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基于运算放大器的超导纳米线单光子探测器低温直流耦合读出电路

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物理学报 2024年第13期73卷 367-377页

作者：陈志刚张伟君张兴雨王钰泽熊佳敏洪逸裕原蒲升吴玲王镇尤立星中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海市超导集成电路技术重点实验室上海200050 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心北京100049

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点,在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用.SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响,为了提升最大计数率,通常需要使用一个... 详细信息

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点,在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用.SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响,为了提升最大计数率,通常需要使用一个宽带宽的低温直流耦合读出电路.本文报道了基于商用高速运算放大芯片OPA855搭建的SNSPD低温直流耦合放大读出电路,系统表征了该电路从室温300 K到低温4.2 K下的性能参数.通过提升OPA855的工作电压,解决了电路在低温下带宽损失的问题.进一步,将OPA855放大电路安装在40 K温区,使用其实现了SNSPD探测性能的实验评估.相对于常规室温交流耦合电路,SNSPD的最大计数率约提升了1.3倍.本研究可为OPA855芯片在高速SNSPD等低温领域提供相关参考信息.

关键词：运算放大器低温读出电路直流耦合超导纳米线单光子探测器

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耦合NDVI与纹理时序特征的地块作物遥感分类

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南方农业学报 2024年

作者：史洁宁吴田军黄启厅骆剑承任应超徐欣雨长安大学理学院长安大学土地工程学院广西农业科学院农业科技信息研究所中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室中国科学院大学资源与环境学院中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心

【目的】充分挖掘遥感影像的时间和空间信息，准确识别地块作物类型，为作物类型空间分布制图、产量估计、农业生产决策等提供可靠的数据支持。【方法】以Google Earth影像为参考，获得研究区完整的地块边界，利用多时相Sentinel-2影像... 详细信息

【目的】充分挖掘遥感影像的时间和空间信息，准确识别地块作物类型，为作物类型空间分布制图、产量估计、农业生产决策等提供可靠的数据支持。【方法】以Google Earth影像为参考，获得研究区完整的地块边界，利用多时相Sentinel-2影像构建地块归一化植被指数（NDVI）时序和时间—纹理二维表征图作为分类特征，NDVI时序捕捉作物生长的物候变化，时间-纹理二维表征图捕捉空间特征随时间的动态变化，进而使用CNN+LSTM双流构架来联合时间和空间特征实现农田作物的准确识别。【结果】实验结果显示，与仅使用NDVI时序的传统方法相比，纳入纹理时序后的方法显著提高了分类精度，随机森林的分类精度由0.89提升到0.92，支持向量机的分类精度由0.86提升到0.92，表明加入空间特征的纹理时序能够有效地提升作物分类能力；而使用CNN+LSTM双流构架分类模型进行地块作物分类的总体精度达到0.94，特别是棉花、西红柿、核桃的F1分数达到0.98、0.98、0.96，表明相较于传统的分类器，使用CNN+LSTM双流构架可以实现更精准的地块作物识别。【建议】在种植结构复杂、农作物生长习性相近的地区进行地块作物遥感分类时，考虑将纹理时序特征纳入分类体系，并使用CNN+LSTM双流架构来分别捕捉作物生长的空间和时间特征。这种综合应用时间和空间信息的方法，能提升地块作物分类的准确度，将为农业管理和决策提供更为强大的数据支持，助力精确农业的发展。

关键词：作物分布地块尺度时间序列空间纹理特征 CNN+LSTM双流构架

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天基合成孔径激光雷达空间目标成像系统分析

激光技术 2024年

作者：崔岸婧高敬涵吴疆杨宏李道京中国科学院空天信息创新研究院微波成像全国重点实验室中国科学院大学电子电气与通信工程学院

合成孔径激光雷达可以较小口径实现高分辨率成像，在天基空间目标观测方面具有重要应用价值，但目前存在波束宽度窄、覆盖范围有限、目标搜索捕获困难等问题。为了解决这些问题，采用一种主动激光与被动红外复合的天基合成孔径激光雷达... 详细信息

合成孔径激光雷达可以较小口径实现高分辨率成像，在天基空间目标观测方面具有重要应用价值，但目前存在波束宽度窄、覆盖范围有限、目标搜索捕获困难等问题。为了解决这些问题，采用一种主动激光与被动红外复合的天基合成孔径激光雷达空间目标成像系统，分析了系统指标，给出了成像仿真结果。通过激光/红外共孔径实现系统轻量化，综合使用圆偏振激光发射信号和正交线偏振2通道接收信号，结合顺轨干涉处理，解决了退偏和目标/平台振动问题。结果表明，该系统通过红外相机实现目标搜索和跟踪，采用10 ns脉宽窄脉冲激光信号可实施目标测距和测速，使用10 ns脉宽4 GHz带宽优化二相编码激光信号，可实现0.1 m实时低分辨率成像和5 cm高分辨率成像。系统设计方案对天基合成孔径激光雷达的研制具有参考价值。

