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初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

地球物理学报 2024年第1期67卷 1-11页

作者：焦鹿怀付松倪彬彬张援农武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统... 详细信息

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

关键词：双流不稳定性粒子云模拟初始扰动线性理论

哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1679-1698页

作者：张琼月马新郭德宇付松倪彬彬武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对... 详细信息

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义.

关键词：波粒相互作用合声波辐射带电子扩散系数损失时间尺度

基于混沌映射的抗机器学习攻击强物理不可克隆函数

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2281-2288页

作者：汪鹏君方皓冉李刚温州大学电气与电子工程学院温州325035

物理不可克隆函数(PUF)在硬件安全领域具有广阔的应用前景,然而易受到基于机器学习等建模攻击。通过对强PUF电路结构和混沌映射机理的研究,该文提出一种可有效抵御机器学习建模攻击的PUF电路。该电路将原始激励作为混沌映射初始值,利用... 详细信息

物理不可克隆函数(PUF)在硬件安全领域具有广阔的应用前景,然而易受到基于机器学习等建模攻击。通过对强PUF电路结构和混沌映射机理的研究,该文提出一种可有效抵御机器学习建模攻击的PUF电路。该电路将原始激励作为混沌映射初始值,利用PUF激励响应映射时间与混沌算法迭代深度之间的内在联系产生不可预测的混沌值,并采用PUF中间响应反馈加密激励,进一步提升激励与响应映射的复杂度,增强PUF的抗机器学习攻击能力。该PUF采用Artix-7 FPGA实现,测试结果表明,即使选用的激励响应对数量高达106组,基于逻辑回归、支持向量机和人工神经网络的攻击预测率仍接近50%的理想值,并具有良好的随机性、唯一性和稳定性。

关键词：物理不可克隆函数机器学习混沌映射响应反馈

增强型金枪鱼群优化指数熵的砂粒显微图像分割

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光学精密工程 2024年第8期32卷 1199-1211页

作者：王梦菲王卫星徐琨李理敏长安大学信息学院陕西西安710064 温州大学电气与电子工程学院浙江温州325035

砂粒显微图像分割可以辅助地质评估,但因其种类繁多,特征复杂,为分割的准确度带来了挑战。针对该类图像提出一种增强型金枪鱼群优化指数熵的分割方法(ETSO-EXP),可以有效保留各类砂粒的纹理特征。首先,针对金枪鱼群优化算法(TSO)在全局... 详细信息

砂粒显微图像分割可以辅助地质评估,但因其种类繁多,特征复杂,为分割的准确度带来了挑战。针对该类图像提出一种增强型金枪鱼群优化指数熵的分割方法(ETSO-EXP),可以有效保留各类砂粒的纹理特征。首先,针对金枪鱼群优化算法(TSO)在全局搜索与局部开发上的若干不足,提出了混沌扰动策略、动态权重策略和余弦干扰策略对其增强,基准函数实验表明ETSO大幅提高了收敛精度,小幅提高了收敛速度。其次,将ETSO用于确定EXP的分割阈值,以分割图像的信息量为标准验证了该方案的可行性。最后,在雅鲁藏布江砂粒显微图像数据集上进行分割实验,与TSO-EXP相比,ETSO-EXP分割的图像在峰值信噪比、结构相似性、特征相似度和寻优速度的评估上分别达到了18.78%,6.85%,4.16%和3.83%的提升,在同类分割方法中性能最优。结果表明,分割方法ETSO-EXP对于对比度较高、纹理丰富或砂粒碎屑尺寸差异较大的图像都具有较高的分割精度和计算速度。

关键词：砂粒显微图像图像分割指数熵金枪鱼群优化

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耦合腔磁力系统中多透明窗口现象

中国激光 2024年第6期51卷 231-238页

作者：廖庆洪彭坤宋梦林南昌大学信息工程学院电子信息工程系江西南昌330031

基于耦合腔磁力系统研究了多透明窗口现象以及快慢光效应。利用量子光学理论以及标准输入-输出关系,对该系统的输出特性进行了研究。结果表明,可以通过调节系统参数得到不同数目的透明窗口并得到较好的透明效果。同时,提出了一种通过测... 详细信息

基于耦合腔磁力系统研究了多透明窗口现象以及快慢光效应。利用量子光学理论以及标准输入-输出关系,对该系统的输出特性进行了研究。结果表明,可以通过调节系统参数得到不同数目的透明窗口并得到较好的透明效果。同时,提出了一种通过测量吸收峰高度和宽度来精密测量两腔之间的相互作用强度的方法。此外,通过对系统参数进行调控,可以实现快慢光转换。该方案在精密测量和量子信息处理等领域中具有重要的指导意义。

关键词：量子光学磁振子透明窗口腔磁力系统

双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却研究

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光学学报 2024年第3期44卷 271-279页

作者：廖庆洪邱海燕程绍平朱泓宇曾永强南昌大学信息工程学院电子信息工程系江西南昌330031

机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器(OPA)的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱... 详细信息

