中子脉冲序列核信号相关和功率谱实时计算

 为解决基于PC机平台、高达1 GHz采样率下之相关计算和频谱分析对实时性要求的关键技术问题,针对中子脉冲序列核信号本身所具有的特殊的“0,1”结构特点,采用快速移动的方法,借助于内存管理及SSE优化设计,创建了优化频谱分析的流程,构造了高速、实时的相关计算和功率谱分析算法,实现了1 GHz采样率下的中子脉冲序列核信号的实时相关计算和频谱分析。性能测试结果表明,在计数率为3×106 s^-1,单个块（长度为1 024）时,研究的相关算法的计算时间为0.29 μs,相应的英特尔数学内核库的相关计算时间为129.95 μs。现场实际试验表明,该算法达到了对中子脉冲序列核信号进行相关计算和频谱分析的实时性要求。     

252Cf源驱动功率谱密度法测量系统

介绍了252Cf源驱动功率谱密度法测量原理,采用硬件和软件相结合的方式构建实现了一种实际的测量系统和研究平台,以服务于反应堆核参数测量。描述了基于3通道、1 GHz采样率和1 ns同步精度的超高速数据采集卡的中子脉冲序列检测方法,并设计了PC机端的数据处理流程和功率谱密度分析算法。实际测量结果表明,该252Cf源驱动功率谱密度法测量系统能准确高效地得到核随机过程的相关函数和功率谱密度等重要标签参数。     

光纤声传感反正切解调的采样率与信号幅度关系

针对光纤光栅声传感系统反正切解调算法中采样率与声场幅度相关这一现象,计算分析了正弦声信号、高斯脉冲声信号在3种不同反正切算法下幅度与采样率的关系,用脉冲声信号进行了实验验证,并从相位展开方式的判据出发予以机理解释,以期望在应用前可根据声场、传感器灵敏度等选择恰当的采样率。数值计算和实验结果表明,这3种方式需要的采样率均与信号幅度呈线性关系,分别需要一个声周期内采样点数为信号幅度的8倍、4倍和2倍。此外,还将3种方式与微分-交叉相乘算法在软件计算时的实时性和计算精度进行了比较,在满足采样率要求时三者均较微分-交叉相乘算法的表现更佳。     

基于量子压缩感知的宽带射频信号测量

随着雷达、电子战和5G通信等无线射频技术的快速发展,对宽带射频信号的测量和实时频谱表征变得越来越重要.传统射频信号实时测量技术受模数转换器采样率和数字信号处理能力的限制,存在测量带宽窄、数据量大、易受电磁干扰等问题.本文提出一种基于量子压缩感知的射频信号测量技术,使用集成电光晶体作为射频传感,通过被测射频信号调制光子波函数构建压缩感知机,实现对宽带射频信号的压缩测量,显著提升了频谱感知带宽.实验演示了工频和中频高压信号的长时间频谱监测,以及高频射频信号的实时频谱测量.在傅里叶极限频谱分辨率下,实现了GHz量级的实时频谱分析带宽,数据压缩率达到1.7×10^-5,可以满足5G无线通信、认知无线电等应用对宽带射频信号频谱测量的需求,为发展下一代宽带频谱感知技术提供了新的技术路径.     

基于多采样率的复合频率信号频率计设计

研究一种20 Hz～20 kHz双频复合频率的信号频谱在工程技术领域中具有重要应用意义;在对复合频率信号频谱理论分析的基础上,采用了一种多采样率计算复合频率信号频谱的方法,该方法在采用高采样率采集样本进行FFT变换频谱预估计的基础上,利用降采样率的方法再进行一次FFT变换频谱分析,然后结合频谱混叠时信号的频域特征利用预估计的频谱信息计算出高分辨率的频谱信息;该方法计算量适中,可以满足实时性要求;利用TI公司的TMS320F28234 DSP作为处理器构建了一个复合频率信号频率计,可以采集输入的复合频率信号并进行多采样率的频谱分析,经测试该频率计可以实时发送复合频率信号的频谱信息到上位机,频率分辨率达到2 Hz。     

基于压缩感知理论的~(252)Cf源中子脉冲信号分析

针对252Cf源驱动核材料产生裂变中子脉冲信号具有脉冲序列特殊的"0,1"稀疏结构之特点,采用压缩感知理论,通过巧妙引入图论中的二分图模型,同时结合二分图的最小覆盖性质,适当添加约束条件,构建了稀疏均匀的观测矩阵。研究结果表明,利用压缩感知理论对"0,1"中子脉冲序列特殊稀疏结构的信号重构算法不仅可行,而且还获得了优于l1范数最小化方法重构结果,这对252Cf驱动核材料的中子脉冲信号分析与处理提供了一种新的途径或方法。     

