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基于光子学的线性调频微波信号产生技术进展（特邀）

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光学学报 2024年第15期 515-529页

作者：邵帅杨四刚陈宏伟陈明华清华大学电子工程系北京信息科学与技术国家研究中心

线性调频（LFM）信号以其具备大时间带宽积的优势已成为现代雷达系统中最为常用的波形之一。因受限于电子瓶颈，传统电学器件在产生高频、大带宽的信号方面已面临诸多挑战。相比之下，微波光子技术以其具有大可用带宽、低损耗、高灵活... 详细信息

线性调频（LFM）信号以其具备大时间带宽积的优势已成为现代雷达系统中最为常用的波形之一。因受限于电子瓶颈，传统电学器件在产生高频、大带宽的信号方面已面临诸多挑战。相比之下，微波光子技术以其具有大可用带宽、低损耗、高灵活度等优势现已成为最为可行的替代方案之一。本文首先综述了现有基于微波光子技术产生线性调频微波信号的方案，之后介绍了本课题组提出的一种基于锁相同步光源的信号产生方案。通过构建同步锁相环路实现了直流光源与扫频光源的实时锁定，拍频后实现了低相位噪声和高相参的信号产生。此外，本课题组所提出的信号产生方案还可实现中心频率、带宽和周期的灵活调节，产生的信号可以分别覆盖L至Ka波段。

关键词：微波光子学线性调频信号半导体激光器光锁相环

大带宽高响应度波导型单行载流子探测器研究进展

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中国激光 2024年

作者：熊兵孙铭蔚孙长征郝智彪王健汪莱韩彦军李洪涛甘霖罗毅清华大学电子工程系北京信息科学与技术国家研究中心

单行载流子（UTC）探测器由于其优越的大带宽和高饱和特性，在高速光通信、数据互联、微波光子等领域有广泛的应用前景。波导型探测器由于光传输方向与载流子输运方向垂直，避免传统台面探测器带宽和响应度之间的矛盾，有可能同时获得... 详细信息

单行载流子（UTC）探测器由于其优越的大带宽和高饱和特性，在高速光通信、数据互联、微波光子等领域有广泛的应用前景。波导型探测器由于光传输方向与载流子输运方向垂直，避免传统台面探测器带宽和响应度之间的矛盾，有可能同时获得大带宽和高响应度性能。本文简述了近年来波导型UTC探测器的研究情况，重点讨论芯片设计、制备中的关键技术问题，分析综合提高光电转换效率和提升带宽的有效方法。本文还进一步介绍了探测器同轴输出、波导输出和天线辐射三种封装形式及其对输出电信号的影响。

关键词：波导型探测器单行载流子探测器高响应度探测器封装

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基于光子学的线性调频微波信号产生技术进展

光学学报 2024年

作者：邵帅杨四刚陈宏伟陈明华清华大学电子工程系北京信息科学与技术国家研究中心

线性调频（linear frequency-modulated,LFM）信号以其具备大时间带宽积优势已成为现代雷达系统中最为常用的波形之一。因受限于电子瓶颈，传统电学器件在产生高频、大带宽的信号方面已面临诸多挑战。相比之下，微波光子技术以其具有大... 详细信息

线性调频（linear frequency-modulated,LFM）信号以其具备大时间带宽积优势已成为现代雷达系统中最为常用的波形之一。因受限于电子瓶颈，传统电学器件在产生高频、大带宽的信号方面已面临诸多挑战。相比之下，微波光子技术以其具有大可用带宽、低损耗、高灵活度等优势现已成为最为可行的替代方案之一。本文首先综述了现有基于微波光子技术产生线性调频微波信号的方案，之后介绍了本课题组提出的一种基于锁相同步光源的信号产生方案。通过构建同步锁相环路实现了直流光源与扫频光源的实时锁定，拍频后实现了低相位噪声和高相参的信号产生。此外，本课题组所提出的信号产生方案还可实现中心频率、带宽和周期的灵活调节，产生的信号可以分别覆盖L至Ka波段。

关键词：微波光子学线性调频信号半导体激光器光锁相环

处理含大量非分层介质结构的悬浮随机行走电容提取算法

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第3期36卷 435-442页

作者：宋明烨杨明喻文健清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

为了解决包含大量非分层介质的随机行走电容提取算法预处理时间过长的问题,提出一种优化算法.本文算法一共有2步:首先基于八分块立方体即时采样技术,提出处理复杂非分层介质的等效介电常数计算方法;然后基于网格的空间管理技术,减少随... 详细信息

