景中,星群动态性大,时延敏感类(A类)与时延容忍类(B类)任务由资源受限的终端卫星并发产生,而传统的天地协同卸载场景中不考虑卫星动态性和任务类型的多样性。针对全天基场景的需求,构建了一种分布式星群边缘计算架构,提出了一种差分自适应奖励系统DDPG(DARS-DDPG)算法。通过将差分自适应奖励系统引入传统DDPG算法,使算法在学习过程中能够区分出不同类型任务的重要性,并自适应调整两类任务的惩罚系数,使两类任务的完成率达到最高。仿真表明,DARS-DDPG学习出的策略相较于基线策略以及传统DDPG学习出的策略,在任务时延以及A、B类任务完成率上都有大幅提升。

关键词：计算卸载资源分配卫星集群深度强化学习

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精密柔性角度调节机构的几何非线性建模分析

机械设计 2024年第9期 119-125页

作者：赵高峰祝万钱金利民薛松中国科学院上海应用物理研究所中国科学院上海高等研究院中国科学院大学

为同步辐射关键光学设备，文中优化设计了一种精密圆盘式柔性角度调节机构，柔性铰链采用直梁圆角形，既可以实现微纳弧度级的高精度，又能有较大的转角范围。对该角度调节机构在较大转角时产生几何非线性的因素进行分析，建立分段式边... 详细信息

为同步辐射关键光学设备，文中优化设计了一种精密圆盘式柔性角度调节机构，柔性铰链采用直梁圆角形，既可以实现微纳弧度级的高精度，又能有较大的转角范围。对该角度调节机构在较大转角时产生几何非线性的因素进行分析，建立分段式边界约束模型，采用数值分析方法求解。同时，建立了增量型更新拉格朗日法的非线性平衡方程，采用牛顿-拉普森方法对平衡方程进行迭代求解。采用两种方法分析了机构的输出角度与输入载荷的非线性关系，以及考虑非线性时柔性铰链中心的漂移，并通过有限元的非线性与线性分析对比，研究了非线性对机构输出角度和最大应力的影响。结果表明：建立两种模型分析吻合度较好，该角度调节机构呈强非线性，可实现的最大安全调节角度为1.6°,分析证明了为机构设计建立的非线性模型的准确性和有效性。

关键词：直梁圆角形柔性铰链角度调节几何非线性边界约束有限元分析

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合成生物学赋能:从学科发展到产业转化

中国科学院院刊 2024年第5期39卷 851-861页

作者：熊燕马雪晴陈大明刘晓赵国屏中国科学院上海营养与健康研究所上海生命科学信息中心上海200031 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海营养与健康研究所生物医学大数据中心上海200031 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032

合成生物学通过引入工程科学“自下而上”认识生命体系的理念,在生命科学研究中采用“设计—构建—测试—学习”迭代的研究范式,并在基因组和系统生物学的基础上,构建工程化的新生命体系,为生命科学提供了“从创造到理解”的新途径,不... 详细信息

合成生物学通过引入工程科学“自下而上”认识生命体系的理念,在生命科学研究中采用“设计—构建—测试—学习”迭代的研究范式,并在基因组和系统生物学的基础上,构建工程化的新生命体系,为生命科学提供了“从创造到理解”的新途径,不仅颠覆了从整体到局部的“格物致知—还原论”的传统研究策略,还开启了理解生命本质的“建物致知”新文化。同时,合成生物学将生物技术由“模拟自然过程”和“遗传工程改造”上升至“定量理性设计”和“标准化构建测试”的高度,推动生物工程和代谢工程朝着对标生命过程的高效率、普适性的工程化“重编程”,甚至是“从头构建”的新高度,以实现“建物致用”的目标。文章梳理了合成生物学近年来在生命科学基础研究中“建物致知”方面的重要进展,列举了其在化工、医药、食品、环境等应用领域中“建物致用”的具体案例,展现了合成生物学对人类社会全面发展正在发挥的重大影响,强调了为确保合成生物学的健康、快速发展,构建会聚生态系统与治理体系的重要性。

关键词：合成生物学赋能会聚创新生态系统

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基于相位调制的高相干光源照明匀化方法

物理学报 2024年第15期73卷 59-70页

作者：魏嘉昕沙鹏飞方旭晨卢增雄李慧谭芳蕊吴晓斌中国科学院微电子研究所光电技术研发中心北京100029 中国科学院大学北京100049

蝇眼透镜被用于高相干性激光的整形匀化时,会产生多子光束干涉现象导致照明面光强呈现梳状分布.本文建立了一种蝇眼随机相位调制匀化系统仿真模型,对蝇眼透镜子光束进行随机相位调制,并统计平均多次照明光强.理论和仿真分析证明该方法... 详细信息

