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主动声呐实时信号处理算法的MPSoC优化实现

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系统工程与电子技术 2025年

作者：邹佳运师英杰吴永清郝程鹏王东辉中国科学院声学研究所水下航行器实验室中国科学院大学

本文基于异构多处理器片上系统(multi-processor system on chip， MPSoC)，采用模块化设计以及软硬件协同设计思想，提出了一种主动声呐实时信号处理算法的加速方案。首先研究了适合边缘端部署的声呐信号处理算法，然后设计了基于MPSo... 详细信息

本文基于异构多处理器片上系统(multi-processor system on chip， MPSoC)，采用模块化设计以及软硬件协同设计思想，提出了一种主动声呐实时信号处理算法的加速方案。首先研究了适合边缘端部署的声呐信号处理算法，然后设计了基于MPSoC的加速计算结构，将数字下变频、逆/快速傅里叶变换(inverse/fast fourier transform， IFFT/FFT)、波束形成等具有高计算复杂性的处理步骤移植到可编程逻辑端，实现了显著加速。将目标检测等复杂度较低的步骤部署在处理器系统端，实现了更高的灵活性。仿真及湖上实验结果表明，本文提出的方案可在数据更新周期的41%时间内完成1帧回波数据的实时处理，并可在复杂水下环境下实时有效探测运动目标，在水下无人航行器主动声呐探测领域具有广阔的应用前景。

关键词：水下无人航行器主动声呐多处理器片上系统实时信号处理硬件加速

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中国散裂中子源剥离膜温升与剥离电子研究

强激光与粒子束 2025年

作者：庞子西黄明阳陈佳鑫吴煜文杨涛王生散裂中子源科学中心中国科学院高能物理研究所中国科学院大学中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室

负氢剥离注入是强流质子同步加速器累积束流的唯一可行性方案。目前中国散裂中子源（CSNS）采用负氢剥离方案为薄膜剥离注入。由负氢束流穿越剥离膜产生的能量沉积造成的膜片剧烈温升是影响剥离膜寿命和加速器稳定运行的关键问题。同时... 详细信息

负氢剥离注入是强流质子同步加速器累积束流的唯一可行性方案。目前中国散裂中子源（CSNS）采用负氢剥离方案为薄膜剥离注入。由负氢束流穿越剥离膜产生的能量沉积造成的膜片剧烈温升是影响剥离膜寿命和加速器稳定运行的关键问题。同时，剥离产生的高功率残余电子束会产生严重后果，包括：电子在膜中的电离作用造成膜温度升高；电子打在真空盒上造成真空盒热损伤；停留在真空管道中的电子可能被质子束流俘获，造成e-p不稳定性；产生的二次电子会引起严重的电子云效应。主要内容包括两部分：首先，利用有限元分析软件，考虑粒子通过剥离膜的平均穿越次数等参数，模拟剥离膜温升并对不同软件结果进行详细比较，得到剥离膜上的温度场分布，并对未来继续提高的束流功率做出膜表面温升的预测。其次，根据理论计算结果和蒙特卡罗程序Geant4模拟结果对剥离后电子分布进行分析，完善3D计算模型并综合考虑CSNS注入区的电磁场和束流条件，获得电子收集装置的合适位置，给出剥离电子收集方案。

关键词：中国散裂中子源负氢剥离注入薄膜剥离温升电子收集

二维光栅Talbot效应的列主元QR分解波前重构

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激光与光电子学进展 2025年

作者：张昊仁李常伟中国科学院南京天文光学技术研究所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) 中国科学院大学天文与空间科学学院

本文将列主元QR分解方法应用于一种基于二维光栅Talbot效应的波前传感器，在大幅度增加子孔径数目、降低传感器设计难度的同时，大幅度提升了波前重构速度。对重构矩阵应用列主元QR分解算法之后，重构矩阵的行数可以被压缩到列数的同一... 详细信息

本文将列主元QR分解方法应用于一种基于二维光栅Talbot效应的波前传感器，在大幅度增加子孔径数目、降低传感器设计难度的同时，大幅度提升了波前重构速度。对重构矩阵应用列主元QR分解算法之后，重构矩阵的行数可以被压缩到列数的同一量级，波前重构速度提升了225.73倍，使得波前重构算法具有更好的实时性。基于列主元QR分解的波前重构算法具有较好的鲁棒性，可以直接应用于干涉仪和Shack Hartman波前传感器等波前测量系统，对数据位置的筛选能力在简化和改进传感器结构上具备应用潜力。

