束流诊断虚拟加速器环境开发（英文）

为了更好的测试控制方法和开发上层控制软件,本文提出了一种基于ELEGANT和SDDS Toolkit的虚拟加速器环境。在这个虚拟环境下,可以将底层物理模拟软件与上层控制软件通过EPICS控制通道及Matlab脚本进行数据分析及处理。本文描述了在该虚拟加速器环境中束流参数测量和轨道控制等软件的开发和测试,并探讨了该虚拟加速器的设计理念和未来可能的应用。     

基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件开发与验证

目前，中国科学院近代物理研究所设计、建造和运维了多台结构指标各异的重离子加速器装置，现有的物理控制系统已无法满足这些装置对于稳定、可靠、高效运行的需求。为了提高调试、运行效率，简化系统操作，达到更高的流强和更好的束流品质，中国科学院近代物理研究所自主设计了一套基于EPICS的面向物理的加速器控制系统PACS。为了验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性，采用Python语言开发了基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件及其界面，并且搭建了HIRFL-CSRe的MySQL测试数据库和EPICS软IOC测试环境，在该虚拟测试环境下对软件的直流模式下工作点调节功能进行了测试；然后在HIRFL-CSR真实环境对该软件在直流/脉冲模式下的工作点调节功能进行测试。结果表明，该软件能够通过PACS提供的接口嵌入系统的物理过程模块，实现与数据库和底层控制系统的交互，从而完成直流/脉冲模式下的工作点调节和光学参数计算，以此验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性。     

基于VxWorks的小型无人机飞行控制软件设计

针对小型无人机功能日益复杂,迫切需要提高实时性与可靠性等现状,开发了一套基于VxWorks实时操作系统的小型无人机飞行控制软件,实现了无人机自主起飞、空中巡航和自主着陆等飞行控制功能;在完成软件需求分析的基础上,设计了飞行控制软件的总体结构,并结合VxWorks操作系统的运行机制给出飞行控制软件模块化设计方案,着重介绍了多任务环境下任务划分及优先级分配策略;半物理飞行仿真试验表明:该飞行控制软件能够实现自主、指令、人工3种飞行模式下的飞行控制功能,具有良好的实时性和可靠性,满足飞行控制软件最初的设计需求,同时大大降低了开发难度,提高了软件的可维护性和可移植性。     

回旋加速器虚拟样机技术进展

基于缩短开发周期、降低物理样机成本及实现创新设计的目的,虚拟样机(VP)技术被用于低能回旋加速器的设计中.本文介绍了华中科技大学在回旋加速器VP技术研究上的进展.提出了面向多学科协同设计的回旋加速器虚拟样机开发思路,描述了基于Python脚本语言混合编程技术的VP集成平台.在该平台下,通过多个设计组件的支持与协作,可实现对主磁铁、高频腔和中心区等关键部件及回旋加速器整机的优化设计.     

回旋加速器虚拟样机技术进展

基于缩短开发周期、降低物理样机成本及实现创新设计的目的, 虚拟样机(VP)技术被用于低能回旋加速器的设计中. 本文介绍了华中科技大学在回旋加速器VP技术研究上的进展. 提出了面向多学科协同设计的回旋加速器虚拟样机开发思路, 描述了基于Python脚本语言混合编程技术的VP集成平台. 在该平台下, 通过多个设计组件的支持与协作, 可实现对主磁铁、高频腔和中心区等关键部件及回旋加速器整机的优化设计.     

聚变堆遥操作上层协同控制系统设计和测试

为了解决聚变堆遥操作维护上层控制系统普遍存在的软件功能模块过于集中、拓展性差、不具备中层运动规划能力等问题,设计了一种基于机器人操作系统(ROS)的上层协同控制系统。该系统采用分布式架构,基于市场成熟的开发平台进行设计,集成了中层运动规划与动力学虚拟仿真功能。通过“轴销抓取”的实验场景测试的结果表明：该系统满足设计需求,运行稳定。     

基于CPCI总线DMA方式的实时高速数据交换系统

针对在重离子同步加速器运行过程中,如何解决设备控制器与上层数据处理程序之间的高速数据交换的问题,自主研发了基于Compact PCI总线板卡,板载FPGA,DSP,SDRAM等资源,并设计了DMA完整控制逻辑,传输协议解译全部由硬件完成(FPGA)。多个软硬件模块共同实现了该实时高速数据交换系统。该系统经实测,结构完整自洽,数据传输带宽符合重离子同步加速器运行要求,实现了数据传输的实时性。重点描述该系统数据通路上的诸多技术环节,包括硬件和软件的功能划分、FPGA、DSP、驱动程序、上层应用等各环节的技术细节。该实时数据交换系统系原创性设计,系统解决了控制与数据采集系统的设备控制层与上层数据处理层之间的实时数据交换问题。     