蝇眼透镜被用于高相干性激光的整形匀化时,会产生多子光束干涉现象导致照明面光强呈现梳状分布.本文建立了一种蝇眼随机相位调制匀化系统仿真模型,对蝇眼透镜子光束进行随机相位调制,并统计平均多次照明光强.理论和仿真分析证明该方法可以有效地消除干涉图案,提高照明均匀性.进一步展示了蝇眼透镜子孔径和焦距对该系统匀化效果的影响,并通过优化系统参数和结构,减弱了蝇眼透镜衍射效应的影响,提高了匀化效果,最终在100 mm^(2)的方形区域内实现了不均匀性小于1.2%的均匀照明.

关键词：高相干光匀化蝇眼透镜相位调制

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高帧频面探测器分布式数据获取软件研究

核技术 2024年第10期47卷 109-117页

作者：商琨琳李正恒鞠旭东周悦怀平刘志上海科技大学中国科学院上海高等研究院

高帧频面探测器是上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate xfel and Extreme light facility,SHINE）上主要成像类实验站的核心探测器，其预计数据通量将达到20 GB·s-1以上。对于几十GB·s-1原始数据流的实时接... 详细信息

高帧频面探测器是上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate xfel and Extreme light facility,SHINE）上主要成像类实验站的核心探测器，其预计数据通量将达到20 GB·s-1以上。对于几十GB·s-1原始数据流的实时接收和处理，传统单机系统很难应对。本文提出了一种多节点分布式面探测器数据获取和处理软件架构。首先，研究了不同网络库的性能，采用同步传输和CPU线程绑定等方法实现了接近3 GB·s-1的单线程数据接收速率；依据X射线脉冲编号（Bunch ID）进行各模块数据的多节点分发与合并，采用4个节点实现了约23.5 GB·s-1的并行事例重建速率；进一步，对数据刻度和压缩算法进行了实现和测试，结合bitshuffle和LZ4压缩算法，实现了约5.7倍的压缩率。本文验证了多节点分布式的并行数据获取方法的可行性，为后续面探测器高通量数据获取软件的开发打下基础。

关键词：面探测器数据获取数据压缩高帧频分布式计算

基于匀光管的极紫外消相干和光强均匀化仿真研究

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物理学报 2024年第11期73卷 133-144页

作者：李慧谭芳蕊尹皓玉马钺洋吴晓斌中国科学院微电子研究所光电技术研发中心北京100029 中国科学院大学北京100049

自由电子激光光源(free electron laser,FEL)可发出波长为13.5 nm的极紫外(extreme ultra-violet,EUV)辐射,在EUV光刻领域能够发挥重要作用.但FEL自身的高相干特性以及类高斯光强轮廓分布特征,会对成像带来不利影响,无法满足EUV光刻领... 详细信息

自由电子激光光源(free electron laser,FEL)可发出波长为13.5 nm的极紫外(extreme ultra-violet,EUV)辐射,在EUV光刻领域能够发挥重要作用.但FEL自身的高相干特性以及类高斯光强轮廓分布特征,会对成像带来不利影响,无法满足EUV光刻领域成像应用需求.本文通过计算模拟的方法,设计了一种匹配FEL应用的、用于EUV波段去相干和光强均匀化的新型匀光管结构.模拟结果显示,针对波长为13.5 nm、直径200μm、发散度20 mrad的FEL-EUV高斯光束,采用新型匀光管结构,与常规匀光管结构相比,在同等长度和内径时,具有更显著的去相干能力和光场均匀化作用.当新型匀光管内径为1 mm、总长度不低于0.6 m、倾斜角度为10 mrad时,高相干光场完全被扰乱,实现低相干光输出.并可获得均匀照明光场,光强分布不均匀性数值从常规圆柱型匀光管的28.38降低至0.97.同时,相应能量传输效率为37.6%,最大传输效率达到44.58%.结果表明,新型匀光管结构能够满足EUV辐射去相干应用需求,同时可提高照明视场光强分布均匀性,在EUV光刻领域及其他成像应用具有很大应用前景.

