BEPCII直线加速器相控系统设计研究

为了补偿由于各种因素引起的微波相位漂移,BEPCII直线加速器需要建立微波相位反馈控制系统.能量最大法将用来确定每台功率源的最佳相位.沿直线加速器速调管长廊铺设相位稳定同轴线提供相位参考.现在已经完成了关键部件,如PAD单元、IfA 单元的开发.搭建了相控最小系统对系统进行了验证.     

调整PFN提高BFEL微波相位稳定度

 为实现北京自由电子激光(BFEL)的受激辐射和饱和振荡,加速器的微波功率相位稳定度要小于1°。对微波相位的变化与速调管高压调制器人工线之间的关系做了仔细的实验研究。对高压调制器的48节人工线做了全面的优化调整。调整结果令人满意,在6 μs高压调制器最大脉宽里,速调管输出功率的微波相位纹波由调整前的2.6° 降到了± 1.5° ;在BFEL加速器实际使用的4 μs宽里,相位纹波仅为± 1°。     

基于I/Q解调原理的数字PAD研制

 I/Q解调器可以同时测量微波信号的相位和幅度。为了消除传统I/Q解调器的不平衡误差,根据I/Q解调原理,应用数字滤波器及Hilbert变换等数字信号处理方法实现了对微波信号的正交解调,可以精确测量任意包络形状微波信号的相位和幅度。测试表明,数字相位和幅度探测器的精度可达±0.5°,重复性误差小于0.2°,温度系数约为-0.1°/℃,相位测量的动态范围为-18~5 dBm,幅度测量的动态范围为-20~0 dBm,其各项指标都达到了BEPCⅡ直线加速器相控系统的要求。     

基于MTCA的HLS-Ⅱ直线加速器低电平系统改造

合肥光源(HLS-Ⅱ)在重大维修改造之后,其光源性能有了很大的提升。为了进一步实现连续、平稳地供光,需要对其进行恒流改造。恒流运行要求直线加速器的微波功率源有长期的稳定性与可靠性,旧的模拟低电平控制系统满足不了要求。本文基于微型电信计算平台(MTCA)设计实现了数字低电平控制系统,控制微波功率源的幅度和相位,它由以FPGA为核心的数字板卡、射频板卡、 MTCA机箱以及频率合成系统组成。该数字低电平系统工作在2 856 MHz的S波段,在线运行幅度稳定度达到0.04%,相位稳定度达到0.2°,满足恒流改造对直线加速器数字低电平系统0.25°相位抖动RMS值的相位精度要求。     

上海光源直线加速器的能量反馈控制

海光源恒流注入的运行模式,需要直线加速器提供持续、稳定和高品质的束流。阐述了八条形电极束流位置探测器(BPM)的工作原理及其对直线加速器至增强器低能运输线的束流进行能散的测量,并以（微波）幅度或相位作为调节参数,采用比例积分(PI)控制算法对束流能散进行反馈控制,实现了束流能量的长期稳定性,保证了直线加速器束流的高效率注入。     

BEPCⅡ直线加速器相控系统的建立

为了获得高品质束流, BEPCⅡ直线加速器采用相位系统来优化和控制16个速调管的RF相位. 相控系统分布: 低相位噪声射频信号源作为直线系统的主振荡器; 加以恒温水系统控制的稳定相位参考线用以提供相控PAD装置Local输入; 基于EPICS操作界面的控制软件用以连接16个控制环路的精确测量并对加在每个速调管前级输入的IΦA移相器加以调控; 基于能量最大法相位分析测试方法的引入对系统的测试进行了优化从而提高了系统的测试精度. 整个系统的建立最终控制了直线因温度缓慢变化引起束流相对加速微波相位偏移而造成的能散度变化.     

BEPCⅡ直线加速器重大改造和束流调试进展

BEPCⅡ直线加速器的重大改造旨在获得高流强、小发射度和小能散的正负电子束, 以满足对撞机亮度提高两个两级的要求. 这对直线加速器各系统和束流物理是一个挑战. 文章介绍了直接决定束流性能的新电子源、新正电子源、新微波功率源、相位控制系统和束流测量系统等的改造情况; 叙述了束流物理研究; 介绍了束流调试进展情况和进一步改进计划.     