为了解决包含大量非分层介质的随机行走电容提取算法预处理时间过长的问题,提出一种优化算法.本文算法一共有2步:首先基于八分块立方体即时采样技术,提出处理复杂非分层介质的等效介电常数计算方法;然后基于网格的空间管理技术,减少随机行走电容提取的预处理时间.针对不同的电容提取应用场景,还提供了选择不同非分层介质空间管理策略的建议.在多个来自集成电路设计版图的互连结构上的实验结果表明,所提算法在保证电容提取精度与随机行走运行效率的同时,显著地加快了非分层介质空间管理构造以及随机行走算法的预处理时间;在含有超过70万非分层介质的测例上,与现有算法相比,该算法使非分层介质的空间管理构造时间最多加速420倍,并使整个预处理时间从114s减少到30s.

关键词：电容提取随机行走非分层介质空间管理

GNSS/多传感器融合定位中的欺骗检测技术

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导航定位学报 2024年第4期12卷 114-122页

作者：马祎旻李洪陆明泉清华大学电子工程系/北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

全球卫星导航系统(GNSS)与多传感器组成的融合定位系统由于其精确性和鲁棒性,已经在自动驾驶和无人探测等领域得到广泛应用。然而,GNSS容易受到欺骗干扰影响,导致融合定位系统输出错误信息,进而引发严重后果。鉴于传感器能够提供不受GNS... 详细信息

全球卫星导航系统(GNSS)与多传感器组成的融合定位系统由于其精确性和鲁棒性,已经在自动驾驶和无人探测等领域得到广泛应用。然而,GNSS容易受到欺骗干扰影响,导致融合定位系统输出错误信息,进而引发严重后果。鉴于传感器能够提供不受GNSS欺骗干扰的载体状态信息,融合定位系统能够通过GNSS和传感器信息的相互校验实现欺骗检测。本文对此类GNSS欺骗检测技术进行了综述,首先概述了GNSS/多传感器融合定位的传感器组成和信息融合算法;其次将现有GNSS/多传感器定位中的欺骗检测技术分为独立信息一致性监测和信息融合异常检测2类,并总结分析了不同算法的基本原理、实现方法和性能效果;最后对GNSS/多传感器融合定位中欺骗检测技术的未来发展趋势进行了展望。

关键词：全球卫星导航系统(GNSS)/多传感器融合定位欺骗检测独立信息一致性信息融合异常

Apache IoTDB中的多模态数据编码压缩

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软件学报 2024年第3期35卷 1173-1193页

作者：贺文迪夏天睿宋韶旭黄向东王建民清华大学软件学院北京100084 大数据系统软件国家工程研究中心(清华大学) 北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心(清华大学) 北京100084

时间序列数据在工业制造、气象、船舶、电力、车辆、金融等领域都有着广泛的应用,促进了时间序列数据库管理系统的蓬勃发展.面对愈加庞大的数据规模和多样的数据模态,高效的数据存储和管理方式十分关键,而数据的编码压缩愈发成为一个具... 详细信息

时间序列数据在工业制造、气象、船舶、电力、车辆、金融等领域都有着广泛的应用,促进了时间序列数据库管理系统的蓬勃发展.面对愈加庞大的数据规模和多样的数据模态,高效的数据存储和管理方式十分关键,而数据的编码压缩愈发成为一个具有重要意义和价值的问题.现有的编码方法和相关系统未能充分考虑不同模态的数据特点,或者未把一些时序数据的处理方法应用于数据编码问题中.全面阐述了ApacheIoTDB时序数据库系统中的多模态数据编码压缩方法及其系统实现,特别是面向工业物联网等应用场景.该编码方法较为全面地考虑包括时间戳数据、数值数据、布尔值数据、频域数据、文本数据等多个不同模态的数据,充分挖掘和利用各自模态数据的特点,特别是包括时间戳模态中时间戳序列间隔近似的特点等,进行有针对性的编码方案设计.同时,将实际应用场景中可能出现的数据质量问题因素纳入编码算法的考量中.在多个数据集上的编码算法层面和系统层面的实验评估和分析,验证了该编码压缩方法及其系统实现的效果.

