检索结果-内蒙古大学图书馆

西北工业大学学报 2022年第4期40卷 812-818页

作者：卢楠王晓东唐政何佩西北工业大学宁波研究院浙江宁波315103 西北工业大学计算机学院陕西西安710072 中国电子科技集团公司数据链技术重点实验室陕西西安710072

越来越广泛应用的无人机集群作战在信息化全球新军事变革中受到高度关注,集群一体化建模对作战模式的测试验证具有重要的意义和价值。结合作战场景的建模仿真需求,以异构无人机集群协同作战过程为研究对象,从无人机单体建模入手,在单体... 详细信息

越来越广泛应用的无人机集群作战在信息化全球新军事变革中受到高度关注,集群一体化建模对作战模式的测试验证具有重要的意义和价值。结合作战场景的建模仿真需求,以异构无人机集群协同作战过程为研究对象,从无人机单体建模入手,在单体作战过程形式化和数学描述的基础上,基于时空混成Petri网描述异构无人机集群系统的离散状态和连续过程,有效解决了集群系统中物理、计算过程的融合问题和交互事件建模问题。选取UPPAAL对无人机集群打击任务建模进行形式化验证,表明所提建模方法可行、有效。

关键词：异构无人机集群时空混成Petri网集群建模形式化验证

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电离层E层对星地量子密钥分发特性的影响

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北京邮电大学学报 2023年第5期46卷 35-40页

作者：刘涛王思佳刘舒宇张荣香刘晨霞华北电力大学电子与通信工程系保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室保定071003 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室保定071003 河北大学物理科学与技术学院保定071002

研究了采用3种不同波长信号进行通信时电离层E层对星地量子密钥分发系统特性的影响。首先,建立了电离层E层的传输模型,并得到了电离层E层的链路衰减计算式;分析了太阳天顶角和信号传输距离对3种波长信号链路衰减的影响。通过仿真实验分... 详细信息

研究了采用3种不同波长信号进行通信时电离层E层对星地量子密钥分发系统特性的影响。首先,建立了电离层E层的传输模型,并得到了电离层E层的链路衰减计算式;分析了太阳天顶角和信号传输距离对3种波长信号链路衰减的影响。通过仿真实验分析了信道容量、纠缠保真度、量子误码率以及安全密钥率随太阳天顶角和信号传输距离的变化关系。结果表明,在实际应用中,为了获得较好的量子通信特性,推荐使用短波长量子信号,并尽量避免在中午前后传输量子信号。

关键词：量子密钥分发电离层E层信道容量纠缠保真度量子误码率安全密钥率

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微型光阱中单个分子的相干合成

微型光阱中单个分子的相干合成

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作者：王坤鹏中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

基于从简单到复杂的思想,人们已经成功制备出了可控的单光子、单离子、单原子等优美的体系,用于量子计算、量子模拟和精密测量等方面的研究,并且取得了长足的进步。囚禁单个冷分子,一直是人们的另一个梦想,它不仅可以适用于前面的应用,... 详细信息

