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基于深度学习的光电振荡混沌系统建模及FPGA应用

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光学学报 2024年

作者：张卓宇蒋林陈博阳冯国豪冯家城闫连山西南交通大学信息科学与技术学院西南交通大学烟台新一代信息技术研究院

为了解决传统混沌加密通信系统收发端宽带混沌同步困难的问题，本文基于long short-term memory(LSTM)网络对光电振荡混沌源进行建模。将混沌AI模型优化剪枝后部署到Field Programmable Gate Array(FPGA)上，以70MHz的采样频率驱动Digit... 详细信息

为了解决传统混沌加密通信系统收发端宽带混沌同步困难的问题，本文基于long short-term memory(LSTM)网络对光电振荡混沌源进行建模。将混沌AI模型优化剪枝后部署到Field Programmable Gate Array(FPGA)上，以70MHz的采样频率驱动Digital-to-Analog Converter(DAC)芯片实时输出混沌波形。与优化前相比，FPGA上的DSP模块资源占用减少了约31.7%,Block RAM(BRAM)资源占用减少了58%，计算延时降低了约44.4%。通过绘制相图以及添加微小扰动的方法证明了部署后模型保持原始opto-electronic oscillator(OEO)的混沌输出特性。此外，本文进一步基于最低有效位选择优化的后处理方法，将部署的混沌AI模型用于实时随机数产生，随机数产生速率为70Mbit/s，所得结果通过了NIST SP 800-22测试。

关键词：混沌光通信随机数生成长短期记忆网络光电振荡器现场可编程门阵列

干涉仪量子增强相位精密测量的光子损耗鲁棒性

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激光技术 2024年

作者：李俊宏冯夏宁韦联福西南交通大学信息科学与技术学院信息量子技术实验室

为了提高光子光学干涉仪在光子损耗情形下的相位测量精度，以典型的twin-Fock态为例输入光子马赫-曾德尔干涉仪（MZI），对光子符合计数探测（CM）在光子损耗下的探测精度进行了理论研究。结果表明，相较于宇称测量，当使用光子对作为... 详细信息

为了提高光子光学干涉仪在光子损耗情形下的相位测量精度，以典型的twin-Fock态为例输入光子马赫-曾德尔干涉仪（MZI），对光子符合计数探测（CM）在光子损耗下的探测精度进行了理论研究。结果表明，相较于宇称测量，当使用光子对作为输入时，光子符合计数探测方案对光子损耗显示出更强的鲁棒性，基于光子符合计数探测的相位测量精度在相位位于π/4和π/2之间时可以非常接近于量子克拉美罗界（QCRB）。该研究结果表明，采用光子符合计数探测方案有助于在实际环境中实现超高精度的相位测量，从而为突破传统散粒噪声限制提供了可能性。

关键词：量子光学量子精密测量马赫-曾德尔干涉仪量子克拉美罗界光子符合计数探测

基于改进自适应IMM算法的高速列车组合定位

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 817-825页

作者：王小敏雷筱张亚东西南交通大学信息科学与技术学院成都611756 四川省列车运行控制技术工程研究中心成都611756

针对列车高精度定位问题,该文提出基于改进自适应交互多模型(IMM)的高速列车高精度组合定位方法。首先,根据列车定位需求和各传感器特点,设计了卫星接收器、轮轴测速传感器、测速雷达以及单轴陀螺仪4种传感器的组合定位方案。然后,针对... 详细信息

针对列车高精度定位问题,该文提出基于改进自适应交互多模型(IMM)的高速列车高精度组合定位方法。首先,根据列车定位需求和各传感器特点,设计了卫星接收器、轮轴测速传感器、测速雷达以及单轴陀螺仪4种传感器的组合定位方案。然后,针对IMM融合滤波算法因先验信息不准导致固定参数设置不当的问题,引入Sage-Husa自适应滤波和转移概率矩阵(TPM)自适应更新集成为自适应IMM算法。针对多模型切换的滞后问题,利用子模型似然函数值能快速反映模型变化趋势的特点,将似然函数值设为判定标志,并引入判定窗对TPM矩阵元素进行修正,有效提升了模型的切换速度。最后,基于改进自适应IMM算法对4种传感器定位信息进行融合滤波,实现高速列车的高精度组合定位。仿真结果表明:改进后的算法相比其他自适应IMM算法提升定位精度1.6%~14.7%,并且能通过提高模型间切换速度来有效降低位置误差峰值,同时具备较好的抗噪性能。

关键词：列车定位交互式多模型 Sage-Husa自适应滤波算法马尔可夫转移概率矩阵判定窗

面向高铁信号系统工程测试的测试建模方法研究

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西南交通大学学报 2024年

作者：史增树李耀郭进张亚东成都信息工程大学软件工程学院西南交通大学信息科学与技术学院

高铁信号系统工程测试关注系统中各设备间的复杂行为关系和状态同步，针对工程测试的测试建模方法缺少复杂行为交互和同步机制的问题，提出基于扩展有限状态机的高铁信号系统工程测试建模方法和测试用例生成方法。首先，分析高铁信号系... 详细信息

