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6G新型时延多普勒通信范式:OTFS的技术优势、设计挑战、应用与前景

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1827-1842页

作者：廖勇罗渝荆亚昊重庆大学微电子与通信工程学院重庆400044

在未来的通信网络中,被广泛期待的第6代移动通信系统(The Sixth Generation of Mobile Communications System,6G)技术将面临诸多挑战,其中包括在高速移动场景下的超高可靠通信问题。正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS... 详细信息

在未来的通信网络中,被广泛期待的第6代移动通信系统(The Sixth Generation of Mobile Communications System,6G)技术将面临诸多挑战,其中包括在高速移动场景下的超高可靠通信问题。正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术克服了传统通信系统在高速移动环境下多径和多普勒效应的影响,为实现6G超高可靠通信提供了新的可能性。该文首先介绍了OTFS的基本原理、数学模型、干扰与优势分析。然后,归纳分析了OTFS技术在同步、信道估计、信号检测技术上的研究现状。接着,从车联网、无人机、卫星通信、海洋通信4个典型应用场景分析了OTFS的应用趋势。最后,从降低多维匹配滤波器、相位解调和信道估计、硬件实现的复杂度和提高对时频资源的高度利用4个角度探讨了未来研究OTFS需要克服的困难和挑战。

关键词：第6代移动通信系统正交时频空间延迟-多普勒域同步信道估计信号检测

基于相位和高光谱的番茄果实多模态融合检测方法

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光子学报 2024年第7期53卷 258-272页

作者：戴海宸韦鑫宇徐一新陈元平徐媛媛季颖江苏大学物理与电子工程学院镇江212013

针对传统高光谱成像技术在农产品品质无损检测中信息表征不全、光谱反射率分布受形貌影响的问题,基于结构光成像原理和深度学习技术,提出一种易操作、速度快的样本三维形貌自动化重建算法及其与光谱分布数据匹配融合的方法,搭建了相应... 详细信息

针对传统高光谱成像技术在农产品品质无损检测中信息表征不全、光谱反射率分布受形貌影响的问题,基于结构光成像原理和深度学习技术,提出一种易操作、速度快的样本三维形貌自动化重建算法及其与光谱分布数据匹配融合的方法,搭建了相应的检测装置。对被测物的三维表面形貌,基于单目相机条纹成像原理,通过语义分割网络模型输出的像素语义信息来映射表面高度信息;对被测物物理形貌信息与生化成分信息的匹配融合,基于标准参考物体的线特征拟合对两异源图像进行配准和评估;利用所搭建的检测装置对番茄果实进行了试验。对直径4~8 cm的样本,所训练的网络模型可在0.75 s内预测出其三维高度分布,直径和最大高度误差均在4%以内;使用边缘提取算法、曲线拟合算法、线特征融合方法实现了三维映射与高光谱图像的实时配准融合。本文研究可为克服单一类型图像评估指标不足提供参考,为农产品无损可视化检测提供更丰富的评价数据。

关键词：高光谱成像形貌重建深度学习图像融合多维信息表征

基于跨越连接与融合注意力机制的红外弱小目标检测方法

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光子学报 2024年第9期53卷 218-229页

作者：李慧李正周杨雨昕郝聪宇刘海涛重庆大学微电子与通信工程学院重庆401331

针对复杂背景红外小弱目标信号弱、特征不明显、干扰虚警多等检测性能低问题,提出基于跨越连接与融合注意力机制的单阶段红外弱小目标检测算法。该方法融合注意力机制与残差网络提取小目标多特征,减少复杂背景干扰;双向跨越连接结构融... 详细信息

针对复杂背景红外小弱目标信号弱、特征不明显、干扰虚警多等检测性能低问题,提出基于跨越连接与融合注意力机制的单阶段红外弱小目标检测算法。该方法融合注意力机制与残差网络提取小目标多特征,减少复杂背景干扰;双向跨越连接结构融合低层与高层各自的特征信息,凸显小弱目标特征表达能力;增加一个高分辨率检测层,重新聚类弱小目标先验框,增强目标与背景的特征差别学习能力;最后,建立真实目标和预测目标框的高斯分布模型,计算两者相似性,解决因IoU度量造成的目标损失回归偏差敏感问题,提升损失回归准确性。在公开红外小目标数据集上进行对比测试,实验结果表明该算法对多种复杂背景下红外小弱目标检测均取得了最佳性能,在平均精度和速度等方面都得到显著提升,模型最小,方便部署。