基于虚拟样机的回旋加速器主磁铁设计与修正

 磁铁设计对于等时性回旋加速器极为关键。磁场分布需要满足粒子等时性加速和粒子径向、轴向聚集要求，同时避免危险的横向共振。提出了一种计算机辅助的自动化磁铁设计、建模和修正的方法，该方法在基于Python混合编程的虚拟样机集成设计环境中实现。详细描述了利用3维电磁场仿真软件TOSCA和自主开发的粒子束跟踪软件PTP对磁铁的优化过程，并给出了一个16 MeV负氢紧凑型回旋加速器的主磁铁设计实例。     

加速器控制系统及其进展

目前加速器控制系统普遍采用了分布式体系结构,使用系统集成工具进行开发,当前加速器界主流的系统集成工具有.EPICS、TANGO和商业SCADA产品.在硬件方面,PGA、DSP芯片广泛地用于硬件模块中实现数字化控制,嵌入武EPICS IOC智能控制器是当今研究的一个热点.软件方面,除系统集成工具之外,各大实验室都建立了自己的软件开发环境,对软件开发进行标准化管理,其中开放的软件平台Eclip8,beans活跃在控制系统软件开发中.目前具有挑战性的课题是系统高可用性研究.本文将介绍加速器控制系统及技术方面的现状和进展.     

加速器控制系统及其进展

目前加速器控制系统普遍采用了分布式体系结构, 使用系统集成工具进行开发, 当前加速器界主流的系统集成工具有EPICS、TANGO和商业SCADA产品. 在硬件方面, FPGA、DSP芯片广泛地用于硬件模块中实现数字化控制, 嵌入式EPICS IOC智能控制器是当今研究的一个热点. 软件方面, 除系统集成工具之外, 各大实验室都建立了自己的软件开发环境, 对软件开发进行标准化管理, 其中开放的软件平台Eclips, Abeans活跃在控制系统软件开发中. 目前具有挑战性的课题是系统高可用性研究. 本文将介绍加速器控制系统及技术方面的现状和进展.     

弹上激光接收机的光谱响应特性检测研究

检测该系统能采集和分析相关测试数据,能显示、保存和打印最终测试结果。由于使用了选进的编程开发软件和虚拟仪器技术,使系统能成为检测激光接收器光谱参数的测试系统。测试结果证明,这种方法实用、方便,测量精度高。     

虚拟仪器实现光谱测试的数据采集和处理

为了增强光谱测试系统的数据采集和分析处理能力,对新兴的基于微型计算机的测试仪器技术———虚拟仪器作了研究,并将其引入光谱测试中。以编译型的可视化图形编程环境ＬａｂＶＩＥＷ（实验室虚拟仪器工程平台）作为开发平台,开发出用于光谱测试和光谱数据处理的虚拟仪器系统。对光源和光探测器的光谱特性进行测试的实例表明,在ＬａｂＶＩＥＷ上构建的虚拟仪器提高了光谱测试的自动化程度、精确度和测试效率。虚拟仪器在光电检测中的应用具有广阔的发展前景     

Real Time Imaging of Quantum and Thermal Fluctuations: The Case of a Two-Level System

A quantum system in contact with a heat bath undergoes quantum transitions between energy levels upon absorption or emission of energy quanta by the bath. These transitions remain virtual unless the energy of the system is measured repeatedly, even continuously in time. Isolating the two indispensable mechanisms in competition, we describe in a synthetic way the main physical features of thermally activated quantum jumps. Using classical tools of stochastic analysis, we compute in the case of a two-level system the complete statistics of jumps and transition times in the limit when the typical measurement time is small compared to the thermal relaxation time. The emerging picture is that quantum trajectories are similar to those of a classical particle in a noisy environment, subject to transitions à la Kramer in a multi-well landscape, but with a large multiplicative noise.     

Phenomenology tools on cloud infrastructures using OpenStack

We present a new environment for computations in particle physics phenomenology employing recent developments in cloud computing. On this environment users can create and manage “virtual” machines on which the phenomenology codes/tools can be deployed easily in an automated way. We analyze the performance of this environment based on “virtual” machines versus the utilization of physical hardware. In this way we provide a qualitative result for the influence of the host operating system on the performance of a representative set of applications for phenomenology calculations.     