密度分布形式对Glauber模型计算δR的影响

描述了利用Glauber模型计算反应截面的一种方法。该方法对Glauber模型中输入的密度分布形式进行了修正，计算了丰质子同中子核素（N=3）的激发函数。对于该同中子素链，采用修正的密度分布得到的激发函数与HO分布得到的激发函数要比，在大于100MeV/u的能量区域，两者都与实验值符合很好，而在中能区（小于100MeV/u)，用修正的密度分布计算得到的激发函数与实验值之间的差距较HO分布明显减小，并保持对所有计算的核核芯密度基本相同。     

SC32，SC64多群核参数的研制与检验

为适应中子物理基准实验的细致计算分析，研制了中子光子耦合计算用SC32、SC64两套多群核参数，中子能量上限为14．5MeV，低能端延伸到热能区25keV。配套的光子参数采用20群结构。核素种类涉及总体计算程序用到的五六十种，见表l。     

应用光纤分数塔尔博特效应产生重复频率倍频的光脉冲序列

提出了一种基于光纤分数塔尔博特(Talbot)效应的光脉冲序列的倍频方法,介绍了Talbot效应的基本原理;应用自制的可调色散补偿器,将光纤锁模激光器产生的重复频率为10 GHz、脉宽约2.8 ps的窄脉冲序列倍频到重复频率为20,40和50 GHz的脉冲序列,也将重复频率5 GHz的窄脉冲序列经8倍频变换得到40 GHz的脉冲序列;通过分析窄脉冲序列的频谱,指出了实验中倍频得到的40 GHz和50 GHz脉冲质量下降的原因,提出了相应的优化措施。     

密度分布形式对Glauber模型计算σR的影响

描述了利用Glauber模型计算反应截面的一种方法 .该方法对Glauber模型中输入的密度分布形式进行了修正 ,计算了丰质子同中子核素 (N =3 )的激发函数 .对于该同中子素链 ,采用修正的密度分布得到的激发函数与HO分布得到的激发函数相比 ,在大于 1 0 0MeV/u的能量区域 ,两者都与实验值符合得很好 ,而在中能区 (小于 1 0 0MeV/u) ,用修正的密度分布计算得到的激发函数与实验值之间的差距较HO分布明显减小 ,并保持对所有计算的核核芯密度基本相同 .     

Fast, flexible algorithm for calculating photon correlations

We introduce a new algorithm for computing correlations of photon arrival time data acquired in single-molecule fluorescence spectroscopy and fluorescence correlation spectroscopy (FCS). The algorithm is based on rewriting the correlation as a counting operation on photon pairs and can be used with arbitrary bin widths and spacing. The flexibility of the algorithm is demonstrated by use of FCS simulations and single-molecule photon antibunching experiments. Execution speed is comparable to the commonly used multiple-tau correlation technique. Wide bin spacings are possible that allow for real-time software calculation of correlations, even for high count rates.     

基于图像分离块操作的快速模板匹配跟踪算法

传统的模板匹配跟踪算法存在运算量大和实时性差的缺陷,限制了它的应用范围。针对这一问题,在已有的基于位置预测相关跟踪算法的基础上,提出了利用图像分离块操作对相关跟踪算法进行改进,进一步减少相关跟踪算法的计算量,以满足系统的实时性要求。对改进算法进行了模拟仿真实验验证。仿真结果表明：该改进算法不仅在很大程度上减少了计算量,提高了跟踪系统的实时性,而且能够有效地减少随机噪声的影响,使得跟踪更加快速准确。     

基于逐行处理的高光谱遥感异常快速检测方法

针对基于逐像元处理的因果实时异常(Causal Real-time Relationship Reed-X Detector,CR-RRXD)检测算法计算量大,以及基于逐像元方式边检测边成像显示的时间过长而不能满足快速处理要求的缺陷,提出了一种基于逐行处理的CR-R-RXD检测算法.与基于逐像元处理的CR-R-RXD检测算法相比,该方法将高光谱图像整行像元向量作为输入,即处理一行高光谱数据只需计算一次,极大地减少了计算次数.实验结果表明,与R-RXD和基于逐像元处理的CR-R-RXD算法相比,本文算法可在获得与R-RXD算法几乎相同的检测准确度的情况下,实现快速实时处理,其检测准确度相较于基于逐像元处理的CR-R-RXD算法有所提高,且算法检测时间大大缩短,增强了算法的时效性.     

