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小型化光学超声传感器及其在光声成像中的应用进展

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激光与光电子学进展 2023年

作者：邱显坤赵佳玉沈乐成中山大学电子与信息工程学院

目前光声成像中用于探测超声波的主流器件是基于压电材料的超声换能器，考虑到这类换能器的探测性能随器件尺寸的减小而大幅下降，科研者们近年来开始逐渐关注于小型化光学超声传感器的研究与开发。相较于传统的压电超声换能器，这些小... 详细信息

目前光声成像中用于探测超声波的主流器件是基于压电材料的超声换能器，考虑到这类换能器的探测性能随器件尺寸的减小而大幅下降，科研者们近年来开始逐渐关注于小型化光学超声传感器的研究与开发。相较于传统的压电超声换能器，这些小型化的光学超声传感器通常具备较宽的探测带宽和与尺寸几乎无关的高灵敏度，在推动更深和更高分辨率的光声成像方面展现出了巨大的潜力。本文首先对光学超声传感器的发展历程进行了简要回顾，然后比较了三种重要的小型化光学超声传感器以及并行寻址的方法，介绍了这些传感器在光声活体成像方面的应用进展，最后展望了光学超声传感器的未来前景。

关键词：光声成像光学超声传感器片上器件法布里-珀罗干涉仪光纤布拉格光栅微环谐振器

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基于改进强耦合振子的微弱脉冲信号检测方法

物理学报 2024年第4期73卷 88-97页

作者：李远芳姜园赵磊中山大学电子与通信工程学院深圳518107

强耦合振子可用于微弱脉冲信号的检测和波形恢复,但其对微弱脉冲信号的检测频率会受到系统内置频率的限制.在系统内置频率固定的情况下,系统只能对一定频率范围内的脉冲信号进行有效检测和波形恢复,在检测更高频率的脉冲信号时会出现波... 详细信息

强耦合振子可用于微弱脉冲信号的检测和波形恢复,但其对微弱脉冲信号的检测频率会受到系统内置频率的限制.在系统内置频率固定的情况下,系统只能对一定频率范围内的脉冲信号进行有效检测和波形恢复,在检测更高频率的脉冲信号时会出现波形失真.本文分析了耦合振子内置频率和微弱脉冲信号检测频率之间的关系,提出两种改进强耦合振子结构以扩展微弱脉冲信号的频率检测范围.通过引入非线性恢复力耦合项,非线性恢复力强耦合振子可以有效保留信号的高频分量,在更高频率的脉冲信号输入时也能较好地保留信号特征.双振子强耦合系统通过引入Van der Pol-Duffing振子,加强了系统内部结构的稳定性,同样达到了扩展脉冲信号频率检测范围的效果.此外,基于变迭代步长和混沌检测的频率相关性,提出了一个未知频率脉冲信号检测方法,以改变迭代步长的方法代替改变系统内置频率来进行频率扫描,并且利用混沌检测的频率相关性,将接收信号和恢复信号的相关系数和纯噪声输入情况下的相关系数进行对比,根据两个相关系数之间的明显差异可以有效检测出脉冲信号.通过仿真实验进行验证,所提方法可以有效检测出未知频率的脉冲信号,并且所提的改进强耦合振子结构相对于强耦合振子有较大的性能提升.

关键词：强耦合非线性恢复力强耦合振子双振子强耦合系统微弱脉冲瞬态脉冲

基于压电晶体的声波激励小型化低频天线技术研究

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电子与信息学报 2023年第11期45卷 3935-3944页

作者：扶逸凡徐国凯朱祥维肖绍球张靖浩钟玖平李婉清李君儒王宇航王子业李杜南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 中山大学电子与通信工程学院深圳518107 中山大学系统科学与工程学院广州510006 中山大学电子与信息工程学院广州510006 中山大学材料学院深圳518107 中山大学·深圳深圳518107

水下信息实时传输的需求与日俱增,水声通信和光通信等传统通信手段在传输安全性与稳定性方面具有先天难以弥补的劣势,且在传输速率方面难以形成突破,因此亟待对新技术进行研究。为解决此问题,近年一些学者提出一种新机理、新材料和新工... 详细信息