基于LabWindows/CVI的导弹舵机测控系统设计

舵机是导弹控制系统的重要执行机构，为实现对电动及气动多种型号导弹舵机性能的测试，设计开发了一种基于LabWindows/CVI虚拟仪器的测控系统。介绍了该测控系统硬件组成和软件结构流程，软件设计过程中充分利用多线程、数据库等技术,准确快速完成舵机自动化性能测试。应用结果表明:该舵机测控系统工作稳定，测试精度和自动化程度高,满足舵机试验测试精度和技术指标要求，为舵机的性能研究和维修维护提供了良好的测试环境。     

一种单摄像机虚拟鼠标的标定方法

建立单摄像机虚拟鼠标的数学模型,提出一种虚拟鼠标的现场标定方法.以二维实体靶标为中介.利用计算机屏幕生成的虚拟靶标,确定摄像机坐标系到屏幕坐标系的变换.建立空间三维控制点图像坐标到鼠标指针的映射,实现了单摄像机虚拟鼠标的现场标定.提出的方法无需高成本的辅助设备,现场操作简单.在30 cm作用距离内采用640 pixel×480 pixel图像中50个特征点,当图像噪声方差达到1 pixel时,试验中控制点映射为屏幕坐标的均方根(RMS)误差小于3 pixel.该方法应用于研发的虚拟鼠标演示程序.表明切实可行,适用于虚拟鼻尖鼠标的现场标定.     

基于LabVIEW的空间相机试验测控系统设计

在LabVIEW开发环境下,基于虚拟仪器和PXI总线,采用National Instrument(NI)公司的数据采集卡,设计了一个空间相机试验测控系统,实现了硬件设计和软件功能。该系统具有多个通道,可测试温度、应力、应变等多种参数,能实现测控参数设置、数据采集与处理、数据及曲线显示、信号分析与处理、远程通信等多种功能。在某空间相机分系统热平衡试验中,用于测试、控制36个热敏电阻测温点和14个热电偶测温点的温度。结果表明,系统达到了0.5℃的控温要求;热电偶的标定和标准水银温度计的比对结果表明,本系统测温精度可达到0.15℃。与传统的文本语言相比,利用LabVIEW节省了大约80%的时间。本系统具有延续开发能力和可移植性,其设计方法能为其它测控系统的开发提供参考。     

Active noise control in a free field with virtual sensors

The zone of local control around a "virtual energy density sensor" is compared with that offered by an actual energy density sensor, a single microphone, and a virtual microphone. Intended as an introduction to the concept of forward difference prediction and a precursor to evaluating the virtual sensor control algorithms in damped enclosures, this paper investigates an idealized scenario of a single primary sound source in a free-field environment. An analytical model is used to predict the performance of the virtual error sensors and compare their control performance with their physical counterparts. The model is then experimentally validated. The model shows that in general the virtual energy density sensor outperforms the actual energy density sensor, the actual microphone, and the virtual microphone in terms of centering a practically sized zone of local control around an observer who is remotely located from any physical sensors. However, in practice, the virtual sensor algorithms are shown to be sensitive (by varying degrees) to short wavelength spatial pressure variations of the primary and secondary sound fields.     

Advancement of three-dimensional noise mapping in Hong Kong

The dramatic enhancement of computation power, rapid development in Geographic Information System (GIS), three-dimensional (3D) computer graphic and virtual reality technology; and the wide availability of digital topographic and mapping data have facilitated the substantial advancement in road traffic noise assessments and data presentation in Hong Kong. Two-dimensional (2D) and even 3D noise mapping over a large geographical area has now become a more manageable task. In Hong Kong, very often roads are in close proximity to the sky-scrapers and 2D noise mappings are simply inadequate in accurately portraying the noise exposure environment. Traditional commercially available noise modelling tools are incapable of handling the complex topography, building geometry and noise screening structures of Hong Kong. 3D presentation tools integrating noise modelling, GIS and computer graphics are needed to portray the noise environment in the unique high-rise townscape of Hong Kong. This paper outlines the development of advanced 3D GIS tools, information technologies and how they were put into trials and implementation in Hong Kong. Particular attention is given to the dissemination of noise information to the community, be it for public education, engagement or consultation; and recent advances in the availability of such information interactively, and in a user-friendly manner, through the internet.     

A novel virtual four-ocular stereo vision system based on single camera for measuring insect motion parameters

A novel virtual four-ocular stereo measurement system based on single high speed camera is proposed for measuring double beating wings of a high speed flapping insect. The principle of virtual monocular system consisting of a few planar mirrors and a single high speed camera is introduced. The stereo vision measurement principle based on optic triangulation is explained. The wing kinematics parameters are measured. Results show that this virtual stereo system not only decreases system cost extremely but also is effective to insect motion measurement.