用于低场磁共振成像的直接射频采样数字接收机

提出一种用于低场磁共振成像谱仪的数字接收机的设计. 它基于直接射频采样技术,本文详细讨论了其设计过程. 实验结果表明,设计的数字接收机具有结构简单、性能优良和实用性较强的特点.     

基于双参考源的数字磁共振控制台相位相干技术

本文提出了一种在数字磁共振控制台中保证发射机与接收机之间相位相干的方法.该方法通过可编程数字逻辑在发射机与接收机中各设计了一个同频的数字参考源,脉冲序列执行过程中,当发射机或接收机由于进行了频率切换而失去相位相干性时,通过重新设置它们的相位以确保它们与各自的参考源同步,从而恢复两者之间的相位相干性.经过水膜成像实验验证,该方法具有良好的成像效果,且既不需要额外的硬件电路,也不增加序列设计的复杂度,具有很高的实用性.     

基于DSP的全数字低场MRI信号接收算法研究

针对低场磁共振成像（MRI）系统,提出一种实用的基于通用浮点DSP的全数字高精度、高效率信号接收算法. 对经前端调理的回波信号直接采样数字化,在通用浮点DSP上进行数字正交解调, 采用高效的积分梳状滤波器(CIC)、半带滤波器(HB)、FIR滤波器等进行多级滤波抽取,极大的减少了运算量,提高了运算效率,最后得到用于成像的原始数据. 整个数字信号处理过程全部采用单精度浮点数据格式,用软件实现,提高了运算精度,增加了信号检测系统的灵活性. 最后通过CCS2.2软件仿真,验证了本算法的实时性和实用性.     

基于全可编程SoC和LabVIEW的磁共振接收系统设计

本文提出了基于全可编程片上系统（System-on-a-Chip,SoC）和实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,LabVIEW）的磁共振信号接收系统设计.使用集成了ARM（Advanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的全可编程SoC作为接收机的主芯片,利用Xilinx提供的数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）开发工具System Generator设计了数字下变频（Digital Down Converter,DDC）算法,并实现了接收机硬件电路.使用可视化编程平台LabVIEW设计了磁共振上位机软件,完成了磁共振信号的显示、存储和与接收机通信的工作,提高了软件开发效率.实验结果表明,本文设计的接收机能正确接收磁共振回波信号,且具有较高的信噪比.     

Raman磁共振谱中强单量子信号的压抑

通常单量子信号的强度在Raman磁共振谱中要比其它多量子信号的强度大得多,因而易引起接收机饱和,使信号发生变形,不利于多量子信号的检测,因此压抑强的单量子峰是必要的.积算符理论分析表明,异核体系Raman磁共振谱的单,多量子峰的共振频率及其信号强度关于频偏满足对称关系:当频偏由正变为负时,单量子信号的强度亦随之改变了符号.因此,对正负频偏(数值相等)的两次Raman磁共振实验的FID信号进行累加,就可压抑强的单量子峰,而对于多量子峰则在大的频偏条件下不会相互抵消.因此,这样的实验累加可以保持多量子信号的强度而压抑掉强的单量子峰.作为实验验证,我们给出了异核AX_n体系(CHCl₃,CH₂Cl₂,CH₃OH)的按上述正负频偏循环累加采样方法得到Raman磁共振¹³C实验谱.实验结果同理论预言完全一致.     

实现空间高分辨成像的数字域时间延迟积分CMOS相机设计及分析

为使具有诸多优点的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器更适合空间高分辨成像,寻求空间高分成像的新型技术,提出了更利于微光成像和推扫成像的卷帘数字域时间延迟积分(TDI)算法。同时研究数字域TDICMOS相机成像质量,详细分析了其噪声来源和特性,并建立了数字域积分图像信噪比(SNR)与积分级数的关系模型,讨论了积分时间和光照度对SNR的影响。最后利用设计的IBIS5-B-1300卷帘数字域TDI CMOS原理样机开展验证实验。实验结果表明本文算法能明显提高成像质量,数字域10级积分图像SNR由未积分的19.07dB提高至29.21dB,而且级数越大,SNR越大。理论分析和实验验证均表明M级卷帘数字域TDI可使图像SNR提高M(σAD+σCMOS)/(MσAD+槡MσCMOS)倍,其中σAD和σCMOS与选择的CMOS传感器有关,另外σCMOS还受积分时间和光照度的影响。     

缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面(RCS)研究

本文首次以钛宝石飞秒激光振荡级为抽运源,搭建了国内首套宽频时域太赫兹雷达(带宽0.1—1.3 THz)并进行了基于标准球的系统校正验证.利用该雷达测量了太赫兹波段三种缩比模型的散射时域信号.通过改进后的后向投影算法对模型的轮廓外形进行了成像研究,验证了新型时域散射信号成像机理.太赫兹雷达更高的频率,宽谱的特征和高分辨率成像的能力有望用于隐形外形设计过程,成为新兴的太赫兹散射特征研究平台.     

基于单片FPGA的多通道磁共振成像接收模块

提出了一种基于FPGA的多通道磁共振成像接收模块,能对多个独立通道的磁共振信号进行直接采样、数字下变频,以及数据流控制,并对其进行了成像实验. 设计中采用Xilinx公司的系统级DSP开发工具--System Generator对FPGA内部所有功能进行建模、仿真并生成相应的硬件描述语言. 模块的采样速率为80MSPS,能灵活实现1 kHz~1 MHz范围的可变接收带宽,适用于1 T以下的磁共振成像系统;在单片FPGA内完成1~4个通道采样信号的数字正交解调,抽取滤波和数据流的处理,并可扩展至8通道. 实验证明模块具有体积小,集成度高,可重构性强和成本低等特点,为磁共振成像谱仪的多通道接收系统提供了一种高性能的数字化解决方案.     

基于抽取和连续投影算法的可见近红外光谱变量筛选

大多数短波CCD硅检测器为2 048或3 648像元,相邻波长间隔小,预处理算法对其适用性差.本文在600.09～980.47 nm光谱范围内,采用等间隔抽取方法重构光谱矩阵.经不同光谱预处理后,分别采用遗传算法(GA)和连续投影算法(SPA),筛选偏最小二乘法(PLS)建模变量.采用留一法交叉验证评价模型的预测能力,...     

基于分块平滑投影二次重构算法的单像素成像系统

单像素成像系统是通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标二维分布信息的计算光学成像技术,与传统直接成像技术相比具有高能量收集效率、高灵敏度等一系列优点,在高能物理诊断技术领域有着广阔的应用前景。针对实际单像素压缩感知成像系统在复杂诊断环境中存在的重建噪声较大的问题,提出并实现了基于分块平滑投影Landweber二次重构算法的单像素成像系统。根据算法观测矩阵分布特性以及数字微镜硬件输入要求实现了实际投影观测矩阵的变换,利用二次重构算法实现了单像素诊断的仿真分析与实验测试。仿真结果表明,在采样率为20%～30%的条件下,重建图像峰值信噪比大于20 dB,结构相似性高于0.8。进一步搭建单像素成像平台完成实验研究及验证,实验结果表明,利用二次重构算法模型对目标场景进行恢复的效果优于其余两种传统算法。二次重构单像素成像系统在采样率仅为20%的条件下能够重建出清晰的原始图像,具有较好的噪声抑制特性。     

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。     

Improving spatial resolution in fiber Raman distributed temperature sensor by using deconvolution algorithm

The deconvolution algorithm is adopted on the fiber Raman distributed temperature sensor （FRDTS） to improve the spatial resolution without reducing the pulse width of the light source. Numerical simulation shows that the spatial resolution is enhanced by four times using the frequency-domain deconvolution algorithm with high temperature accuracy. In experiment, a spatial resolution of 15 m is realized using a master oscillator power amplifier light source with 300-ns pulse width. In addition, the dispersion-induced limitation of the minimum spatial resolution achieved by deconvolution algorithm is analyzed. The results indicate that the deconvolution algorithm is a beneficial complement for the FRDTS to realize accurate locating and temperature monitoring for sharp temperature variations.     