高铁信号系统工程测试关注系统中各设备间的复杂行为关系和状态同步，针对工程测试的测试建模方法缺少复杂行为交互和同步机制的问题，提出基于扩展有限状态机的高铁信号系统工程测试建模方法和测试用例生成方法。首先，分析高铁信号系统工程测试的特点，提出复杂事件交互和状态同步的测试建模需求，以有限状态机理论为基础，扩展出状态事件和层次性，满足信号系统工程测试中复杂行为关系和状态同步的建模需求，采用Z规格说明语言给出扩展有限状态机的形式化定义，定义扩展有限状态机的格局和同步机制；然后，提出将扩展有限状态机转化为时间自动机的算法，利用时间自动机的测试用例生成算法自动生成高铁信号系统工程测试的测试用例；最后，以高铁信号系统工程测试中的进路控制为例，建立扩展有限状态机模型并生成测试用例，通过变异分析对生成的测试用例进行评估。结果表明，测试用例在检测状态变异和事件表达式变异时的变异评分均为1，具有良好的覆盖度，能够满足高铁信号系统工程测试的需求。

关键词：高铁信号系统工程测试有限状态机 Z语言时间自动机

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高频伺服系统逆变器死区非线性补偿策略

电工技术学报 2024年

作者：周国祥王邦继王梦轩许琨辉西南交通大学物理科学与技术学院

针对伺服系统在高开关频率应用下逆变器死区非线性效应引起的电流谐波畸变问题，提出无死区双调制波脉冲宽度调制（PWM）和逆变器非线性补偿相结合的策略。首先基于反并联二极管的续流特性，在互补驱动脉冲之间加入驱动空缺区以避免死... 详细信息

针对伺服系统在高开关频率应用下逆变器死区非线性效应引起的电流谐波畸变问题，提出无死区双调制波脉冲宽度调制（PWM）和逆变器非线性补偿相结合的策略。首先基于反并联二极管的续流特性，在互补驱动脉冲之间加入驱动空缺区以避免死区时间的引入。其次通过向直轴注入斜坡电流来获取逆变器非线性特性所对应的误差电压，采用线性迭代插值法来求解逆变器非线性误差电压与电流幅值之间的关系，最终实现逆变器非线性误差电压的在线补偿。同时阐述了引入死区时间后再进行补偿和无死区双调制波PWM的区别，对两者解除占空比限制的效果进行了分析。最后通过仿真和实验结果表明，所提策略能够增加输出电压的线性调制区，消除由死区时间导致的输出占空比限制，有效抑制高开关频率逆变器死区非线性效应导致的电流谐波畸变。此外所提策略易于实现，无需额外的控制环路计算，可适用于更高开关频率的伺服驱动控制系统。

关键词：永磁同步电机逆变器死区非线性死区消除非线性补偿误差电压计算

集成隔离30 kV全固态层叠Blumlein脉冲发生器

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强激光与粒子束 2024年

作者：郝宇昕周昊邱嵩徐彻刘庆想西南交通大学物理科学与技术学院

层叠Blumlein脉冲发生器具有灵活紧凑的优点，但由于开关隔离问题没有得到广泛运用。本文设计了一种集成隔离全固态层叠Blumlein脉冲发生器，利用4绕组共模电感为脉冲形成网络充电、驱动供电和高电压隔离的器件，解决了半导体开关应用... 详细信息

层叠Blumlein脉冲发生器具有灵活紧凑的优点，但由于开关隔离问题没有得到广泛运用。本文设计了一种集成隔离全固态层叠Blumlein脉冲发生器，利用4绕组共模电感为脉冲形成网络充电、驱动供电和高电压隔离的器件，解决了半导体开关应用于层叠Blumlein脉冲发生器的问题。首先介绍了隔离的原理，设计了包含共模电感和同步光触发隔离组件，以及基于IGBT开关阵列的Blumlein脉冲形成网络，分析了层叠Blumlein脉冲发生器的充放电过程；其次，对设计的Blumlein脉冲形成网络与层叠Blumlein脉冲发生器进行电路仿真；搭建了8级层叠Blumlein脉冲发生器，在匹配负载上实验得到电压30.0 kV、电流604 A、脉宽237 ns的方波脉冲。

关键词：脉冲功率层叠Blumlein脉冲发生器共模电感 IGBT 同步触发

非马尔科夫环境中Werner态的量子非局域关联检验研究

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物理学报 2024年第16期73卷 6-14页

作者：蒋世民贾欣燕樊代和西南交通大学物理科学与技术学院

以量子信息领域中常使用的Werner态为研究对象,详细地研究了其在两种非马尔科夫相位阻尼环境,即Random-Telegraph (RT)噪声环境、Ornstein-Uhlenbeck (OU)噪声环境,以及非马尔科夫振幅阻尼(AD)环境中演化后的量子非局域关联检验情况.分... 详细信息