水下信息实时传输的需求与日俱增,水声通信和光通信等传统通信手段在传输安全性与稳定性方面具有先天难以弥补的劣势,且在传输速率方面难以形成突破,因此亟待对新技术进行研究。为解决此问题,近年一些学者提出一种新机理、新材料和新工艺的小型化天线,有望实现低频天线在尺寸和性能上的跨越,实现水下通信技术的变革。该文对此类声波激励小型化天线进行研究。首先阐述并建立了天线辐射机理及理论模型,分析了不同材料参数对天线性能的影响;然后根据模型参数设计加工了基于铌酸锂(LiNbO_(3))晶体的压电型声波激励天线样机,实验结果表明在40.83 kHz谐振频率处,与同尺寸单极子天线相比,其接收电压峰值为后者的22倍,辐射效率为400多倍;最后对天线进行了方位测试和辐射效率计算。上述结果表明:基于压电晶体的声波激励天线技术在低频段小型化、机动化水下无线通信设备的应用中具有巨大潜力。

关键词：水下通信声波激励天线压电晶体小型化天线

融合信息通信和空中计算的认知无线网络鲁棒资源分配优化

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计算机应用 2023年

作者：罗华亮李全忠张旗中山大学电子与信息工程学院中山大学计算机学院

针对空中计算网络中无线传感器的功率资源限制及其与现有无线通信网络的频谱竞争，研究了一个主网络实现无线信息通信功能，次网络实现空中计算功能的认知无线网络，其中次网络中的传感器利用主网络基站发送的信号进行无线能量收集。考... 详细信息

针对空中计算网络中无线传感器的功率资源限制及其与现有无线通信网络的频谱竞争，研究了一个主网络实现无线信息通信功能，次网络实现空中计算功能的认知无线网络，其中次网络中的传感器利用主网络基站发送的信号进行无线能量收集。考虑空中计算的均方误差约束和网络中各节点的功率约束，基于随机信道不确定性构建了目标函数为无线通信用户的和速率最大化的鲁棒资源分配优化问题。提出了一个交替优化-改进的约束随机连续凸逼近算法，将原鲁棒优化问题转换为确定性优化的子问题，并以交替的方式优化了主网络基站的下行波束成形向量、次网络中传感器的功率因子和融合中心的融合波束成形向量。仿真结果表明，相较于现有优化算法，所提出的算法能以更短的计算用时实现更好的优化性能。

关键词：信息通信空中计算认知无线网络鲁棒资源分配随机优化

基于有界成分分析的带内全双工数字自干扰抵消

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电子与信息学报 2023年第5期45卷 1619-1626页

作者：唐燕群马伟峰褚建军魏玺章中山大学电子与通信工程学院深圳518107

凭借能够提升频谱利用率的优势,带内全双工(In-Band Full Duplex,IBFD)技术有望成为现代无线通信系统的潜在方案。然而,在应用过程中却面临自干扰抵消(Self-Interference Cancellation,SIC)的巨大挑战。SIC可以从空域、模拟域和数字域3... 详细信息

凭借能够提升频谱利用率的优势,带内全双工(In-Band Full Duplex,IBFD)技术有望成为现代无线通信系统的潜在方案。然而,在应用过程中却面临自干扰抵消(Self-Interference Cancellation,SIC)的巨大挑战。SIC可以从空域、模拟域和数字域3个方面来单独或组合实现。该文重点研究了IBFD数字SIC。针对传统数字SIC性能受到收发链路器件非理想因素限制的问题,该文建立了一种射频辅助链路的IBFD系统,利用有用信号和自干扰信号的有界性,设计了一种基于有界成分分析的数字SIC方法。在视距(Line Of Sight,LOS)和非视距(Non-Line Of Sight,NLOS)两种信道场景下,利用仿真和实测数据进行了验证分析。结果表明,相比较于最小二乘方法和独立成分分析方法,所提有界成分分析方法改善了SIC效果,并提高了系统误码率性能。

关键词：无线通信带内全双工有界成分分析自干扰抵消

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“宽带宽角扫描相控阵天线”专题前言

电波科学学报 2023年第3期38卷 365-366页

作者：肖绍球中山大学电子与信息工程学院

相控阵天线由于能够在频域、空域乃至时域上按需实现对电磁波的接收与发射调控，在军民用雷达、通信等无线信息系统中具有极其重要的应用价值.平面结构相控阵天线，由于其具有结构简单、成本少、剖面低、易共形、便于与射频电路集成、...