关键词：红外小目标目标检测跨越连接注意力机制多尺度融合

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基于皮肤-脂肪模型的太赫兹体内多输入多输出信道特性分析与建模

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1276-1285页

作者：张杰尹镜涵邵羽廖希王洋余子明重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 谢菲尔德大学电子电气工程系谢菲尔德S102TN 华为技术有限公司成都611731

为探究太赫兹(THz)频段体内多输入多输出(MIMO)通信系统的传输特性,该文在0.8~1.2 THz下构建了精确的皮肤-脂肪模型,对皮肤-脂肪模型中垂直方向和水平方向的链路进行全波电磁仿真,分析太赫兹体内信道特性,建立路径损耗模型。首先,结合... 详细信息

为探究太赫兹(THz)频段体内多输入多输出(MIMO)通信系统的传输特性,该文在0.8~1.2 THz下构建了精确的皮肤-脂肪模型,对皮肤-脂肪模型中垂直方向和水平方向的链路进行全波电磁仿真,分析太赫兹体内信道特性,建立路径损耗模型。首先,结合太赫兹频段人体组织的介电特性和人体皮肤的解剖学结构构建皮肤-脂肪模型。其次,对比分析了3条链路的路径损耗和阴影衰落,提出带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型。最后,对3条链路的莱斯K因子、均方根时延扩展、MIMO容量进行分析。仿真分析表明,带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型可以更准确地描述加长距离垂直链路2的路径损耗,发射端在体表可以增强MIMO容量。该文的工作可以为太赫兹体内通信系统的设计和优化提供参考。

关键词：太赫兹体内通信多输入多输出信道特性

荧光粉配比和激发波长对高品质白光LED的影响

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发光学报 2024年第1期45卷 103-110页

作者：赵见国索博研徐儒王书昶张惠国常建华南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 常熟理工学院电子信息工程学院江苏常熟215500

随着人们对照明光源品质要求的不断提高,单一的指标参数已不能完全满足对LED的评价。本文研究了荧光粉配比和激发波长对白光LED的显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效等参数的影响。研究发现,合适的荧光粉种类... 详细信息

随着人们对照明光源品质要求的不断提高,单一的指标参数已不能完全满足对LED的评价。本文研究了荧光粉配比和激发波长对白光LED的显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效等参数的影响。研究发现,合适的荧光粉种类和配比可以降低荧光粉之间的二次吸收、减少能量损失、光线衰减以及光谱的畸变,实现白光LED品质的提升。此外,不同波长蓝光LED激发荧光粉的优势各不相同,通过组合使用,可提高白光LED的显色指数、光谱连续度,降低光谱功率分布的蓝光危害占比指数。本文采用普通商用450 nm和460 nm的蓝光LED芯片激发优化后的荧光粉,显著提高了白光LED的品质,其显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效分别为97.4、26.3%、93.6%和98.75 lm/W。本研究为高品质白光LED的制备提供了完备的参考依据,有利于推动高品质白光LED的普及。

关键词：高品质LED 激发波长荧光粉配比

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由质子化D-A型聚合物和MoS_(2)构建S型异质结实现高效光催化析氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第3期58卷 180-193页

作者：潘劲康张艾彩珺张莉华董鹏玉盐城工学院江苏省新型环保重点实验室江苏盐城224051 盐城工学院化学化工学院江苏盐城224051 盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051

化石能源的过度消耗及其所引发的环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的关键因素,因此开发绿色、可再生的能源已成为全球的迫切需求.氢能作为一种新型能源,具有能量密度高、清洁以及可持续等优点,备受研究者的关注.光催化分解水制... 详细信息