以量子信息领域中常使用的Werner态为研究对象,详细地研究了其在两种非马尔科夫相位阻尼环境,即Random-Telegraph (RT)噪声环境、Ornstein-Uhlenbeck (OU)噪声环境,以及非马尔科夫振幅阻尼(AD)环境中演化后的量子非局域关联检验情况.分别推导了Werner态在RT,OU以及AD环境中密度矩阵随时间的演化结果.基于Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH)不等式,对演化后的量子态进行了详细的量子非局域关联检验研究.结果表明,Werner态在RT噪声环境和AD环境中存在信息回流现象,导致其量子非局域关联特性存在周期性振荡变化的现象,即随演化时间的增加,量子态能够从不具备量子非局域关联特性重新回到具有量子非局域关联特性的情况.而在OU噪声环境中,由于不存在信息回流现象,量子非局域关联检验值将随演化时间的增加而降低.同时,本文还详细给出了Werner的保真度、量子态与非马尔科夫环境的耦合强度、OU噪声环境和AD环境的线宽、RT环境噪声的翻转率等参数与成功进行量子非局域关联检验的演化时间之间的关系.

关键词：量子非局域关联 Werner态非马尔科夫环境 CHSH不等式相位阻尼振幅阻尼

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基于介质谐振器的薄导电板侧向回射增强设计

电子与信息学报 2024年第1期46卷 353-361页

作者：尚玉平冯桂生廖成西南交通大学物理科学与技术学院电磁场与微波技术研究所成都610031

该文提出了基于无源介质谐振器腔内磁偶极子谐振的准超方向性再辐射,旨在增强薄导电板受到平面电磁波侧向照射时的后向散射截面。在平面电磁波激励下,设计适当的长方介质体中可诱导产生具有磁偶极子再辐射特征的混合电磁谐振模式。以长... 详细信息

该文提出了基于无源介质谐振器腔内磁偶极子谐振的准超方向性再辐射,旨在增强薄导电板受到平面电磁波侧向照射时的后向散射截面。在平面电磁波激励下,设计适当的长方介质体中可诱导产生具有磁偶极子再辐射特征的混合电磁谐振模式。以长方介质体为基本谐振单元,将两个相同的介质体沿入射波传播方向紧密级联以组成一个超单元。超单元的两个介质体中的磁场强度与电场强度矢量均呈现相反的方向且相近的幅度,接近等幅而反相的内部场分布使超单元类似一个二元准超方向性磁偶极子阵列,由此产生的准超方向性再辐射有效地贡献于后向散射截面增强。进一步,由镜像原理,将超单元剖面厚度减半并加载于薄导电板表面。结果表明,剖面厚度仅为0.078λ0的介质谐振器形成基于磁偶极子的准超方向性再辐射,在谐振频率处可显著修改薄导电板的侧向回射特性,进而在相对宽带宽角范围内对侧向入射波实现有效的后向散射截面增强。

关键词：雷达散射截面增强介质谐振器混合电磁谐振模式超方向性再辐射

相干衰落抑制Φ-OTDR的分布式光纤周界安防技术

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西南交通大学学报 2024年第3期59卷 564-571页

作者：胡祖翰钱恒石先明刘利平徐余明罗斌中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 西南交通大学信息科学与技术学院四川成都611756

基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统在铁路周界安防中有着重要的应用前景.为降低Φ-OTDR中固有的相干衰落对相位解调的影响,提高扰动信号识别率,提出一种基于矢量旋转滑动平均(MVRA)的相干衰落抑制方法.首先,... 详细信息

基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统在铁路周界安防中有着重要的应用前景.为降低Φ-OTDR中固有的相干衰落对相位解调的影响,提高扰动信号识别率,提出一种基于矢量旋转滑动平均(MVRA)的相干衰落抑制方法.首先,对探测信号复矢量化,并对各位置的复矢量信号按初相角进行旋转对齐;然后,采用滑动平均的方法缓和信号幅度起伏以及减小噪声功率,提高信噪比,进而抑制相干衰落;其次,从衰落抑制信号解调出扰动信号,将MVRA与频谱提取重组(SERM)、数字向移变换(DPST)方法进行对比,通过差分相位标准差验证抗衰落效果;最后,通过搭建分布式光纤周界入侵检测实验平台,模拟环境噪声、应力破坏、攀爬、剪网4种防护扰动信号,以解调的相位灰度图作为特征图像,使用卷积神经网络进行模式识别.实验结果表明:相比SERM、DPST,MVRA能更高效地抑制衰落,当滑动窗长50 ns时,MVRA提高11.2 dB信噪比;扰动信号的识别率由衰落抑制前的88%提高到衰落抑制后的92%.

关键词：相位敏感光时域反射计相干衰落周界安防