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月球南极尘埃等离子体环境特性

物理学报 2024年第15期73卷 133-140页

作者：李梦谣夏清蔡明辉杨涛许亮亮贾鑫禹韩建伟中国科学院国家空间科学中心空间天气国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft ... 详细信息

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft plasma interactions software)软件,仿真研究了月球南极0—200 m高度范围的等离子体和月尘的空间分布情况及月面充电特性,揭示了月面附近尘埃等离子体环境特征及悬浮在月面附近的带电月尘对等离子体环境的影响.仿真结果与Apollo探测数据和Popel团队的理论数据吻合.研究结果:表明空间电位随着高度升高而增加,月球南极附近0—10 m电位约为–40 V,在100 m处空间电位约为–20 V;在10 m以下高度范围内月尘密度为10^(7.22)—10^(4.66) m^(–3);月表附近尘埃等离子体中的电子密度为10^(5.47) m^(–3),离子密度为10^(6.07) m–3,并随着高度升高而增大;带电月尘会影响月尘的空间分布,主要是通过影响空间电场的分布,进而导致电子分布差异,对离子的影响不大.

关键词：月球南极尘埃等离子体环境 SPIS 仿真月面电位分布

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深度展开网络的高光谱异常探测

遥感学报 2024年第1期28卷 69-77页

作者：李晨玉洪丹枫张兵中国科学院空天信息创新研究院北京100094 东南大学数学学院南京210089 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

在现有基于物理模型的高光谱异常探测HAD(Hyperspectral Anomaly Detection)方法中,低秩表示LRR(Low-Rank Representation)模型以其强大的背景和目标特征分离能力而受到广泛的关注和采用。然而,由于依赖手动参数的选择以及较差的泛化性... 详细信息

在现有基于物理模型的高光谱异常探测HAD(Hyperspectral Anomaly Detection)方法中,低秩表示LRR(Low-Rank Representation)模型以其强大的背景和目标特征分离能力而受到广泛的关注和采用。然而,由于依赖手动参数的选择以及较差的泛化性,导致其实际应用受到限制。为此,本文将LRR模型与深度学习技术相结合,提出了一种新的适用于HAD的基础深度展开网络,称为LRR-Net。该方法借助交替方向乘法ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers)优化器高效地求解LRR模型,并将其求解步骤耦合至深度网络中以指导其搜索过程,为深度网络提供了一定的理论基础,具有较强的可解释性。此外,LRR-Net以端到端的方式将一系列正则化的参数转换为可学习的网络参数,从而避免了手动调参。4组不同的高光谱异常探测实验证明了LRR-Net的有效性,与其他无监督的异常探测方法相比,LRR-Net具有较强的泛化性和鲁棒性,能够提高HAD的精度。

关键词：高光谱遥感影像异常探测深度展开低秩表示(LRR) 交替方向乘子法(ADMM)

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基于低频外差干涉的光纤环形器重合度检测

物理学报 2024年第8期73卷 138-147页

作者：戴玉张文喜孔新新沈杨翊徐豪张晓强中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学光电学院北京101400

光纤点衍射环形器是激光相干多普勒测振系统中光纤光路和空间光光路耦合的关键器件,其耦合效率等性能参数对测振系统测量准确度和测量距离的提升具有重要意义.常规环形器重合度检测采用能量监测法和远场重合度监测法,不能对光纤失配因... 详细信息

光纤点衍射环形器是激光相干多普勒测振系统中光纤光路和空间光光路耦合的关键器件,其耦合效率等性能参数对测振系统测量准确度和测量距离的提升具有重要意义.常规环形器重合度检测采用能量监测法和远场重合度监测法,不能对光纤失配因素进行定量分析,环形器耦合效率的一致性无法保障.针对上述问题,提出了一种基于低频外差干涉的相位检测技术,利用干涉相位信息进行光纤相对姿态解算,可有效解决光纤环形器重合度定量检测的问题.对不同光纤相对姿态形成的干涉波前进行了仿真分析和实验验证,给出了光纤相对横向位移、纵向位移和光轴偏离角度与干涉相位PV(peak-to-valley)值、Zernike系数和环形器耦合效率间的规律,实现了干涉相位到光纤失配因素的分离解算,解算结果可指导光纤相对姿态的调整.最后通过实验验证了该技术的可行性,结果表明该技术对于光纤横向位移的检测精度优于1μm,为提升光纤环形器重合度提供了新的检测途径.

