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随钻核磁共振仪器缩短回波间隔方法优化设计

地球物理学报 2024年第1期67卷 409-418页

作者：刘伟张文秀陈文轩廖广志中国科学院深地资源装备技术工程实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国石油大学(北京)地球物理学院北京102249

核磁共振测井是一种直接探测储层孔隙流体性质的地球物理方法,随钻核磁共振技术是在钻井过程中实时获得油气藏评价参数的技术方法.面对复杂油气藏中随钻核磁共振测量问题,通过缩短脉冲序列的回波间隔,可以减少仪器测量时间,能够获得快... 详细信息

核磁共振测井是一种直接探测储层孔隙流体性质的地球物理方法,随钻核磁共振技术是在钻井过程中实时获得油气藏评价参数的技术方法.面对复杂油气藏中随钻核磁共振测量问题,通过缩短脉冲序列的回波间隔,可以减少仪器测量时间,能够获得快速衰减的短弛豫组分,实现储层孔隙结构的精细表征.本文提出了一种多级能量泄放方法,能够逐级降低天线品质因数,缩短天线恢复的死区时间,在不改变回波采集信噪比的情况下,实现脉冲序列的短回波间隔采集系统设计,并在随钻核磁共振测井仪器实验样机上进行了测试验证.测试结果表明,仪器回波信号信噪比良好,振铃噪声与回波信号区分明显,测试结果与模拟仿真结果一致,能够实现短回波间隔数据采集,验证了方法的有效性和实用性.

关键词：核磁共振仪器随钻核磁共振回波间隔驰豫组分

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双波长大口径液晶光弹性测量仪研制

中国激光 2024年第13期51卷 133-142页

作者：陈昱志邢童璐林强刘诚朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

提出了一种基于双波长椭圆偏振光测量光弹性应力的方法,采集两种相近波长照明下、特殊液晶旋光角度下透过待测样品的光强分布图像,对其进行一系列计算处理,得到待测样品的应力分布。利用双波长LED和液晶旋光板等先进光源和先进光调控器... 详细信息

提出了一种基于双波长椭圆偏振光测量光弹性应力的方法,采集两种相近波长照明下、特殊液晶旋光角度下透过待测样品的光强分布图像,对其进行一系列计算处理,得到待测样品的应力分布。利用双波长LED和液晶旋光板等先进光源和先进光调控器件,发明了一个可以测量样品中应力分布的光学仪器。进行了相关的实验测量,并与传统的六步相移方法做了实验对比验证了该方法的有效性,相对误差达到2.85%。且所研究的光弹性液晶测量仪结构简单、操作快速,不需要复杂的机械旋转等手动调控。仪器分辨率达到0.25 mm,符合光弹性测量标准。

关键词：光弹性测量应力液晶椭圆偏振光

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完全实现自主可控的国产光栅设计软件

中国激光 2024年第14期51卷 264-274页

作者：丁新辉余惠李大为张军勇王利周琼卢兴强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

通过对傅里叶模态法(也称严格的耦合波分析算法)的攻关与研究,介绍了一款国产的光栅设计与分析软件——光栅设计者。该软件独立开发,并完全自主可控,旨在填补国内光栅光学设计分析软件的空白。软件从算法开发与攻关开始,目前已取得了重... 详细信息

通过对傅里叶模态法(也称严格的耦合波分析算法)的攻关与研究,介绍了一款国产的光栅设计与分析软件——光栅设计者。该软件独立开发,并完全自主可控,旨在填补国内光栅光学设计分析软件的空白。软件从算法开发与攻关开始,目前已取得了重大进展并即将发布。软件核心代码的自主率达到100%,与VirtualLab和Gsolver等国际主流光栅设计软件的计算精度相当,且支持更多光栅类型的设计与分析,包含一维、二维光栅及微结构和超表面等复杂光学结构。光栅设计者以简明的界面,表格化的参数输入,灵活多变的光栅结构建模,强大的参数扫描能力和高效的并行效率为特点,降低了用户的学习成本,适用于从极紫外到太赫兹波段的电磁场计算与分析。

关键词：光栅光栅设计光学设计严格耦合波分析超表面微结构设计

基于动态完整性度量的机密计算运行时监控方案

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计算机研究与发展 2024年第10期61卷 2482-2500页

作者：李为冯伟秦宇冯登国中国科学院大学北京100049 计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190 中国科学院软件研究所北京100190