双束加速器

本文介绍了在TeV能量区域电子一正电子直线对撞机的进展和双束加速器研究的概况。着重介绍以自由电子激光作微波功率源和用激励加速器作微波功率源的二种双束加速器。     

3 dB桥误差对能量倍增器性能的影响

根据能量倍增器的工作原理,对3 dB桥误差引起的能量倍增器性能变化进行了理论分析,并对BEPC和BEPCⅡ直线加速器所使用能量倍增器的3 dB桥误差进行了讨论,为判断焊接后3 dB桥桥臂波导变形提供了理论参考。结果表明:无论是功率分配不平衡,还是相位关系偏离,都会使部分功率反射回速调管。功率分配不平衡和微波相位关系偏离值越大,则功率倍增因子下降得越多。     

双束加速器

本文介绍了在TeV 能量区域电子一正电子直线对撞机的进展和双束加速器研究的概况。着重介绍以自由电子激光作微波功率源和用激励加速器作微波功率源的二种双束加速器。     

量子阱激光器混沌相位控制同步以及编码研究

提出外部光注入多量子阱激光器激光混沌相位控制同步，及其混沌相位相移键控外调制ON/ON全光保密通信系统，数值模拟了在相位控制器控制下的激光混沌同步.通过连续ON/ON键控调制相位控制器调制通过相位控制器的激光相位相移，实现激光混沌相位相移键控连续调制，设置接收系统相位控制器，控制通过接收相位控制器的激光相位相移，以实现激光混沌解调.分别数值模拟了该系统调制速率01和05Gbit/s混沌相位相移ON/ON键控通信，进行了混沌ON/ON键控调制速率分析，以及系统参数失配和系统抗噪声扰动的数值分析. 关键词： 混沌 同步 通信 多量子阱激光器     

光纤混沌相位编码保密通信系统理论研究

通过耦合激光混沌相位控制同步系统和光纤信道，提出外部光注入半导体激光器激光混沌相 位控制光纤同步以及混沌相位相移键控外调制光纤保密通信系统理论模型，数值实现了在相 位控制器控制下的远程光纤混沌同步.理论分析了光纤自相位调制对混沌信号以及对同步的 影响，导出了光纤混沌最大传输距离公式.通过连续键控调制相位控制器实现了光纤激光混 沌相位相移键控编码调制发射，设置接收系统相位控制器控制激光相位相移实现了光纤激光 混沌同步解调.数值模拟了具有比特率50Mbit/s远程光纤混沌数字编码通信系统的应用，详 细地进行了在远距离光纤传输中的系统参数失配以及系统抗噪声能力的数值分析. 关键词： 混沌 同步 光纤混沌通信 半导体激光器 相位     

基于时反镜能量检测法的循环移位扩频水声通信

海面的起伏和多普勒效应使得接收信号的载波相位发生跳变以及水声信道的多途扩展使得接收信号波形发生畸变,这严重影响循环移位扩频系统的性能.本文提出循环移位能量检测器算法,通过检测循环移位匹配滤波器的输出能量对系统进行解码,可有效解决载波相位跳变对循环移位扩频系统的影响;将时间反转镜技术与循环移位能量检测器相结合,进一步提出时反镜能量检测器算法,利用已检测到的符号对信道进行实时估计并进行时反处理,抑制了水声信道多途扩展的影响,保证了循环移位扩频系统可在低信噪比条件下工作.通过大连海上试验以及莲花湖湖上试验验证,在复杂水声信道多途扩展、载波相位跳变和低信噪比条件下实现了低误码水声通信.     