关键词：成像系统空间目标成像合成孔径激光雷达激光红外复合成像衍射光学系统二相编码信号

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月球车长距离可达性分析与路径规划方法研究

载人航天 2024年第2期30卷 143-149页

作者：刘斌薄正尹力孙小珠王长焕刘召芹邸凯昌中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 上海宇航系统工程研究所上海201109

针对目前全月范围高分辨率数字高程模型缺乏的现状,提出一种高分辨影像与全月数字高程模型结合的分级路径规划方案。首先,基于全月中等分辨率(20 m)数字高程模型进行全局初始路径规划;然后,利用米级的遥感影像构建初始路径周围的正射影... 详细信息

针对目前全月范围高分辨率数字高程模型缺乏的现状,提出一种高分辨影像与全月数字高程模型结合的分级路径规划方案。首先,基于全月中等分辨率(20 m)数字高程模型进行全局初始路径规划;然后,利用米级的遥感影像构建初始路径周围的正射影像,基于构建的高分正射影像进行路径的优化,获得最后的长距离路径规划。以中丰富海、西南丰富海及斯内利厄斯月谷等具有科学价值的区域综合起来作为大范围实验区进行长距离可达性分析与路径规划实验,并通过局部的高分辨率高程模型进行规划结果验证。实验结果表明:该方法能在高分数字高程模型受限的情况下,保证月球车路径规划的可靠性,研究可为中国新型月球车的设计、任务论证及后续的工程实施提供关键技术支撑。

关键词：月球车可达性分析路径规划载人登月

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基于距离抽头重构的生理雷达动态解调算法

雷达学报 2024年

作者：刘畅宇张浩耿芳琳白忠瑞王鹏李振锋杜利东陈贤祥方震中国科学院空天信息创新研究院中国科学院大学电子电气与通信工程学院上海交通大学中国医学科学院个性化呼吸慢病管理创新单元

在无感雷达体征监测中,与CW (Continuous wave)相比,调频式雷达(如FMCW和UWB)能实现对目标与杂波在距离上的有效区分。通过距离傅立叶变换,可以从不同距离区间提取出准静态目标的心跳和呼吸信号,从而提高监测精度。在已有研究中被广泛... 详细信息

在无感雷达体征监测中,与CW (Continuous wave)相比,调频式雷达(如FMCW和UWB)能实现对目标与杂波在距离上的有效区分。通过距离傅立叶变换,可以从不同距离区间提取出准静态目标的心跳和呼吸信号,从而提高监测精度。在已有研究中被广泛使用的距离FFT存在一些缺陷:首先,当受试者的呼吸幅度过大,胸腔反射面可能会跨越距离仓的边界,从而影响信号的完整性。其次,受试者的呼吸运动会对生理信号造成幅度上的调制,不利于体征信号的波形恢复。基于上述原因该文提出了基于距离抽头重构和动态解调的算法架构,针对上述两种情况,在仿真和实验中对算法性能进行了评估。仿真分析表明发生跨距离仓的信号经过所提出算法处理后,SNR提升了17±5 dB。此外,实验通过获取8名受试者的DHD (Doppler Heartbeat Diagram)信号,定量分析了DHD信号与BCG (Ballistocardiogram)的一致性,DHD信号中心跳间隔相对于BCG信号的心跳间隔的均方根误差(RMSE)为21.58±13.26 ms (3.40%±2.08%)。

关键词：毫米波无线电无线传感心率监测非接触式传感调频连续波

海洋应急通信网络智能监控与调度系统设计及实现

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科技导报 2024年第13期42卷 125-140页

作者：周雪金上玺谢硕闫建峰王晓瑞孟俊峰欧阳照红黄宛宁国家海洋信息中心天津300171 中电科海洋信息技术研究院有限公司陵水572400 中国舰船研究院北京100020 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

面向单一平台承载特定通信业务的海洋通信网络状态监控与平台调度系统,难以满足日益复杂的海上通信网络的多主体协同、多手段融合与多业务一体化发展需求。提出了一种面向海上应急通信网络的智能监控与调度系统的设计方案,针对海上通信... 详细信息