关键词：极紫外光源自由电子激光匀光管相位光强均匀性

基于多图超分辨率重建的精细导星仪星点质心定位精度提升方法

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 306-314页

作者：王雯蕊张泉高源蓬房陈岩尹达一中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

精细导星仪的星点质心定位精度决定了空间天文望远镜的视轴姿态解算精度,为了提升精细导星仪的星点质心定位精度,提出了一种基于深度小波循环神经网络的星图超分辨率重建方法。首先,借助微扫描技术获取亚像素错位低分辨率星图序列,采用... 详细信息

精细导星仪的星点质心定位精度决定了空间天文望远镜的视轴姿态解算精度,为了提升精细导星仪的星点质心定位精度,提出了一种基于深度小波循环神经网络的星图超分辨率重建方法。首先,借助微扫描技术获取亚像素错位低分辨率星图序列,采用小波编码器提取低分辨率星图的小波域特征,通过小波系数约束低分辨率星图的噪声,并将亚像素错位星图序列配准过程融入到网络学习中。其次,利用卷积门循环神经单元对所提取的多星图序列特征进行融合。最后,使用逆小波解码器对多特征融合模块输出的小波域特征进行解码,从而实现基于低分辨率星图序列的去噪与超分辨率重建。实验结果表明,分别采用平方加权质心法求取原始星图和超分辨率重建后星图中的各星点的质心位置,相比于前者,后者的各星点平均质心定位精度和稳定度在X方向分别提升了64.76%和19.15%,在Y方向分别提升了75.35%和26.14%。

关键词：精细导星仪星点质心定位超分辨率重建小波信号处理卷积门循环神经网络

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轻量化的端到端非合作目标位姿估计方法

激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 409-417页

作者：刘佳辉张永合张文秀中国科学院微小卫星创新研究院上海201304 中国科学院大学北京100049

针对空间非合作目标六自由度位姿估计问题,基于卷积神经网络设计一种轻量化网络LSPENet,无须手动设计特征便可实现端到端的位姿估计。使用深度可分离卷积、高效通道注意力(ECA)机制构成基本模块,兼顾了网络的复杂度和准确度。设计两个... 详细信息

针对空间非合作目标六自由度位姿估计问题,基于卷积神经网络设计一种轻量化网络LSPENet,无须手动设计特征便可实现端到端的位姿估计。使用深度可分离卷积、高效通道注意力(ECA)机制构成基本模块,兼顾了网络的复杂度和准确度。设计两个分支分别用于估计位置和姿态,位置估计使用直接回归法,姿态估计引入软分配编码。在URSO数据集的实验结果表明:姿态软分配编码相比直接回归姿态能够显著减小姿态误差;相比其他端到端位姿估计网络,所提网络的参数量减少76.7%,单幅推理时间降低13.3%,同时位置估计精度提高54.6%,姿态估计精度提高57.8%。实现的轻量化端到端位姿估计网络为星载单目视觉位姿估计提供了新思路。

关键词：图像处理卷积神经网络位姿估计非合作目标软分配编码

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开源虚拟平台在加速器控制系统中的应用

核电子学与探测技术 2024年第3期44卷 474-478页

作者：米清茹阎映炳陈广花缪海峰丁建国中国科学院上海高等研究院上海201204

在中国科学院上海高等研究院光源科学中心已建和正在建设中的多个加速器工程中,运行环境是控制系统的运行平台和调试操作平台,运行环境的可靠性和稳定性是保证控制系统可靠稳定运行的必要手段,也是运行调试人员顺畅和安全操作的前提。... 详细信息

在中国科学院上海高等研究院光源科学中心已建和正在建设中的多个加速器工程中,运行环境是控制系统的运行平台和调试操作平台,运行环境的可靠性和稳定性是保证控制系统可靠稳定运行的必要手段,也是运行调试人员顺畅和安全操作的前提。使用虚拟系统搭建的运行环境,不仅可以满足7×24h的长期稳定运行,也可以满足系统的扩展灵活性。为了更深入地研究和掌握虚拟系统架构,在硬X射线自由电子激光装置2号测试大厅中基于开源Proxmox虚拟系统建立了加速器控制系统运行环境平台,包括虚拟网络、超融合存储系统、虚拟服务器和虚拟IOC等,目前这套系统运行稳定,证实了Proxmox虚拟系统在加速器控制系统运行环境中应用的可行性。

关键词：控制系统运行环境虚拟系统