基于FPGA的快速脉冲数据采集及处理系统设计

为了提高脉冲信号多参数提取的准确性,从而更精确地表征细胞多种物理和生化特性,设计了基于FPGA 的快速脉冲数据采集与处理系统。首先,采用对时间窗口和幅值同时设定阈值的方法,有效避免了噪声对有效脉冲识别的影响;其次,采用FPGA实现数据采集、快速数字滤波、以及脉冲峰值、面积和脉宽三个参数的提取,并利用FPGA作为外部主控制器实现对USB芯片CY7C68013A内部FIFO的控制,实现脉冲数据的高速处理、传输;最后,对系统的可行性及准确性进行了实验。实验结果表明,本系统能够对脉冲信号进行有效实时识别和高准确度的参数提取,同时USB的数据传输速度可达29.8MB/S,满足系统数据传输的实时性要求。     

皮秒脉冲在零平均色散光纤链中传输的数值模拟

基于一种二阶和三阶色散都作了完全补偿(路径平均色散为零)的光纤级联系统模型,用数值法对1ps脉宽的高斯光脉冲长距离传输作了数值模拟.结果表明:这种完全补偿的高阶色散控制系统消除了三阶色散引起的脉冲边沿部的振荡,减弱了脉冲峰的时间移动.在不同的入上分别给输入脉冲附加以最佳的频率啁啾,可使得光脉冲的宽度`啁啾及振都围绕在初始值附近波动,在每个补偿端末基本恢复到初值,从而形成光脉冲的推稳定传输.功率增大,稳定传输的距离减小.预啁啾和零平均色散传输并不能完全消除脉冲峰的时间移动。累积的脉冲峰移与预啁啾无关,随功率增大而增大。脉宽的变化与功率和预啁啾都相关。另外,我们也考察了掺饵光纤放大器EDFA的噪声在该系统中引起的时间抖动特性。     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号,基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大.且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化:脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回渡信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号.基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大,且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化;脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回波信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

啁啾参数对光束远场分布的影响

啁啾脉冲光束的远场特性对其具体应用具有重要意义。利用夫琅禾费衍射积分公式导出了啁啾脉冲高斯光束远场光强分布的解析式,并通过数值计算分析了啁啾参数对远场分布的影响。结果表明,脉冲光束的远场中心光强随着脉宽的减小而增大,其远场轴上功率谱随着脉宽的增大而减小,与普通脉冲高斯光束相比,脉宽的变化对于啁啾脉冲光束的影响更大。脉冲光束的中心光强也随着谱宽的增大而增大,但啁啾参数的变化不会对其产生影响。     

混沌噪声背景下微弱脉冲信号的检测及恢复

构建了一种在混沌噪声背景下检测并恢复微弱脉冲信号的模型.首先,基于混沌信号的短期可预测性及其对微小扰动的敏感性,对观测信号进行相空间重构、建立局域线性自回归模型进行单步预测,得到预测误差,并利用假设检验方法从预测误差中检测观测信号中是否含有微弱脉冲信号.然后,对微弱脉冲信号建立单点跳跃模型,并融合局域线性自回归模型,构成双局域线性(DLL)模型,以极小化DLL模型的均方预测误差为目标进行优化,采用向后拟合算法估计模型的参数,并最终恢复出混沌噪声背景下的微弱脉冲信号.仿真实验结果表明本文所建的模型能够有效地检测并恢复出混沌噪声背景中的微弱脉冲信号.     