关键词：数据编码时间序列数据数据库工业物联网多模态

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基于生物网络的中医药学原理探索

科学通报 2024年第1期69卷 17-29页

作者：谌攀吴博文张鹏李梢清华大学自动化系清华大学北京市中医药交叉研究所北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

中医药生物学基础不清、方剂作用机制不明、缺乏符合中医药整体特点的研究方法学体系是中医药现代化研究面临的关键瓶颈.随着信息学与系统生物学等新兴学科的发展,以生物网络为切入点开展中医药学与人工智能、大数据、信息学等前沿科学... 详细信息

中医药生物学基础不清、方剂作用机制不明、缺乏符合中医药整体特点的研究方法学体系是中医药现代化研究面临的关键瓶颈.随着信息学与系统生物学等新兴学科的发展,以生物网络为切入点开展中医药学与人工智能、大数据、信息学等前沿科学技术的交叉研究,成为探索中医药科学原理、促进中医药现代化的重要途径.基于生物网络的“网络靶标”理论有望突破宏微观内在关联解析的鸿沟,实现还原论和整体论的有机融合,架起传统中医与现代医学研究桥梁,成为探索中医药学原理的突破口之一.“寒、热”等中医药核心诊疗概念、治未病等中医特色理论的科学内涵阐明是解读中医药学原理的重要组成部分.本文基于李梢课题组的研究,综述了基于生物网络的中医药研究理论与技术方法,及其应用于“寒、热”“治未病”等中医特色理论的病证结合科学原理探索所取得的进展,以期为利用现代科学技术解读中医药学原理,促进中医药现代化提供参考.

关键词：中医药学原理生物网络寒热证候治未病网络靶标

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轻量级链式验证的网络传输层安全性增强方法

软件学报 2024年第5期35卷 2503-2521页

作者：冯学伟徐恪李琦杨宇翔朱敏付松涛清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心(清华大学) 北京100084 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村实验室北京100081

传输层是网络协议栈的关键组成部分,负责为不同主机间的应用程序提供端到端的服务.已有的传输层协议如TCP等为用户提供了基本的差错控制和确认应答等安全保护机制,在一定程度上保证了不同主机间应用程序收发报文的一致性.但现有的传输... 详细信息

传输层是网络协议栈的关键组成部分,负责为不同主机间的应用程序提供端到端的服务.已有的传输层协议如TCP等为用户提供了基本的差错控制和确认应答等安全保护机制,在一定程度上保证了不同主机间应用程序收发报文的一致性.但现有的传输层安全保护机制存在严重的缺陷,如TCP报文的序列号容易被猜测推理,报文校验和的计算依赖于有漏洞的补码求和算法等.这导致现有的传输层安全机制并不能保证报文的完整性和安全性,从而允许一个远程的攻击者伪造出一个报文,注入到目标网络流中,对目标网络流形成污染或攻击.针对传输层的攻击发生在网络协议栈的基础层次,可以旁路掉上层应用的安全保护机制,对网络基础设施造成严重的危害.深入研究近年来针对网络协议栈的各种攻击和相关安全漏洞,提出一种基于轻量级链式验证的传输层安全性增强方法LightCTL.所提方法基于哈希验证的方式,使TCP连接双方能够对传输层报文形成彼此可验证的共识,避免攻击者或中间人窃取和伪造敏感信息,从而解决网络协议栈面临的典型安全威胁,包括基于序列号推理的TCP连接重置攻击、TCP劫持攻击、SYN洪泛攻击、中间人攻击、报文重放攻击等.LightCTL不需要修改中间网络设备如路由器等的协议栈,只需对终端协议栈中的校验和相关部分进行修改,因此方法易于部署,同时显著提升了网络系统的安全性.

关键词：计算机网络网络传输层链式验证恶意报文注入

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巡检机器人系统的软硬件协同设计

中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第3期48卷 180-187页

作者：毕逢东周淦张晨光姬少英彭良瑞闫睿劼中国石油天然气销售分公司北京100101 北京眸视科技有限公司北京100085 清华大学电子工程系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

针对移动定位和目标感知两大问题,研究软件与硬件协同的巡检机器人系统设计方案。在移动定位方面,设计一种结合激光雷达、单目摄像头、惯性测量单元、GPS等多种传感器的即时定位与地图构建的技术方案,并采用在巡检环境中设置二维码路标... 详细信息

针对移动定位和目标感知两大问题,研究软件与硬件协同的巡检机器人系统设计方案。在移动定位方面,设计一种结合激光雷达、单目摄像头、惯性测量单元、GPS等多种传感器的即时定位与地图构建的技术方案,并采用在巡检环境中设置二维码路标辅助视觉定位的方法;在目标感知方面,以表计信息提取任务为例,设计一种基于深度学习的表计检测、定位与文本识别方法。结果表明,通过引入基于5G移动通信及Wi-Fi的网络通信功能实现了具有网络管理平台的巡检机器人系统,系统达到实际应用要求,有效提升了巡检的自动化和智能化水平。

关键词：巡检机器人移动定位目标感知深度学习文本识别

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