关键词： Talbot效应列主元QR分解 Zernike多项式 Fourier变换波前重构

环境智能高产稳产作物设计：问渠哪得清如许，唯有源头活水来

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遗传 2025年

作者：李作尧娄焕昌黎舒佳中国科学院遗传与发育生物学研究所种子创新全国重点实验室

2024年12月14日，Cell杂志在线发表了许操团队题为“Engineering source–sink relations by prime editing confers heat-stress resilience in tomato and rice”的研究论文，报道了环境智能型高产稳产作物设计育种关键核心技术重大突破。该研究针对高温逆境导致的番茄落花落果、品质低下，水稻和小麦瘪壳、玉米秃尖等引起主要粮食和蔬菜作物大幅减产的农业生产实际问题，创建了环境智能高产稳产育种技术体系，创制了顺境能高产、逆境可稳产的作物新种质，为突破单产提升瓶颈和育种同质化导致遗传瓶颈提供了全新路径和系统解决方案。相关报道认为，环境智能型高产稳产育种技术体系建立是生物育种领域重大突破性进展，引领生物育种进入一个崭新的时代[1～3]。

关键词：

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无时统自适应光学系统模糊核的估计方法研究

激光与光电子学进展 2025年

作者：邓曼郭友明李政岱自适应光学全国重点实验室中国科学院光电技术研究所中国科学院大学中国科学院大学电子电气与通信工程学院

传统的基于波前探测的解卷积方法依赖于时统，在夏克-哈特曼波前探测器测量波前的同时记录远场图像，进而解卷积复原远场图像。然而，现实中大部分自适应光学系统没有时统，这使得精确估计运动模糊核变得困难。为此，本文提出了一种多... 详细信息

传统的基于波前探测的解卷积方法依赖于时统，在夏克-哈特曼波前探测器测量波前的同时记录远场图像，进而解卷积复原远场图像。然而，现实中大部分自适应光学系统没有时统，这使得精确估计运动模糊核变得困难。为此，本文提出了一种多尺度最优模糊核估计法，能够在无时统条件下有效估计运动模糊核。将该方法应用于基于波前探测的解卷积方法中，并对两组扩展目标进行了仿真实验。结果表明，该方法能够有效估计运动模糊核，为无时统自适应光学系统的图像复原提供了新的解决方案。

关键词：图像复原模糊核自适应光学波前探测无时统夏克-哈特曼波前探测器

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eXTP聚焦镜电子偏转器仿真分析与设计

物理学报 2025年

作者：郑人洲强鹏飞杨彦佶闫永清李悦盛立志陈勇中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室

X射线聚焦望远镜是进行空间X射线观测的核心设备，为保证其观测结果的准确性，需要对进入聚焦镜的低能电子进行有效的偏转，达到降低本底噪声的目的。本文针对增强型X射线时变与偏振空间天文台（enhanced X-ray Timing and Polarimetry ... 详细信息

X射线聚焦望远镜是进行空间X射线观测的核心设备，为保证其观测结果的准确性，需要对进入聚焦镜的低能电子进行有效的偏转，达到降低本底噪声的目的。本文针对增强型X射线时变与偏振空间天文台（enhanced X-ray Timing and Polarimetry Mission，eXTP）聚焦镜电子偏转器研制工作，满足聚焦镜光学系统对于低能电子的偏转需求，兼顾轻量化、电子偏转能力以及电磁兼容性能等问题，采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了电子偏转器及聚焦镜镜片的全物理仿真模型，分析了磁感应强度分布、电子偏转轨迹以及磁场对聚焦镜镜片的影响，完成了电子偏转器电磁参数设计。模拟结果表明，电子偏转器周围空间中磁感应强度沿半径方向减小，两根辐条正中间磁感应强度最大值可达0.027 T。在磁感应强度平面及纵向分布中，当半径大于280 mm或纵向距离大于60 mm时，磁感应强度小于5×10-5T （0.5Gs），满足电磁兼容性能设计要求。当入射角≤10°时，电子偏转效率随电子能量和入射角增大而减小，50 keV能量以下电子偏转效率可达100%，满足电子偏转设计要求。聚焦镜镜片底端距离电子偏转器130 mm时，聚焦镜镜片在磁场的作用下，应力大小仅10-3N/m2量级，形变大小仅10-5nm量级，表明磁场不会对聚焦镜的光学性能产生影响。这些结果为eXTP聚焦镜电子偏转器的研制工作提供了重要参考。