机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器(OPA)的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱,基于费米黄金法则的理论计算出稳态下的最终声子数的解析表达式。利用入射泵浦光驱动腔场内耦合的OPA,使腔场内形成强烈的非线性压缩效应,量子反作用加热过程得到有效抑制,系统净冷却率得到显著提高。此外,讨论了其他系统参数对机械振子冷却的影响。最后研究了系统的稳态声子数,声子数可以在较大参数范围内小于1。该方案能有效地降低机械振子的冷却极限。

关键词：量子光学双拉盖尔-高斯腔基态冷却腔内压缩光力噪声谱

基于博弈竞价的区域综合能源系统运营弹性增强策略

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控制理论与应用 2024年第7期41卷 1216-1224页

作者：陈翼邹媛媛李少远上海交通大学电子信息与电气工程学院自动化系上海200240

能源系统故障可能导致巨大的经济损失,因此,提升能源系统的运营弹性具有重要意义.为了提高区域综合能源系统在市场机制下的弹性,本文提出了一种基于博弈的能源竞标策略.首先,建立了区域综合能源系统模型,其中包括能源控制中心、能源枢... 详细信息

能源系统故障可能导致巨大的经济损失,因此,提升能源系统的运营弹性具有重要意义.为了提高区域综合能源系统在市场机制下的弹性,本文提出了一种基于博弈的能源竞标策略.首先,建立了区域综合能源系统模型,其中包括能源控制中心、能源枢纽、储能系统和用户聚合商.为了在市场环境下通过价格引导弹性增强,构建了基于Stackelberg博弈的能源竞标框架,通过调整能源零售价格和需求响应激励价格等策略,以减小能源缺口并降低价格波动.考虑到参与者间的隐私保护,设计了双层迭代定价算法.最后,通过仿真算例说明了所提策略在保证供需平衡的同时有效抑制价格波动,从而降低经济损失.

关键词：区域综合能源系统弹性增强 Stackelberg博弈

基于TDLAS技术的人体呼出一氧化氮在线检测系统

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光学学报 2024年第5期44卷 153-160页

作者：何伟杰卢俊城高璐吴琼吴晓虞聂华贵陈孝敬邵杰温州大学生命与环境科学学院浙江温州325035 浙江师范大学浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室浙江金华321004 浙江金华广福肿瘤医院浙江金华321000 温州大学化学与材料工程学院浙江温州325035 温州大学电子与电气工程学院浙江温州325035

针对呼出气一氧化氮(FeNO)体积分数的检测,使用了具有高灵敏度、高精度等特性的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术。利用直接吸收光谱(DAS)技术和波长调制光谱(WMS)技术对呼出二氧化碳(CO_(2))体积分数进行标定,并通过模拟两种气体... 详细信息

针对呼出气一氧化氮(FeNO)体积分数的检测,使用了具有高灵敏度、高精度等特性的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术。利用直接吸收光谱(DAS)技术和波长调制光谱(WMS)技术对呼出二氧化碳(CO_(2))体积分数进行标定,并通过模拟两种气体信号来确定相关系数并完成FeNO体积分数反演。连续测量15 min气体体积分数,根据其变化实验和Allan方差曲线分析确定两种气体的参数,该系统中的CO_(2)气体测量精度和探测极限分别为0.045%和5.4×10^(-3),一氧化氮(NO)气体测量精度和探测极限分别为1.1×10^(-9)和3.4×10^(-9);通过反复置换CO_(2)和NO的混合气体与氮气(N_(2))测量气体体积分数随时间变化情况来确定该系统响应时间为12 s;最后根据单次呼气周期曲线确定志愿者呼出气体中CO_(2)和NO的体积分数。该研究为FeNO的在线检测提供实验依据。

关键词：生物技术光谱学二氧化碳一氧化氮临床应用吸收光谱

NWC人工甚低频台站信号产生“条缕状”准捕获电子能谱的模拟研究

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物理学报 2024年

作者：刘阳希子项正周晨倪彬彬董俊虎胡景乐王建行郭浩智武汉大学电子信息学院空间物理系

遍布全球的人工甚低频台站发射的信号主要用于对潜通信，在夜间这些信号可以泄漏进磁层与内辐射带中百keV电子发生回旋共振从而导致电子沉降。这一过程是导致内辐射带电子损失的重要原因，也是磁层-电离层耦合过程中能量和物质输运的重... 详细信息

遍布全球的人工甚低频台站发射的信号主要用于对潜通信，在夜间这些信号可以泄漏进磁层与内辐射带中百keV电子发生回旋共振从而导致电子沉降。这一过程是导致内辐射带电子损失的重要原因，也是磁层-电离层耦合过程中能量和物质输运的重要环节。被台站信号散射的电子呈现出能量随L增加而减小的“条缕状”能谱结构，与台站信号和电子的一阶回旋共振能量曲线相符。低轨卫星可以对“条缕状”能谱结构进行清晰地观测，为研究近地空间波粒相互作用提供了重要契机。本文基于Drift-Diffusion-Source模型，复现了DEMETER卫星于2009年3月19日多个轨道测量的NWC台站信号导致的“条缕状”能谱，量化了NWC台站信号对辐射带电子的散射作用，明晰了NWC台站信号的幅度和传播角，揭示了内辐射带电子漂移过程中的动态变化规律，为开发人工影响辐射带技术提供了重要理论参考。

关键词：地球辐射带波粒相互作用人工甚低频台站信号电子投掷角扩散