深水多波束测深系统脉冲压缩实时算法

线性调频信号是大时宽带宽积信号,通过脉冲压缩可提高探测距离和分辨率,已在深水多波束测深系统中得到广泛应用。针对深水多波束测深系统中脉冲压缩运算量大的问题,提出了一种基于分组的脉冲压缩实时算法。该算法对需要进行脉冲压缩的波束进行分组,每个节拍只计算一组波束,可大幅减少深水多波束测深系统脉冲压缩的运算时间,节省了处理器资源。该算法已成功应用于某深水多波束测深系统,经多次海试证明,工作稳定可靠。     

基于灰度相关的图像匹配算法的改进

针对目前图像匹配算法中存在的匹配精度不高和匹配速度慢的缺点，对基于灰度相关的2类匹配算法——最小误差法和相关系数法进行了改进。最小误差法采用新的ML距离法，提出动态调整阈值的方法，既保证了匹配精度，又避免了局部噪声的影响；相关系数法对相关系数的计算公式进行了简化，并采用三步搜索策略进行匹配，以达到减少计算量和搜索位置的目的。实验证明：改进后的算法，在保证一定匹配精度的条件下，匹配速度大大提高，能够满足实际应用中的实时性要求。     

Noise robustness and parallel computation of the inverse compositional Gauss–Newton algorithm in digital image correlation

The inverse compositional Gauss–Newton (IC-GN) algorithm is one of the most popular sub-pixel registration algorithms in digital image correlation (DIC). The IC-GN algorithm, compared with the traditional forward additive Newton–Raphson (FA-NR) algorithm, can achieve the same accuracy in less time. However, there are no clear results regarding the noise robustness of IC-GN algorithm and the computational efficiency is still in need of further improvements. In this paper, a theoretical model of the IC-GN algorithm was derived based on the sum of squared differences correlation criterion and linear interpolation. The model indicates that the IC-GN algorithm has better noise robustness than the FA-NR algorithm, and shows no noise-induced bias if the gray gradient operator is chosen properly. Both numerical simulations and experiments show good agreements with the theoretical predictions. Furthermore, a seed point-based parallel method is proposed to improve the calculation speed. Compared with the recently proposed path-independent method, our model is feasible and practical, and it can maximize the computing speed using an improved initial guess. Moreover, we compared the computational efficiency of our method with that of the reliability-guided method using a four-point bending experiment, and the results show that the computational efficiency is greatly improved. This proposed parallel IC-GN algorithm has good noise robustness and is expected to be a practical option for real-time DIC.     

一种基于双核架构的视频跟踪与处理系统的实现

提出一种基于ADSP-BF561的视频跟踪与处理系统设计方法。系统利用ADSP-BF561的双核并行处理性能和丰富的视频编解码接口,采用一种相关跟踪算法对其进行优化,算法是一种以相关系数作为相似性度量准则的相关跟踪算法。对该系统进行测试,结果表明:针对PAL制目标视频图像序列,系统可以实现复杂背景下的实时目标跟踪,视频目标跟踪对每帧的处理时间为22 ms,解决了目标跟踪的实时性要求。     

基于时变阈值过程神经网络的太阳黑子数预测

太阳黑子活动直接影响着外层空间环境的变化，为保证航天飞行任务的安全必须对其进行有效预测.为此，提出了一种基于时变阈值过程神经网络的时间序列预测模型.为简化模型的计算复杂度，开发了一种基于正交基函数展开的学习算法.文中分析了模型的泛函逼近能力，并以Mackey-Glass时间序列预测为例验证了所提模型及其学习算法的有效性.最后，将该预测模型用于太阳活动第23周太阳黑子数平滑月均值预测，取得了满意的结果，应用结果同时表明：所提预测方法与其他传统预测方法相比预测精度有所提高，具有一定的理论和实用价值. 关键词： 太阳黑子数 时变阈值过程神经网络 时间序列预测 泛函逼近     

基于虚拟仪器的简易声源追踪系统设计

为了在大型粮仓中局部出现害虫鸟类时可以快速找出其位置,解决目前声源定位设备成本高、计算量大实时性差的问题,对波达声差（TDOA）定位技术和互相关时延算法进行研究,提出一种改进了广义互相关时延估计算法,设计实现一种基于虚拟仪器的简易声源追踪系统根据害虫害鼠发出声音进行位置追踪进行粮仓管理。详细介绍了系统软硬件设计实现,系统可以实现参数设置、声源坐标的实时获取、文件存储、三维动态和数值显示等功能。实验结果显示,该系统具有实时性好、精度高、计算量小、工作稳定等特点。