化石能源的过度消耗及其所引发的环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的关键因素,因此开发绿色、可再生的能源已成为全球的迫切需求.氢能作为一种新型能源,具有能量密度高、清洁以及可持续等优点,备受研究者的关注.光催化分解水制氢技术能够将太阳能转化为可储存的清洁能源,被视为未来解决能源和环境问题的可行性方案.在过去几十年里,众多科学家致力于研发各种高效的析氢光催化剂,以推进光催化分解水制氢技术的实际应用.其中,S型异质结光催化剂因其快速的光生电荷转移效率和出色的氧化还原能力,被认为是提高光催化析氢性能的有效途径之一.本文以质子化、具有供体-受体(D-A)构型的PyDTDO-3共轭聚合物和二维层状MoS_(2)为原料,构建了一种S型异质结(PPMS),并将其用于光催化分解水制氢.红外光谱结果表明,质子化处理导致PyDTDO-3表面吸附了大量H^(+),使其Zeta电势降低,表面负电荷减少,更有利于MoS_(2)的吸附,进而形成具有紧密接触界面的PPMS S型异质结.在可见光照射下,PPMS-0.5%(即MoS_(2)占PyDTDO-3的质量百分数为0.5%)S型异质结的性能最佳,其光催化析氢效率达到75.4 mmol g^(–1)h^(–1),是纯PyDTDO-3的4.6倍.此外,在550 nm光激发下,PPMS-0.5%异质结的光催化析氢表观量子效率最高达到19.6%.光电流响应和电化学阻抗谱结果表明,PPMS异质结展现出了显著提升的光生电荷分离效率.通过密度泛函理论计算发现,PyDTDO-3和MoS_(2)具有不同的功函数,这导致费米能级间隙的产生,从而形成了内建电场.该内建电场有助于MoS_(2)上的电子自发转移到PyDTDO-3上,从而在PyDTDO-3与MoS_(2)的界面上产生了明显的差分电荷密度分布:PyDTDO-3表面带有负电荷,MoS_(2)表面则带有正电荷.在可见光激发下,得益于PyDTDO-3独特的D-A型结构,光生电子可以快速从供体(芘供体)的最高占据分子轨道传递到受体(DTDO受体)的最低未占据分子轨道(LUMO);随后,这些被激发的光生电子进入MoS_(2)的表面.利用飞秒瞬态吸收光谱研究动力学行为,结果表明,来自PyDTDO-3的LUMO电子转移加速了MoS_(2)价带的空穴消耗,这进一步证实了S型光生电荷分离机制.此外,与单组分PyDTDO-3和MoS_(2)相比,PPMS S型异质结具有较低的吉布斯自由能(ΔGH*,0.77 eV),表明它更有利于过渡态(H*)的形成以及分子氢在PPMS上的有效解吸.总之,PPMS S型异质结表现出促进的电荷定向迁移和增加的活性位点,共同增强了其光催化析氢性能.综上,本文首先对D-A构型的PyDTDO-3进行质子化处理,再与MoS_(2)复合,制备了具有紧密接触界面的S型PPMS异质结.该异质结结构显著促进了PyDTDO-3和MoS_(2)之间的电荷定向迁移;此外,通过引入MoS_(2)中丰富的S原子,增加了光催化析氢活性位点,从而大大提高了光催化析氢效率.本文为设计和开发新型高效的光催化析氢材料提供了新的思路和参考.

关键词： S型异质结质子化D-A型聚合物 MoS_(2) 光催化析氢密度泛函理论计算

基于破乳诱导萃取和ICP-MS/MS分析渣油中的微量金属元素

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石油学报（石油加工） 2024年第1期40卷 229-238页

作者：朱乾华刘宏伟聂西度长江师范学院化学化工学院重庆涪陵408100 湖南工学院材料科学与工程学院湖南衡阳421002

基于破乳诱导萃取提出利用电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)测定渣油中多种金属元素的新策略。渣油样品经二甲苯稀释降低黏度后采用质量分数6%的Triton X-114乳化,超声水浴破乳25 min,利用体积分数40%的盐酸萃取渣油中金属元素至水... 详细信息