基于从简单到复杂的思想,人们已经成功制备出了可控的单光子、单离子、单原子等优美的体系,用于量子计算、量子模拟和精密测量等方面的研究,并且取得了长足的进步。囚禁单个冷分子,一直是人们的另一个梦想,它不仅可以适用于前面的应用,还可以用来研究确定性的少体动力学、可控的超冷化学反应等问题。虽然人们已经在光晶格的单个格点中制备出了单个分子,但是,仍然没有实现单个格点可分辨地操控和探测。在微型光阱中囚禁单分子,可以很好地利用光阱的可扩展性和可编程控制的能力,解决单分子的可分辨地操控和探测的问题。2015年,我们小组实现了微型光阱中两个异核单原子碰撞动力学的观测,精确测量了超精细态依赖的非弹性碰撞速率。在此基础上,本文将进一步地从两个超冷的单原子出发,研究两原子的相互作用和碰撞过程,并相干合成单个冷分子。主要包括以下内容:1.设计实现了双组份铷原子的激光冷却、囚禁和操控实验系统我们设计实现了 87Rb和85Rb的激光冷却和囚禁的实验系统,实现了两团空间重合的双组份冷原子团的制备。搭建了一套束腰小于1 μm的强聚焦系统,用于单原子的囚禁,并将单个87Rb和85Rb原子分别囚禁在两个相距4 μm的微型光阱中,寿命约为7 s。用亚多普勒冷却技术,将两个原子都冷却到兰姆-迪克区,实现了强囚禁。并用光泵技术实现了两个原子的超精细能级的初始化,并用双光子受激拉曼跃迁或微波跃迁,实现了两个原子的超精细能级的相干操控。利用双光子跃迁,实现了单个87Rb原子的里德堡相干激发,为基于中性原子的量子信息打下了基础。测量了超精细态依赖的和超精细磁子能级依赖的两原子碰撞的动力学过程,为研究两个超冷原子间的相互作用和单分子制备打下了坚实的基础。2.实现了微型光阱中单个87Rb和85Rb原子运动基态的冷却我们将分别囚禁的87Rb和85Rb的两个单原子同时冷却到了各自势阱的基态,并且实现了单原子运动态的相干操控。冷却后的三个维度的谐振子量子数都小于0.1,原子处于三维基态的概率约为90%。我们分析了原子在光阱中的各种加热因素,并分析了边带冷却对于压制原子的热运动所带来的好处。在边带冷却之后,我们演示了单个原子运动态的高保真操控。3.提出并实现了87Rb和85Rb运动态高保真度的转移我们分析了两个对称光阱转移过程中的加热效应,并分析了光阱的不对称比例对基态原子转移过程的影响。为了高效地合成单个分子,需要实现两个原子的波函数在空间上的完美重叠。为此,我们提出并实现了量子态依赖的转移技术,来避免87Rb和85Rb两个原子在转移和重合过程中的加热。通过边带冷却和态依赖转移技术,我们最终使得两个原子波函数的重叠提高了三个量级。4.测量了 87Rb和85Rb原子不同超精细能级间的相互作用在获得了两个重合的超冷原子之后,我们用微波跃迁测量了 87Rb和85Rb原子不同超精细能级间的相互作用,并推测出了它们间的散射长度,误差约为2.6 nm,为预测合成分子所需的频率提供了基础。与多通道量子亏损理论相结合,我们揭示了一种在超冷原子碰撞过程中通常被忽略的效应——量子亏损的能量依赖性。5.首次在微型光阱中相干合成了单个冷分子我们借助于微型光阱的偏振梯度效应,用态依赖的微波跃迁实现了两个原子间的相对运动的操控,并观测到了量子化的运动模式。在此基础上,实现了单个87Rb85Rb冷分子的相干合成,观测到了从原子散射态到分子束缚态的相干拉比振荡,并操控了单分子的运动态。在测量阱中的单分子束缚能的基础上,推测出了自由空间的束缚能的准确值,并由此给出了不同超精细能级下的散射长度的精确值,误差小至20 pm以下。

关键词：单原子单分子基态冷却超冷碰撞量子模拟超冷化学

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基于深度学习的超极化气体肺部快速磁共振成像

基于深度学习的超极化气体肺部快速磁共振成像

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作者：段曹辉中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging,MRI)是一种非侵入、无电离辐射的影像学技术,可以为临床提供高分辨率的结构和功能影像。但是,传统MRI以氢质子(1H)为观测对象,而肺部主要由空腔组成,1H密度低,因此肺部是传统MRI的“盲区”。利用... 详细信息

磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging,MRI)是一种非侵入、无电离辐射的影像学技术,可以为临床提供高分辨率的结构和功能影像。但是,传统MRI以氢质子(1H)为观测对象,而肺部主要由空腔组成,1H密度低,因此肺部是传统MRI的“盲区”。利用自旋交换光抽运技术,能够将惰性气体(如3He和129Xe等)的极化度提高4-5个量级,从而使肺部气体磁共振成像成为可能。超极化气体MRI为肺部的结构和功能评估提供了一种独特策略,在肺部疾病的早发现、早诊断和早治疗方面具有巨大潜力。然而,超极化气体的纵向磁化矢量具有不可恢复性,给超极化气体磁共振信号的采集带来很大限制。此外,大部分超极化气体MRI方法需要在单次屏气内完成,但较长的屏气时间会给受试者带来很大负担。因此,发展快速成像技术对促进超极化气体MRI的临床应用具有重要意义。压缩感知MRI(Compressed Sensing-MRI,CS-MRI)通过欠采样k空间数据加快成像速度,不需要额外的硬件和序列,是目前超极化气体MRI中最常用的快速成像方法。但是,CS-MRI技术存在的一些缺陷,如非线性重建需要较长的重建时间和复杂的超参数选择等,限制了其在临床上的广泛应用。最近,深度学习在欠采样MRI重建领域得到成功应用。相比于CS-MRI,基于深度学习的MRI重建在重建速度、重建质量和加速倍数等方面都具有显著优势。基于深度学习的重建方法需要大量高质量的参考图像作为训练集。然而,由于超极化气体MRI易受噪声和伪影影响,很难获得高质量的超极化气体肺部图像,这使得将深度学习应用于超极化气体MRI面临很大困难。针对该问题,我们利用超极化气体MRI的先验知识,发展了一系列基于深度学习的超极化气体肺部快速磁共振成像方法,在高加速倍数下,实现超极化气体肺部图像的快速和精确重建,主要内容如下:第一,我们首次提出了一种级联卷积神经网络(Cascaded Convolutional Neural Networks,CasNet)用于从高度欠采样的k空间中重建超极化气体肺部通气图像。CasNet包含两个级联的重建网络C-net和F-net,组成由粗到精的重建框架。其中,C-net用于去除欠采样伪影和恢复部分肺部细节信息,而F-net用于利用1H图像的先验知识进一步提高肺部区域的重建效果。我们使用来自72名志愿者的784幅(90%)和87幅(10%)超极化129Xe肺部通气图像分别对CasNet进行训练和测试。与传统的CS-MRI方法相比,CasNet能够在包含各种肺部疾病的测试集中获得更优的重建效果,且重建速度更快,重建一幅96 × 84的肺部通气图像仅需31 ms,能够满足实时重建的需求。此外,CasNet重建还可以有效保护通气图像的通气缺陷分布,从而准确计算通气缺陷百分比(Ventilation Defect Percentage,VDP)。第二,由于多b值采集和较长的扩散梯度时间,超极化气体扩散加权MRI(Diffusion-Weighted MRI,DW-MRI)需要更长的扫描时间。因此,我们首次提出了一种深度级联残差密集网络(Deep Cascade of Residual Dense Network,DC-RDN)用于加速多b值超极化129Xe DW-MRI。DC-RDN由残差密集模块(Residual Dense Blocks,RDBs)和数据一致性层(Data Consistency,DC)交替级联而成。在RDB中,不同b值的DW图像共享相同的特征图,这有助于利用DW图像在扩散方向上的结构相似性来提高重建效果。同时,使用DC层保证重建图像和欠采样k空间测量的数据一致性,从而可以有效保护肺部的微结构信息。由于缺乏训练集,我们从超极化129Xe通气图像中生成了大量仿真的多b值DW-MRI数据用于训练DC-RDN。实验结果表明,DC-RDN能够有效去除欠采样伪影,并准确估计肺部形态学参数。在4倍的加速因子下,DC-RDN能够将多b值129Xe DW-MRI的成像时间由17.8 s减少至4.7 s,并且重建一层DW图像(5个b值)仅需7.2 ms。综上所述,本文提出的基于深度学习的快速成像方法能够有效加快超极化气体肺部MRI的成像速度,并获得高质量的重建图像和准确的定量参数,有望促进超极化气体MRI的临床转化和肺部疾病研究。