A ROBUST CONTROL OF A DYNAMIC BEAM STRUCTURE WITH TIME DELAY EFFECT

The objective of this paper is to present a feasible methodology that can achieve good control performance of a dynamic beam structure system with time delay effect. To achieve good control, a robust control called the modified fuzzy sliding mode control (FSMC) with phase shift method is introduced in this paper. Conventionally, the FSMC is easily designed without precise system modelling and needs very little information for online calculation. However, numerical simulation results show that increasing the time delay will reduce its performance and the system will become unstable for a large time delay. The phase shift method can assist the system in predicting the real status value as a compensation for time delay effect. The results also show improvement on both the system's robustness and stability. Furthermore, by comparing the maximum and average bending displacement reduction rates of the beam structure, it is found that the FSMC with phase shift compensation will improve the system's performance.     

双能X射线光栅相衬成像的研究

X射线光栅相衬成像存在系统复杂、成像效率低、步进精度要求高、光栅加工难度大等问题.本文设计了一种双能阵列X射线源和双能分析光栅,并应用于X射线光栅相衬成像,提出了一种双能X射线光栅相衬成像系统,阐述了该成像系统的成像原理和相位信息提取方法.提出的成像系统不需要精密步进平台,精简了成像系统,避免了步进误差导致的成像质量降低问题;两次曝光就可以成像,提高了成像效率;双能阵列X射线源、双能分析光栅的应用避免了源光栅、分析光栅难以加工的问题.对提出的成像系统及其相位提取方法进行了仿真,仿真结果显示成像系统可以正常成像,提取到的检测样本的X射线相衬成像相位一阶导数分布与相关文献实验所得结果一致.     

相位测量偏折术中基于亚像素相移的噪声抑制算法

由于在相位测量偏折术中一般采用数字投影设备或者数字显示设备,相移间隔为若干像素,最小相移量为单个像素,因此对噪声的抑制也是有限的,为此提出一种基于亚像素相移的噪声抑制算法,通过正弦条纹灰度的连续变化来实现亚像素相移,从而增加相移帧数。并采用N-Bucket算法,解决了相移帧数增加后的计算量问题。计算机模拟及实验均表明,该方法可以有效地抑制噪声影响,提高测量精度。为实际应用中合理地选择相移算法提供了理论依据。     

全场光学相干层析成像系统的研制

研制了一套采用旋转1/2波片无色散移相器进行移相操作的全场光学相干层析成像系统.该移相器能在宽光谱范围内无色散地获得8倍于1/2波片旋转角的移相量,能快速、方便地为各种移相算法提供所需的移相量.移相量实测结果表明：系统获得了8倍旋转角的移相量,提出的移相器结构正确.采用Hariharan移相算法对反射镜样品进行的成像实验表明系统具有较高的移相精度.最后进行的实物样品成像实验,检验了系统的有效性. 关键词： 全场光学相干层析成像 无色散移相器 旋转1/2波片     

Laser Doppler velocimeter with variable optical frequency shift

An opto-electronic system that allows a stable accurate frequency shift, variable from 10 kHz to 50 MHz, to be introduced in a laser Doppler velocimeter (LDV) has been developed. The system combines a fixed optical-frequency shift obtained using a Bragg cell with an electronic shift which results from mixing the detector signal with a variable local oscillator frequency phase locked to the Bragg cell driver. This paper discusses the advantages of the system in both a tracker and a counter based LDV.     

Hopping and phase shifts in noisy periodically driven bistable systems

We consider a periodically driven bistable system in the presence of fluctuations. In a number of recent papers it has been shown that the amplitude of the response of the noisy system to periodic modulations exhibits stochastic resonance, i.e. a resonance-like behavior as a function of the noise intensity. In this paper, we consider the phase shift between the response and the periodic driving. For weak periodic driving, the phase shift also shows a resonance like behaviour as a function of the noise strength, but this effect is shown to be of different origin than the one responsible for stochastic resonance. Furthermore, the phase shift is demonstrated to exhibit a resonance-like behavior as a function of the driving frequency.     

大动态范围形变测量

本文对激光散斑物体轮廓及形变测量和相移轮廓测量原理进行类比,首次提出大动态范围物体三维轮廓及形变测量方法。该方法具有测量原理简单、系统操作简便、测量精度高、测量动态范围大等特点,形变测量范围从亚微米级到毫米级。另外本文还推导了基于减模式激光散斑物体轮廓及形变测量的相位值计算公式。