机密计算(confidential computing,CC)技术基于硬件可信执行环境(TEE),通过隔离、完整性度量和远程证明等技术保护使用中数据的机密性和完整性,并免受特权敌手的攻击.然而,现有机密计算平台的完整性度量和远程证明机制主要针对启动时,... 详细信息

机密计算(confidential computing,CC)技术基于硬件可信执行环境(TEE),通过隔离、完整性度量和远程证明等技术保护使用中数据的机密性和完整性,并免受特权敌手的攻击.然而,现有机密计算平台的完整性度量和远程证明机制主要针对启动时,而缺少运行时完整性保护,例如当用户工作负载潜在的内存漏洞被敌手利用时容易遭受控制流劫持等攻击,目前仅包含启动时完整性保护的机密计算平台无法有效防止或者检测此类运行时攻击.针对该问题,提出了一种基于动态完整性度量的机密计算运行时监控方案,通过向TEE中引入控制流和数据流度量,并扩展可信验证方功能以进行运行时远程证明,实现了机密计算平台内用户工作负载的运行时完整性保护.使用CSV/SEV服务器作为机密计算平台,在其机密虚拟机/容器基础上进行了系统原型实现与实验评估,评估结果表明,方案在增强运行时安全性的同时,引入了约16%的性能损耗.

关键词：机密计算可信执行环境运行时证明控制流完整性数据流完整性

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位宽感知的寄存器绑定算法

软件学报 2024年第6期35卷 2631-2647页

作者：高猛赵家程崔慧敏冯晓兵中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

寄存器绑定是高层次综合中的一个基础优化问题,主要目标是在保证电路功能的同时最小化寄存器资源的使用.传统的方法尝试将编译器的寄存器分配算法应用于寄存器绑定中,但却忽略了分配问题与绑定问题的差异性,因此在绑定过程中引入了额外... 详细信息

寄存器绑定是高层次综合中的一个基础优化问题,主要目标是在保证电路功能的同时最小化寄存器资源的使用.传统的方法尝试将编译器的寄存器分配算法应用于寄存器绑定中,但却忽略了分配问题与绑定问题的差异性,因此在绑定过程中引入了额外的资源约束,或采用了不适合电路设计的编译优化技巧,从而导致资源浪费.为解决这些问题,将寄存器绑定问题转化为连续多重着色问题,并提出一种基于位宽与顶点度结合的启发式求解方法.所提方法通过对变量的位宽和活跃区间等信息的细粒度刻画和建模,能够进一步优化寄存器资源的开销,同时无需插入额外的指令.将该算法与两种典型算法进行比较,实验结果表明,所提算法在MiBench测试集的96.72%的测试用例中达到理论最优解,比其他两种方法分别提高31.5%和25.1%;在Rosetta测试集的所有测试用例中均表现为最优解,比其他两种方法分别提高7.41%和7.39%.

关键词：高层次综合寄存器绑定资源共享

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异常信息敏感的框架API生命周期模型构造

计算机学报 2024年第9期47卷 1989-2008页

作者：燕季薇黄进豪杨恒钦严俊中国科学院软件研究所软件工程技术研究开发中心北京100190 北京工业大学信息学部北京100124 国科大杭州高等研究院杭州310024 中国科学院软件研究所基础软件与系统重点实验室北京100190 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190

大型软件系统的实现依赖于底层框架或第三方库,但这些复杂的框架/库代码在演化升级时往往独立于其调用者,为上层软件的质量保障带来挑战.例如,框架/库代码演化时新增和删除API、更改API的代码语义等行为会导致框架/库代码的不同版本之... 详细信息