基于破乳诱导萃取提出利用电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)测定渣油中多种金属元素的新策略。渣油样品经二甲苯稀释降低黏度后采用质量分数6%的Triton X-114乳化,超声水浴破乳25 min,利用体积分数40%的盐酸萃取渣油中金属元素至水相,采用ICP-MS/MS测定其中10种金属元素Na、Mg、Al、Ca、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn的含量。详细评估了破乳诱导萃取条件对渣油中金属元素萃取效率的影响,在串联质谱(MS/MS)模式下,利用氦碰撞气或不同反应气消除了金属元素的质谱干扰,采用标准参考物质NIST SRM 1634c(燃油中的微量元素)验证了方法的准确性,以微波消解技术处理渣油样品并采用扇形磁场电感耦合等离子体质谱(SF-ICP-MS)进行对比分析验证了方法的可靠性。结果显示,金属元素在各自的含量范围内呈现良好的线性关系(线性相关系数≥0.9997),检出限(LOD)为2.05~31.4 ng/L,NIST SRM 1634c的测定结果与标准参考物质提供的认证值及文献报道的参考值基本一致,置信度水平达到95%,ICP-MS/MS方法与SF-ICP-MS的对比分析结果无显著性差异。所建立的ICP-MS/MS方法操作简单,分析速率快,准确可靠性好,已用于渣油中多种金属元素的质量评价。

关键词：渣油电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS) 金属元素破乳诱导萃取质谱干扰

洛默尔-高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 435-441页

作者：苏艳丽王渊博吉琳聪张存姜其畅运城学院物理与电子工程系山西运城044000 山西省光电信息科学与技术实验室山西运城044000

基于梯度折射率介质,分析了洛默尔-高斯光束的强度包络和传输特性,给出了洛默尔-高斯光束的强度表达式。高斯腰斑取值越小,洛默尔-高斯光束的非零区域越小即高斯光束的截断作用越明显;半锥角取值越大,光束的空间尺度越小;拓扑荷数取值越... 详细信息

基于梯度折射率介质,分析了洛默尔-高斯光束的强度包络和传输特性,给出了洛默尔-高斯光束的强度表达式。高斯腰斑取值越小,洛默尔-高斯光束的非零区域越小即高斯光束的截断作用越明显;半锥角取值越大,光束的空间尺度越小;拓扑荷数取值越大,光束中心的暗斑尺寸越大。非对称参数可以改变洛默尔-高斯光束的空间形态和对称特性,随着非对称参数幅值的增加,光强分布逐渐由圆对称改变为轴对称的双月结构,随着非对称参数幅角的增大,双月结构的对称轴呈现顺时针旋转的特性。洛默尔-高斯光束在梯度折射率介质中传输时,在一个传输周期内,光束的相对强度分布没有变化,只是光束尺度发生周期性聚焦变化,而在自由空间中,光束会很快演化为两个光斑。这些结果对研究洛默尔-高斯光束的实际应用具有一定参考价值。

关键词：物理光学光场调控洛默尔-高斯光束梯度折射率介质

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RIS辅助FSO/RF混构系统性能研究

激光与光电子学进展 2024年第15期61卷 103-110页

作者：包朝园曹阳彭小峰邢雯珺重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

为了研究可重构智能表面(RIS)辅助自由空间光(FSO)/射频(RF)混构系统的性能,在RF链路中考虑同信道干扰问题的影响。RIS能够解决RF链路无法完成视距通信的问题,从而提升通信系统性能。FSO链路服从双广义伽马分布,并考虑指向误差的影响,R... 详细信息

为了研究可重构智能表面(RIS)辅助自由空间光(FSO)/射频(RF)混构系统的性能,在RF链路中考虑同信道干扰问题的影响。RIS能够解决RF链路无法完成视距通信的问题,从而提升通信系统性能。FSO链路服从双广义伽马分布,并考虑指向误差的影响,RF链路服从瑞利分布,在中继节点处采用译码转发协议,减少噪声对传输信号的干扰。推导了系统端到端瞬时信噪比的累积分布函数,在此基础上,进一步推导了该系统的中断概率和平均误码率的闭合公式。仿真结果表明,该系统方案在弱湍流和中湍流强度下性能提升较为明显。在弱湍流强度下,RIS可以有效抵抗干扰对RF链路的影响,从而提升系统性能。

关键词：同信道干扰可重构智能表面中断概率平均误码率