关键词：深度学习卷积神经网络超极化气体图像重建磁共振成像

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微型光阱阵列中异核原子量子比特相干性研究

微型光阱阵列中异核原子量子比特相干性研究

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作者：郭瑞军中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

紧密排列的微型光学偶极阱阵列中的中性原子体现出了极好的扩展性,因此在量子模拟和量子计算中有广阔的应用前景。最近,研究者已经证实了无缺陷的原子阵列,可以确定地将50个量子比特存储在一维、两维空间,或者将更多的量子比特存储在相... 详细信息

紧密排列的微型光学偶极阱阵列中的中性原子体现出了极好的扩展性,因此在量子模拟和量子计算中有广阔的应用前景。最近,研究者已经证实了无缺陷的原子阵列,可以确定地将50个量子比特存储在一维、两维空间,或者将更多的量子比特存储在相对紧凑的三维空间中。51个原子的量子模拟器也已经被演示。当中性原子量子比特的数量扩展以后,不完全隔离的逻辑操作和单个量子比特的初始化和状态读出,会导致串扰问题。将相同种类的量子比特扩展到混合种类的量子比特(一个用于数据量子比特,另一个用于辅助量子比特)是在初始化、逻辑和测量操作期间避免串扰问题的有效方法之一。然而,迄今为止混合种类量子比特叠加态的相干时间极不平衡,使得辅助量子比特叠加态的强退相干成为了混合量子比特逻辑门测量误差的主要来源。本学位论文构造了一个偏振协调的异核体系魔幻光强偶极阱阵列,有效地消除了光频移导致的异核原子量子比特叠加态的退相干,使阵列中异核原子量子比特叠加态的相干时间均提升到约1 s。论文取得的创新性研究工作包括以下三个方面:1.将铷-87原子量子比特在魔幻光强偶极阱中的相干时间提升到1 s。磁场噪声引入的均匀退相干因素限制了铷-87原子量子比特在魔幻光强偶极阱中的相干时间。我们采用主动反馈方法稳定磁场线圈电流和压制交流磁场噪声两项措施,大大提高了磁场的稳定性,压制了均匀退相干因素。最终,铷-87原子量子比特在魔幻光强偶极阱中的相干时间由225(21)ms提升到了 1150(24)ms。2.首次标定铷-85原子量子比特魔幻光强偶极阱的参数值。我们首次标定了在偶极光波长为830nm、偏振度A=0.998(2)条件下铷-85原子量子比特魔幻囚禁技术的参数值β1(超精细介导极化率系数)、β2(矢量光频移与磁场的耦合项系数)和β4(基态的超极化率项系数)。随后,通过调整偶极光的偏振度A,研究了铷-85原子量子比特的魔幻阱深UM对补偿磁场B依赖关系的可调谐性行为。此外,我们还研究并分析了偏振协调的魔幻光强偶极阱中铷-85原子量子比特叠加态的相干特性以及偏振度A的噪声引入的退相干因素,通过选择有源偏振器件的动态工作范围可以有效地抑制偏振度A的噪声引入的退相干。同时,由于基态超极化率的降低,椭圆偏振魔幻光强偶极阱中单原子量子比特感受到的的光频移可以得到更有效的补偿,使原子内态的相干时间对阱深变化的敏感度降低,可以在较宽的阱深(Ua/UM)范围内都保持着较长的相干时间。3.构造了异核体系交叉排列偏振协调的魔幻光强偶极阱阵列,实现了长相干时间的异核原子量子寄存器。异核原子魔幻光强囚禁技术依赖于三阶交叉项系数β2和基态超极化率β4的可调谐性,而基态超极化率β4本质上取决于偶极光的圆偏振度A。实验上,装载铷-85原子量子比特的偶极阱阵列的偏振度A被精确地调整到一个确定的值,使其魔幻光强囚禁技术所需的补偿磁场等于在另一个完全圆偏振的偶极阱阵列中魔幻光强囚禁铷-87原子量子比特所需的磁场。最终,在这种偏振协调的魔幻光强偶极阱阵列中,铷-87和铷-85原子量子比特叠加态的相干时间分别提高到891±47 ms和943±35 ms。这种新型的异核体系魔幻光强偶极阱阵列有望成为构建中性原子可扩展量子计算机的通用平台。