面向单一平台承载特定通信业务的海洋通信网络状态监控与平台调度系统,难以满足日益复杂的海上通信网络的多主体协同、多手段融合与多业务一体化发展需求。提出了一种面向海上应急通信网络的智能监控与调度系统的设计方案,针对海上通信应急场景业务需求,设计了基于实时监控信息研判的“天、空、岸、海、潜”的多主体协同调度系统,实现了适配海洋应急通信网络灵活建网、快速补网特点的智能监控与协同调度,解决了海上平台与通信载荷灵活组合导致的异构通信系统间数据获取与传输问题,提升了海上通信网络的保障能力。系统依托国家重大工程“智慧海洋”应急通信试验网络建设项目实现,在海洋应急典型应用场景下通过对实时信息感知、应急响应规划、事件处置、视频会商等业务的应用示范,对智能监控与调度系统进行了验证,满足了海洋通信网络智能化发展需求。

关键词：海洋应急通信智能监控协同调度

碳纤维/环氧树脂编织结构激光辐照热传导效应仿真研究

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光学学报 2024年第11期44卷 133-143页

作者：卓越洋贺子安刘涛汪贺刘兆和熊小强陈晓龙何兵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创新中心上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器及应用技术重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学技术大学光学与光学工程系安徽合肥230026

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材... 详细信息

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材料对激光的吸收率数值约为0.96。基于该模型利用COMSOL软件仿真计算了碳纤维/环氧树脂复合材料在高斯激光束平行/垂直材料内部纤维取向辐照的烧蚀行为,得到了激光功率、辐照时间对材料温度、烧蚀深度以及烧蚀热的影响规律。结果表明,激光平行纤维方向辐照材料时,材料向深度导热迅速,易形成较大的烧蚀坑,激光功率设置为400、600、800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.642、1.721、2.846、3.990 mm的烧蚀深度;激光垂直纤维方向辐照材料时,材料的温升速率受环氧树脂和碳纤维层的叠加以及环氧树脂热解的热隔绝影响,难以向深度导热,烧蚀深度较浅,在光斑直径为10 mm、激光功率设置为800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.567、1.243 mm的烧蚀深度。

关键词：碳纤维/环氧树脂复合材料导热系数阶梯变化模型温度场烧蚀深度烧蚀热

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基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 273-281页

作者：唐浩黎东王成聂胜刘佳音段烨昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094

针对激光同步定位与制图(SLAM)算法在扫描轨迹过长时,获得的点云容易出现漂移误差且精度变差的问题,提出一种基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法。对于有一定漂移误差的激光SLAM点云,先后构建初始位姿图和迭代位姿图进行级联优化。... 详细信息

针对激光同步定位与制图(SLAM)算法在扫描轨迹过长时,获得的点云容易出现漂移误差且精度变差的问题,提出一种基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法。对于有一定漂移误差的激光SLAM点云,先后构建初始位姿图和迭代位姿图进行级联优化。首先基于分段点云相似性和形心距离,构建初始位姿图进行优化,以减小轨迹漂移误差,获得漂移误差较小的SLAM点云。然后基于分段点云重叠度构建迭代位姿图,依次进行点云迭代粗优化和精优化,获得更高精度的SLAM点云。使用一组手持和三组车载激光SLAM数据进行实验。优化后,4组实验数据的各自重复扫描点云很好地重叠在一起,匹配关键点之间的距离的均方根误差(RMSE)分别由优化前的2.667 m、10.348 m、19.018 m和3.412 m降为0.158 m、0.211 m、0.218 m和0.157 m。实验结果表明,所提算法可以有效解决激光SLAM点云长轨迹扫描的漂移误差问题,提升点云数据精度。

关键词：点云整体配准同步定位与制图图优化 K-means算法

生态文明建设下中国种植业温室气体排放时空演变的新特征

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生态学报 2024年

作者：李成贾俊文吴芳左丽君崔雪锋扬州大学植物保护学院北京师范大学系统科学学院中国科学院空天信息创新研究院

农作物种植在保障国家粮食安全的同时，也是农业领域重要的温室气体（GHG）排放源之一，在我国农业“双碳”目标实现路径中具有显著地位。基于多源统计数据，分别在国家尺度和省域尺度上，定量分析了1978—2020年我国种植业GHG排放的动... 详细信息

农作物种植在保障国家粮食安全的同时，也是农业领域重要的温室气体（GHG）排放源之一，在我国农业“双碳”目标实现路径中具有显著地位。基于多源统计数据，分别在国家尺度和省域尺度上，定量分析了1978—2020年我国种植业GHG排放的动态变化与空间分异格局。结果表明：（1）1978—2020年我国种植业GHG排放总量整体呈显著增加趋势（P空间差异，总体格局与粮食产量的均值分布存在较好的对应关系。但在2012—2020年间，全国大部分地区粮食产量增加，同时这些地区GHG排放强度都出现了不同程度的下降，主要得益于化肥和农药使用量的减少。研究结果体现了在确保我国粮食安全的前提下，生态文明建设政策的实施为种植业实现“双碳”目标做出了积极的贡献。

关键词：种植业温室气体排放时空变化中国