关键词：聚焦镜电子偏转器磁场偏转效率形变

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近红外有机光电探测器研究进展

激光与光电子学进展 2025年

作者：王浩然胡均义成明王云鹏王飞中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术重点实验室中国科学院大学

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出... 详细信息

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出了巨大贡献。本文在阐述了有机光电探测器的光导型、晶体管型、二极管型的器件结构和光谱响应范围、响应度、外量子效率、探测率等性能参数的基础上，总结了窄带隙聚合物、小分子受体、非富勒烯受体材料在器件中的应用并介绍结构优化、表面钝化处理、界面工程等优化器件性能的各种策略，以及窄带、全色、颜色选择NIR-O PDs研究现状并展望了未来发展面临的挑战和应用前景。

关键词：近红外有机光探测器有机光电二极管有机半导体材料

溶解有机质N/C比值的分布格局及其对湖泊增温和营养富集的响应

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湖泊科学 2025年第1期37卷 97-111页

作者：陈铭胡盎韩磊王建军湖南农业大学资源学院长沙410128 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室南京211135

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角... 详细信息

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角度考察全球湖泊、河流、海洋和泥炭地等多生境N/C比值的全球分布情况。结果表明,河流水体、沉积物和污水等生境的N/C均值(分别为0.050±0.062、0.050±0.014和0.083±0.084)均显著高于泥炭地(0.026±0.037);水体N/C比值主要受海拔(即温度)、pH、氨氮和溶解有机碳等显著影响,而泥炭地等陆地N/C比值主要受pH、总溶解有机氮和溶解有机碳的影响。进一步,依托云南老君山海拔梯度开展模拟温度变化和营养富集的微宇宙实验定量解析其影响机制,并根据沉积物DOM分子转换数将总分子划分为高活性和低活性两类,探究总分子及其两类组分的N/C比值对温度和营养富集的响应规律。溶解有机质N/C均值为0.112±0.020,其中高活性分子(0.119±0.017)显著高于低活性分子(0.109±0.034)。总分子N/C比值主要受亚硝酸盐和硝酸盐等营养盐的影响,相对总贡献率为63.43%;高活性分子N/C比值主要受营养盐和能量供应(比如溶解有机碳、总有机碳和叶绿素a等)的影响,而低活性分子N/C比值主要受营养盐的影响。结构方程模型分析表明,营养富集对总分子N/C比值的影响高于温度,主要通过能量供应和营养盐的间接作用而产生影响;对于高活性分子,营养盐主要通过能量供应的间接作用影响N/C比值;而对于低活性分子,主要通过营养盐发挥直接作用。本研究结果首次探讨了全球不同生境N/C比值的分布格局,揭示了沉积物溶解有机质N/C比值对全球变暖和营养富集的响应规律和机制,为更好理解和预测未来全球变化背景下溶解有机碳稳定性提供科学参考。

关键词：溶解有机质氮碳比湖泊沉积物全球变暖富营养化

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基于自旋的智能器件与物理神经网络进展

科学通报 2025年

作者：刘祥语文辉雷坤兰修凯王开友中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室中国科学院大学材料科学与光电技术学院

在信息爆炸的时代,解决计算中不断升级的能源需求变得至关重要.传统的计算机系统面临性能限制,促使人们寻找新的计算范式.自旋电子器件以其非易失、速度快、高能效等特点,有望解决传统电子器件所面临的困境.本文从自旋人工电子突触、自... 详细信息

在信息爆炸的时代,解决计算中不断升级的能源需求变得至关重要.传统的计算机系统面临性能限制,促使人们寻找新的计算范式.自旋电子器件以其非易失、速度快、高能效等特点,有望解决传统电子器件所面临的困境.本文从自旋人工电子突触、自旋振荡器神经元、自旋人工神经网络和概率神经网络四个方面综述了基于自旋的智能器件和物理神经网络的最新研究进展.自旋电子器件的蓬勃发展及其在智能计算和信息存储等领域展现出的应用潜力有望激发新一轮的信息技术革命.

关键词：自旋电子器件物理神经网络自旋轨道矩存算一体神经形态计算