重频超宽带脉冲干扰低噪声放大器

理论分析和仿真研究了重频超宽带脉冲对低噪声放大器(LNA)的干扰特征,给出了高斯脉冲幅度、脉宽及重频等参数对LNA干扰效果的规律,对工作于40~80MHz频段的接收机LNA开展了相关验证实验。结果表明:干扰特征主要由LNA工作频带和脉冲参数决定;不同脉冲参数对干扰的效果影响不同,脉冲幅值的影响最显著;在验证实验研究的参数范围内,增大高斯脉冲幅度、脉宽和重频均有利于增强对LNA的干扰效果。     

啁啾高斯脉冲经啁啾光纤光栅反射后的传输特性

在考虑侈阶和高阶色散的情况下,给出了啁啾高斯光脉冲被啁啾光纤光栅反射后在光纤中传输时脉冲展宽的解析析式,。讨论了啁啾光栅脉减压缩和色散补偿中的几个重要问题。以线性啁啾光纤光栅为实例进行了数值计算,发现了脉冲殿宽的对称性质,最后提出一种新颖的可用于估算脉冲受光纤光栅作用后脉宽展宽的简单办法。     

用变分法研究高阶色散和五阶非线性对高斯脉冲在光纤中传输特性的影响

从修正的非线性薛定谔方程出发,采用变分法,导出了在高阶色散和五阶非线性共同作用情况下高斯型脉冲参量随传输距离的演化方程组;求出了振幅与脉宽、频率与啁啾、脉宽与啁啾之间的三个重要约束关系;并进一步得出了脉宽随传输距离演化的解析解和脉冲中心位置随传输距离的演化规律;描绘了高阶色散和五阶非线性下,脉宽随传输距离演化的图形.结果表明:光纤中的高阶色散和五阶非线性都会影响高斯型脉冲各个参量的演化,但脉宽和振幅间的绝热关系并未改变.高阶色散使高斯型脉冲的脉宽展宽,五阶非线性使高斯型脉冲的脉宽压缩,它们对脉宽或初始啁啾的影响可以在一定程度上抵消,从而有可能使脉冲近似实现保形传输.     

光载超宽带脉冲雷达信号传输性能研究

采用双并行马赫曾德尔调制器产生高斯脉冲一阶微分和二阶微分型超宽带脉冲雷达信号和光载无线电传输技术,通过仿真研究了两种超宽带脉冲雷达信号在标准单模光纤中的传输特性.结果表明,高斯脉冲一阶微分型脉冲随着传输距离的增大而不断展宽,而高斯脉冲二阶微分型脉冲则先压缩后展宽.经100km标准单模光纤传输之后,在传输终端采用色散补偿光纤对传输信号进行不同程度的色散补偿,可获得满足美国联邦通信委员会规范要求的不同宽度高斯脉冲一阶微分和二阶微分型脉冲信号.     

脉冲激光探测的最大探测距离的研究

脉冲激光探测的最大探测距离与发射信号功率有关,根据系统发射端瞬时功率的形式,通过计算得出了脉冲激光平均发射功率和最大瞬时功率分别与驱动电流的脉冲上升沿时间、脉冲宽度、脉冲重复周期的关系.结合传输衰减、弱信号检测和信号预处理过程中的信号功率变化,得出了最大探测距离与激励电流波形参数、光电探测器参数、信号预处理电路噪声、信...     

Continuous-flow optical pumping NMR in a closed circuit system

In a typical continuous-flow optical pumping setup, the chemical shift of xenon in the adsorbed phase depends on the gas flow rate due to warming of the sample surface by the gas stream. Calibration of the system using the (207)Pb resonance of solid lead nitrate is necessary to determine the actual sample temperature. Optimum pulse repetition rates are strongly affected by gas flow and spin-lattice relaxation rates. The interplay of flow and pulse repetition rate alters signal intensity ratios and may lead to the complete suppression of signals.     

液晶空间光调制器光谱整形的理论研究

 将液晶空间光调制器用于超高斯种子脉冲光谱整形,重点分析了调制器参数对压缩脉冲信噪比的影响,以此为依据对其结构参数进行优化设计,以降低其影响。对整形、放大及压缩过程的理论模拟表明:应用液晶空间光调制器进行光谱整形时,能够有效克服钕玻璃啁啾脉冲放大系统的非线性效应,在放大器输出端保持原始光谱宽度,但液晶空间光调制器对光谱的调制作用使压缩脉冲信噪比降低。     

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

 通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明：在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。     