相控阵天线由于能够在频域、空域乃至时域上按需实现对电磁波的接收与发射调控，在军民用雷达、通信等无线信息系统中具有极其重要的应用价值.平面结构相控阵天线，由于其具有结构简单、成本少、剖面低、易共形、便于与射频电路集成、口径效率高等系列优势，一直是相控阵天线研究与发展的重点方向.而具有宽带、宽角度范围波束扫描能力的平面相控阵天线，在全/准上半空间侦测雷达与通信系统中，将能大大减少系统成本和体积、降低系统复杂性、提升系统综合性能，

关键词：

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基于沙漏网络的多层次协同搜索方法

计算机应用研究 2022年第8期39卷 2284-2289页

作者：陈桂荣邱仲禹粟涛陈弟虎中山大学电子与信息工程学院广州510006

目前,人工智能快速发展,人们可以通过探索硬件设计空间使优秀的神经网络算法高效部署在FPGA加速器。然而,由于参数量大、操作过于复杂而导致算法与硬件难以匹配,加速效率不高。为了算法和硬件两者匹配性更强,提出了一种多层次协同搜索... 详细信息

目前,人工智能快速发展,人们可以通过探索硬件设计空间使优秀的神经网络算法高效部署在FPGA加速器。然而,由于参数量大、操作过于复杂而导致算法与硬件难以匹配,加速效率不高。为了算法和硬件两者匹配性更强,提出了一种多层次协同搜索的方法,采用SPOS搜索策略并以检测准确率和延时为评估目标,搜索出最优神经网络架构、量化方式和硬件设计参数组合。该方法应用在姿态识别中具有优异性能的沙漏网络中,在获取候选子网络量化前、后的检测准确率的同时对硬件设计参数使用遍历搜索得到预估延时,根据目标函数获取最高得分的最优组合。为了保证获取的数据有效性,子网络需要进行重新训练、量化后重新推理得到检测准确率,获取硬件设计参数则利用基于Spinal HDL设计的加速器模板进行仿真测试得到测试延时。就平均而言,该方法比文献[1]减少了83.3%的参数,准确率只下降了0.69;比传统加速方法平均减少了33.2%参数量,准确率只下降了0.46,网络推理的测试总延时减少22.1%,在沙漏块的测试延时减少67.8%。总体而言,该协同搜索方法对于沙漏网络的优化有一定效果,比传统加速设计方法更有优势。

关键词：神经网络 FPGA 协同搜索沙漏网络延时模型

基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统硬件设计

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计算机应用研究 2022年第9期39卷 2818-2825,2831页

作者：李建立莫燕南粟涛陈弟虎中山大学电子与信息工程学院广州510006

随着电子信息技术的快速发展,数据的安全性问题日益严峻,传统单一制密码算法在安全性与运算速率上已不能满足要求。为了解决大数据时代下所提出的加密需求,提出了一种基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统的硬件设计方案,并针对... 详细信息

随着电子信息技术的快速发展,数据的安全性问题日益严峻,传统单一制密码算法在安全性与运算速率上已不能满足要求。为了解决大数据时代下所提出的加密需求,提出了一种基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统的硬件设计方案,并针对SM2和SM4算法的底层硬件结构进行优化。对SM2算法采用Karatsuba Ofman模乘器与点运算并行方案进行优化。对SM4算法提出了一种基于复合域S盒的二次流水全展开硬件架构。实验结果表明,该系统所实现的各算法电路均具有较高性能。SM2的点乘时间缩短至68.37μs;SM3的杂凑值生成仅需0.71μs;SM4吞吐率最高达53.76 Gbps。相比同等安全性的SM2算法,该混合系统在加密时间上减小了26.67%,具有实用价值。与相关工作进行对比分析,可证明该方案在安全性和加/解密性能上均有一定优势。

关键词： SM2公钥密码算法 SM4分组加密算法硬件设计混合加密

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基于动力学守恒定律的弹道目标关联方法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 684-691页

作者：曾舒雅饶彬中山大学电子与通信工程学院广东深圳518107

中段伴飞突防造成的各种有源或无源的弹道群目标会给雷达跟踪系统带来极大的挑战,导致其跟踪非本体实体目标或电假目标,从而出现关联错误的情况。中段实体弹道目标满足动力学守恒定律,可以充分利用该特性来改善跟踪系统的数据关联机制,... 详细信息

中段伴飞突防造成的各种有源或无源的弹道群目标会给雷达跟踪系统带来极大的挑战,导致其跟踪非本体实体目标或电假目标,从而出现关联错误的情况。中段实体弹道目标满足动力学守恒定律,可以充分利用该特性来改善跟踪系统的数据关联机制,因此提出一种基于动力学守恒定律的弹道目标概率数据关联(probability data association,PDA)方法,即在传统关联门筛选出有效量测的基础上,对动量矩和机械能进行联合统计检验,进一步剔除电假目标点迹或其他错误量测,并使用动量矩和机械能对加权关联概率进行修正。蒙特卡罗仿真验证了该方法的有效性。仿真结果表明,与传统PDA方法相比,所提方法能够有效抑制有源距离欺骗干扰和杂波的影响,提高跟踪精度。

关键词：中段弹道目标概率数据关联守恒定律距离欺骗干扰多目标跟踪