关键词：光纤失配对准误差外差干涉测量耦合效率

InSb光栅耦合的太赫兹表面等离激元共振传感方法

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物理学报 2024年第9期73卷 287-296页

作者：陈钇成张成龙张丽超祁志美中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

仿真设计了一种光栅耦合型太赫兹(THz)表面等离激元(SPP)共振生化传感结构,该结构通过在锑化铟(InSb)基底表面刻蚀亚毫米光栅形成.基于波矢匹配方程的仿真结果表明,当TM偏振的THz平行波束以30°入射角照射到光栅区间时,光栅的–1和+1级... 详细信息

仿真设计了一种光栅耦合型太赫兹(THz)表面等离激元(SPP)共振生化传感结构,该结构通过在锑化铟(InSb)基底表面刻蚀亚毫米光栅形成.基于波矢匹配方程的仿真结果表明,当TM偏振的THz平行波束以30°入射角照射到光栅区间时,光栅的–1和+1级THz衍射波束能够分别激励传播方向相反的低频SPP和高频SPP.由于采用商业THz时域谱装置可以准确测量低频SPP,本文系统地分析了低频SPP的共振和传感特性对光栅结构参数的依赖关系.仿真结果表明:InSb光栅耦合的THz-SPP共振传感芯片的折射率灵敏度随光栅周期的增大而减小;当光栅周期为120μm、入射角为30°时,折射率灵敏度为1.05 THz/RIU,在此条件下,传感芯片不能对生物分子单分子吸附层作出可探测的响应,究其原因是,低频SPP的消逝场穿透深度远大于生物分子尺寸,致使两者相互作用不足.为了探测生物分子,仿真分析了多孔薄膜覆盖InSb光栅的增敏方法.多孔薄膜具有分子富集作用,能够将THz表面波与生物靶标的相互作用从单分子尺度扩展至整个薄膜厚度,从而提高传感器的生物检测灵敏度.以酪氨酸吸附为例的仿真结果表明,当InSb光栅表面覆盖厚度为120μm、孔隙率为0.4的多孔聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜后,其吸附灵敏度为0.39 THz/单位体积分数.

关键词：太赫兹表面等离激元共振 InSb光栅生化传感多孔材料

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一种空间细胞实验显微图像增强方法

红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 288-294页

作者：李媛媛袁永春阮丽华赵青青张涛中国科学院上海技术物理研究所上海200083 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100049

高图像质量对于空间细胞实验至关重要,因为需要具备远程清晰监控的能力来把握实验进程和方向。然而,在空间实验中,由于空间限制和环境因素的影响,成像设备在一些性能方面受到比较强的约束,这直接影响了成像质量和对培养目标的观察。地... 详细信息

高图像质量对于空间细胞实验至关重要,因为需要具备远程清晰监控的能力来把握实验进程和方向。然而,在空间实验中,由于空间限制和环境因素的影响,成像设备在一些性能方面受到比较强的约束,这直接影响了成像质量和对培养目标的观察。地面的分析需要对图像进行特征提取和计数等任务,但光照不均会严重影响分割效果。为此,本文提出了一种名为STAR-ADF的方法,实验结果证明该方法能够有效去除噪声、均衡光照,增强评价指标较原图提升了12.5%,并具有一定的鲁棒性。

关键词：微重力细胞培养光照不均图像增强

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中华文明起源的地理学透视

地理学报 2024年第7期79卷 1631-1646页

作者：张百平姚永慧刘俊杰李佳宇蒋娅中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学北京100049

地理环境对世界文明起源和历史演进具有深远的影响,特别是中华文明在长江与黄河之间的广阔地理空间上发生与扩展,与地理环境之间具有更为复杂而深厚的联系。但如何从地理学角度解读中华文明的起源与演进还极为少见。本文根据近年对中国... 详细信息