激光驾束制导武器接收系统模拟测试方法的研究

通过对激光驾束制导原理的分析,设计一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)和单片机的脉冲发生器,实现了与激光驾束制导光场信息规律一致的电脉冲信号的产生,并通过设计快速开关驱动电路和功率控制电路对电脉冲信号进行功率放大,驱动高响应速度的准激光发光二极管,有效地模拟了激光驾束制导的光场信息,从而为解决激光驾束制导武器接收系统的接收灵敏度,以及偏航和俯仰制导精度等参数的室内非接触测试问题提供了一个有效的方法。对该模拟测试装置的误差进行了分析,提出了减小误差的方法。     

基于扩展型Duffing振子的局部放电信号检测方法研究

目前, 小波阈值去噪法、数字滤波法、傅里叶频域变换法等常用的微弱信号检测方法所能达到的最低检测信噪比为-10 dB, 而双向环形耦合Duffing振子能达到的最低检测信噪比为-20 dB. 但是, 现场检测时常常会出现更低信噪比的放电脉冲信号, 因此现有检测方法就很难满足信号检测的实际需求. 为了有效解决该难题, 研究了一种扩展型Duffing振子的微弱脉冲信号检测的新方法. 该方法的主要思想是使用广义时间尺度变换, 将Duffing振子模型变换为扩展型Duffing振子模型, 有效扩展了微弱信号的频率检测范围. 仿真结果表明, 扩展型Duffing振子不仅具有良好的噪声免疫特性, 而且能有效检测到信噪比低至-40 dB的局部放电微弱脉冲信号, 进一步扩展了现有Duffing振子微弱信号检测方法的检测范围和应用领域.     

在单晶硅中用相干光耦合方法压缩短脉冲和超短脉冲

提出一种新型的相干光耦合压缩短脉冲和超短脉冲的方法。以硅为非线性材料，经计算表明：在材料的破坏阈值之内，出射信号光脉冲的脉宽可被压缩到入射光脉宽的７０％。计算了泵浦能量密度，泵浦光与信号光夹角等与脉宽压缩量的关系。     

快速关断半导体开关工作特性及实验研究北大核心CSCD

介绍了快速关断半导体开关(DSRD)的工作原理,研究了开关内部的物理过程,分析了系统参数对开关输出特性的影响,研究发现:基区材料的击穿阈值越高、载流子饱和漂移速度越大输出电压上升速率越快;基区高的电场击穿阈值或低的掺杂浓度会增加器件关断时间和最大工作电压;考虑各参数的影响,基于高击穿阈值的DSRD是实现快脉冲输出的理想器件;缩短正向泵浦时间可有效抑制预脉冲,当正向泵浦时间小于200 ns时,输出脉冲波形基本不变;为了获得理想的脉冲前沿,反向电流应在达到峰值时完成对注入电荷的抽取。设计了单前级开关的DSRD泵浦电路,研制了基于DSRD的快脉冲产生系统,输出脉冲前沿约4 ns,电压约8 kV,电压上升速率约2 kV/ns,满足FID开关器件对触发电压的要求。     

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。     

Graphical offline analysis software of electron multiplier pulse signals北大核心CSCD

电子倍增器（electron multiplier,EM）工作于脉冲状态下,其阳极上输出离散的信号,考虑到电子倍增过程具有一定的统计性规律,研究EM在脉冲状态下的性能参数,需要对阳极输出的脉冲信号进行大量测试和分析。以基于打拿极电子倍增器的光电倍增管（photomultiplier tubes,PMT）为例,通过改变入射光强度使其工作在脉冲状态,利用高带宽、高采样率示波器采集其阳极输出信号。基于Python开发了一种图形化数据分析软件,用来对示波器采集的大量脉冲信号数据进行离线分析,从中可以获得PMT的电荷积分谱、增益、分辨率、后脉冲率、前沿时间等性能参数,软件采用模块化结构,根据不同的测试需求各个模块可以单独工作。该软件可以快速实现EM在脉冲状态下的性能参数分析,为EM制作工艺的优化及其在微弱信号探测领域中的应用提供了一种便利的分析手段。