Generation of high average power, 7.5-fs blue pulses at 5 kHz by adaptive phase control

The spectral width of a 5-kHz Ti:sapphire laser system was broadened by spectral control in a regenerative amplifier consisting of broadband chirped mirrors. The dispersion over the wide spectral range was compensated by a deformable mirror along with a genetic algorithm, resulting in a pulse width of 15 fs. The pulse width is the shortest, to our knowledge, in chirped pulse amplification systems with a regenerative amplifier. The phase distortion of broadband frequency doubling in addition to the Ti:sapphire laser was compensated by using the self-diffraction intensity in sapphire as the feedback signal into the genetic algorithm, resulting in a pulse width of 7.5 fs. The average power of the second harmonic was 1 W with a fundamental input of 7 W.     

Digital communication of two-dimensional messages in a chaotic optical system

The digital communication of two-dimensional messages is investigated when two solid state multi-mode chaotic lasers are employed in a master-slave configuration. By introducing the time derivative of intensity difference between the receiver （carrier） and the transmittal （carrier plus signal）, several signals can be encoded into a single pulse. If one signal contains several binary bits, two-dimensional messages in the form of a matrix can be encoded and transmitted on a single pulse. With these improvements in secure communications using chaotic multi-mode lasers, not only the transmission rate can be increased but also the privacy can be enhanced greatly.     

基于NI PXIe-7966R的磁共振成像接收机设计

提出了一种基于NI PXIe-7966R（National Instruments Corporation,美国）的磁共振成像（MRI）接收机设计方案,进行磁共振信号直接采样、数字下变频（DDC）和数据上传,以及磁共振图像恢复．使用NI LabVIEW FPGA（National Instruments Corporation,美国）开发平台,对NI PXIe-7966R板载现场可编程门阵列（FPGA）内构建的所有功能模块进行了设计仿真和硬件描述语言生成,使其能灵活实现DDC功能．设计的接收机的采样速度为50 Mbps、模数转换位数为16位、带宽设置范围为100 Hz~1 MHz,并具有较好的滤波效果．实验结果表明,该设计方案是一种高性能的磁共振接收机方案．     

数字示波器实验内容的一个有趣拓展

在数字示波器实验中,我们引入一个利用压电陶瓷片观测实验者脉搏信号的实验内容。通过此实验,学生不仅能够进一步熟练数字示波器的相关使用功能,而且能够切身感受相关实验的测量方法,极大提高了学生的实验兴趣。     

磁共振成像信号的数字化接收系统设计

磁共振成像信号的采集是磁共振成像系统当中最重要的环节之一,设计性能良好的信号接收系统直接关系到成像质量的好坏. 本文根据磁共振信号强度弱、频率高、带宽窄的特性对接收系统进行了统一设计. 详细地对可控增益放大、高速A/D、数字解调以及抽样滤波器等几个部分进行了讨论,给出一整套设计方案,尤其对多级抽样滤波器,根据磁共振成像的性能需求和滤波器的不同特性给出了抽样系数分配和滤波器设计的一般方法. 根据该方案设计出的磁共振信号接收系统有较高的信噪比,已经应用在临床医疗诊断当中.      

基于光时分复用技术的高速成像系统北大核心CSCD

提出了一种基于光时分复用技术的高速成像系统。飞秒激光器中心波长1557nm,脉冲宽度90fs,对USAF-1951分辨率板线性扫描成像,扫描频率为38.88 MHz。在连续时间序列编码放大显微成像技术的基础上,运用光时分复用技术,复制光脉冲信号并携带检测物体相同的空间信息。原光脉冲和复制光脉冲以相同的采样率分别采样,通过相应的数据处理将两次采样数据整合在一起还原图像。实验结果表明,与传统的超快成像方法相比,成像系统利用10GHz的数字采样设备可以达到20GHz的采样率,采样点数是传统超快成像方法的两倍。该方法有效克服了成像系统采样率不足的问题,提高了成像系统的空间分辨率。与此同时,该系统算法复杂程度不高,有利于进一步促进超高速成像技术的发展。