地理环境对世界文明起源和历史演进具有深远的影响,特别是中华文明在长江与黄河之间的广阔地理空间上发生与扩展,与地理环境之间具有更为复杂而深厚的联系。但如何从地理学角度解读中华文明的起源与演进还极为少见。本文根据近年对中国南北过渡带的综合考察,新石器遗址文化的空间关系分析,先秦及秦汉文献的解读,得到如下结论:(1)新石器时代大地湾文化、仰韶文化、马家窑文化及龙山文化的地理分布,揭示了中华早期文明最先在西汉水流域与渭河上游地区出现,并且具有明显的自西向东演进的趋势;(2)青藏高原与嘉陵江之间的西秦岭地区,尤其是内部的成徽盆地和西礼盆地,气候适度、资源丰厚和安全稳定,为文明的产生和发展提供了几乎所有的条件,应该是中华文明孕育的关键地区;(3)实地调查和分析表明,氐羌民族的核心区域、古昆仑原型山以及大禹治水的具体位置等与中华文明起源有重大关系的三大谜团,都与西秦岭有密切的关系;(4)秦人从大禹治水时期走上历史舞台,在多次起落和兴衰中,积累了先进的治水方法,修建了中国史上最宏大的治水工程——都江堰、郑国渠、灵渠等,开启了“书同文”和“郡县制”,促进了华夏社会经济的全面发展,形成了中华文明起源与早期演进的主体脉络;(5)西秦岭地区目前基本上还是中国考古和历史研究的偏弱地区,建议今后对西秦岭地区进行系统、深刻的考古和历史文化研究,以推动中华文明探源工程早日实现突破。

关键词：中华文明起源西秦岭西汉水成徽盆地古昆仑山

基于辐射传输模型探究机载高光谱激光雷达的植被垂直生化组分探测能力

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 2083-2092页

作者：郝一硕牛沂芳王力毕恺艺中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室(中国科学院)北京100101 中国科学院大学北京100049

自然环境下的植被群落,由于各种群之间以及种群与环境间的竞争与选择,常呈现出一定的垂直结构,对于同一植株的不同生长阶段,在垂直方向也有着不同的生理生化参数。对这种三维立体分布特征进行探测,能够进行生态环境立体化定量评价,对森... 详细信息

自然环境下的植被群落,由于各种群之间以及种群与环境间的竞争与选择,常呈现出一定的垂直结构,对于同一植株的不同生长阶段,在垂直方向也有着不同的生理生化参数。对这种三维立体分布特征进行探测,能够进行生态环境立体化定量评价,对森林碳储量估算和生物多样性保护等具有重要意义。传统的被动光学遥感以及激光雷达在植被生化参数垂直探测方面有较大的局限性,而高光谱激光雷达(Hyperspectral LiDAR,HSL)这一新型探测仪器的出现为探测植被生理生化参数垂直分布提供了新的手段。但由于受到硬件方面的限制,HSL在机载平台下对森林复杂立体场景的适用性尚未得到充分研究。故首先基于HSL原型样机在实验室开展小尺度的室内测量,以火炬花植株为目标,验证其对空间信息和光谱信息的一体化提取能力;随后进一步使用三维辐射传输模型构建具有垂直异质性特征的森林场景,模拟机载HSL设备实现森林的高光谱三维点云提取,结合植被指数和随机森林模型对场景中三种不同植被冠层的叶绿素浓度和类胡萝卜素浓度进行反演。结果表明:室内实验证实了HSL回波信息可以有效区分植株不同高度处光谱曲线的差异,火炬花上部红色叶片和下部绿色叶片的归一化植被指数分别小于和大于0.5;基于三维辐射传输模型成功构建了虚拟森林场景的机载HSL高光谱三维点云,在得到的24组植被指数中,有17组指数表现出良好的探测精度(平均绝对百分比误差MAPE信息的有效手段,在探测森林等复杂植被场景的生化组分垂直分布方面具有巨大的应用潜力。

关键词：森林立体场景机载高光谱激光雷达三维辐射传输模型植被生化组分

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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

科教融合模式下课程助教制度的实践探索与创新——以中国科学院大学电子电气与通信工程学院为例

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工业和信息化教育 2024年第9期 65-69,76页

作者：周春晖马幅美曹华钊卢葱葱中国科学院空天信息创新研究院北京100094

助教不仅能辅助主讲教师完成课堂教学任务,也能把自身的科研工作经验融入课程教学辅助中,受到越来越多高校的重视。以中国科学院大学电子电气与通信工程学院为例,在科教融合背景下,探索和实践了课程助教的选拔、培训、过程管理和考核评... 详细信息

助教不仅能辅助主讲教师完成课堂教学任务,也能把自身的科研工作经验融入课程教学辅助中,受到越来越多高校的重视。以中国科学院大学电子电气与通信工程学院为例,在科教融合背景下,探索和实践了课程助教的选拔、培训、过程管理和考核评优等系列管理机制,分析了本科课程助教制度的特色,介绍了管理体系的应用成效。助教制度的优化管理为提升助教的能力和提高本科课程的教学质量起到了重要作用。

关键词：本科教学科教融合课程助教助教制度