大型软件系统的实现依赖于底层框架或第三方库,但这些复杂的框架/库代码在演化升级时往往独立于其调用者,为上层软件的质量保障带来挑战.例如,框架/库代码演化时新增和删除API、更改API的代码语义等行为会导致框架/库代码的不同版本之间不兼容,进而在上层应用开发者更新版本时,影响应用代码的正确性.为应对这一问题,需精准提取框架/库代码API的演化过程,形成演化报告,协助上层应用开发者选择兼容的版本或快速进行代码适配.其中,框架/库代码API的演化过程分析对应着框架API生命周期模型构造.现有工作中的API生命周期模型主要关注API的存在性变动,而未考虑特定代码语义变更对开发者的影响,特别是异常相关代码带来的语义变更,给上层软件系统带来隐患.为此,本文采用面向Java字节码的静态分析方法,识别框架API中的异常抛出行为并为其生成异常摘要报告,通过多轮流式匹配策略获取异常信息的变更情况,最终为框架/库代码构造异常信息敏感的API生命周期模型.该方法:(1)通过控制依赖语句切片提取异常抛出语句的关键触发条件,采用参数推断策略将局部变量的约束条件转换为仅与外部输入参数相关的异常前断言,并基于自底向上的摘要传递实现跨过程异常摘要提取;(2)通过关键信息精准匹配和自适应模糊匹配策略,分析异常摘要信息的新增、删除和修改情况,最终得到异常敏感的API生命周期模型(共涉及七种API变更形式).基于该方法,实现了基于Java字节码分析的API生命周期提取工具JavaExP.与现有最新方法相比,JavaExP的异常摘要信息提取准确性(F1值)提高了67%,分析用时减少了87%.对真实项目的API生命周期演化分析表明,与异常不敏感的API生命周期模型相比,采用异常敏感的模型时,API发生变动的比例提高了18%.在75,433个被分析的API中,约有20%API的异常抛出行为至少发生过一次改变,这些API共涉及超过七千多处独立的异常变更.在多个项目上的分析结果表明,异常敏感的模型构造能够更加精准地描述API的演化过程.

关键词：静态分析代码演化 Java异常摘要 API生命周期

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中国空间站超冷原子物理实验柜设计与验证

中国激光 2024年第11期51卷 237-247页

作者：李琳熊炜汪斌方苏许忻平吉经纬刘元元梁昂昂黄名山洪毅唐爽高敏黄敏捷周翠芸宋铁强梁兆刚陈迪俊周小计陈徐宗侯霞李唐陈卫标刘亮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上海201800 北京大学电子学院北京100871 中国科学院量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

2022年10月31日,中国空间站超冷原子物理实验柜(超冷柜)搭载梦天实验舱被发射至中国空间站并开始在轨运行,其主要目标是以87Rb玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)为工作物质,利用微重力环境优势获得pico-Kelvin(pK)量级的超冷原子,建设具有超低温... 详细信息

2022年10月31日,中国空间站超冷原子物理实验柜(超冷柜)搭载梦天实验舱被发射至中国空间站并开始在轨运行,其主要目标是以87Rb玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)为工作物质,利用微重力环境优势获得pico-Kelvin(pK)量级的超冷原子,建设具有超低温和适合长时间精密测量的开放实验系统。本文主要报道了超冷柜的方案设计及其地面验证实验,集成后的超冷柜包含物理系统、冷却激光系统、光阱光晶格激光系统、科学电控系统以及实验柜支撑系统,其外部尺寸为1820 mm×1050 mm×815 mm。在地面测试过程中,利用光阱蒸发冷却技术制备BEC,其原子数超过了1×10^(5),温度小于30 nK;利用两级交叉光束冷却(TSCBC)技术可以将冷原子的温度进一步降低到2.4 nK,通过实验验证了超冷柜飞行件在轨实现极低温超冷原子量子简并气体的可行性。

关键词：玻色-爱因斯坦凝聚超冷原子微重力环境中国空间站

聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

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中国表面工程 2024年第2期37卷 115-136页

作者：徐梦芸张锦麟马佳玉唐登航许文彬王亮谷红宇章俞之宋力昕中国科学院上海硅酸盐研究所特种无机涂层重点实验室上海200050 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海宇航系统工程研究所上海201109 中国科学院上海硅酸盐研究所集成计算材料研究中心上海200050

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。... 详细信息

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。

关键词：聚合物材料空间环境防护涂层热应力应力分析方法有限元模拟

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气候变化的灾害效应与科学挑战

科学通报 2024年第2期69卷 286-300页

作者：王岩王昊崔鹏陈德亮唐金波欧廷海郝建盛王姣张国涛雷雨伍纯昊中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610299 Department of Earth Sciences University of GothenburgGothenburg 40530Sweden

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的... 详细信息

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的相互作用变强,促使复合灾害和级联灾害风险均有明显上升.本文归纳总结了自然灾害在强度、频率、持续时间、触发时间与位置、规模或影响范围等方面的变化规律,阐述其对气候变化的响应机制,提出气候变化灾害风险的五大科学挑战,包括:气候变化驱动的圈层相互作用和内外动力耦合致灾机制、跨时空尺度灾害发育规律、极端事件信息感知与数据驱动的风险判识、灾害动力学与风险演化规律、灾害风险管理与韧性社会构建.积极主动地应对这些挑战有助于深化对地球系统的科学理解,适应全球变化,减小灾害风险.

关键词：气候变化自然灾害灾害效应响应机制科学挑战