关键词：异核原子量子比特偏振协调魔幻光强偶极阱阵列长相干时间量子寄存器

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基于Cahn-Hilliard相场方程的气体动理学格式

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计算物理 2025年第2期42卷 171-181页

作者：钟豪朱炼华包进郭照立华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074 上海索辰信息科技股份有限公司上海201204 华中科技大学数学与应用学科交叉创新研究院湖北武汉430074

在有限体积的框架下,构造基于Cahn-Hilliard相场方程的气体动理学格式,其界面通量由Chapman-Enskog一阶近似确定。进一步证明提出的模型可准确恢复至Cahn-Hilliard方程。通过若干算例对该模型进行测试,并与相应的格子玻尔兹曼方法进行... 详细信息

在有限体积的框架下,构造基于Cahn-Hilliard相场方程的气体动理学格式,其界面通量由Chapman-Enskog一阶近似确定。进一步证明提出的模型可准确恢复至Cahn-Hilliard方程。通过若干算例对该模型进行测试,并与相应的格子玻尔兹曼方法进行对比。结果表明,该模型在界面捕捉方面具有较好的精度和数值稳定性。本文的研究拓展了气体动理学格式在相场理论的应用,并为两相流体系统的模拟提供了方案。

关键词：两相系统相场模型气体动理学格式 Chapman-Enskog展开

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戴维孙-革末电子衍射实验数据的一点启示

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科技创新与应用 2024年第15期14卷 92-95页

作者：苑新喜中国地质大学(武汉)数学与物理学院武汉430074

1927年戴维孙(***)和革末(***)的电子衍射实验第一次可争辩地验证实物粒子的波动性。事实上,与德布罗意(de Broglie)假设的理论计算相比,戴维孙-革末的电子衍射实验数据存在着一种明显的系统性偏离。在近百年之后的今天,该偏离或许为当... 详细信息

1927年戴维孙(***)和革末(***)的电子衍射实验第一次可争辩地验证实物粒子的波动性。事实上,与德布罗意(de Broglie)假设的理论计算相比,戴维孙-革末的电子衍射实验数据存在着一种明显的系统性偏离。在近百年之后的今天,该偏离或许为当前电子的电磁质量的研究提供一个有价值的启示和实验依据。

关键词：戴维孙-革末实验电子衍射电子电磁质量实验数据

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基于三维卷积和自注意力机制的雷达回波外推

基于三维卷积和自注意力机制的雷达回波外推

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第42届中国控制会议

作者：李世然郑嘉祺凌青文秋实冯业荣中山大学计算机学院中山大学数学学院中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室

短时强降水天气对人们的生产生活有着很大的影响,而雷达回波外推是实现降水预报的一个重要手段。由于传统的雷达回波外推方法的局限性以及深度学习技术的发展,基于深度学习的方法开始应用在雷达回波外推上。但这些方法主要基于卷积循环... 详细信息

短时强降水天气对人们的生产生活有着很大的影响,而雷达回波外推是实现降水预报的一个重要手段。由于传统的雷达回波外推方法的局限性以及深度学习技术的发展,基于深度学习的方法开始应用在雷达回波外推上。但这些方法主要基于卷积循环神经网络,有着循环神经网络训练慢、长距离信息无法捕捉的缺点。鉴于基于自注意力机制的Transformer在自然语言处理、图像分类等领域取得了优异的成绩,人们开始将自注意力机制应用在时空序列预测问题上。然而自注意力机制更偏向于捕获全局信息,忽略了局部的精细信息。本文提出了基于自注意力机制和三维卷积的MC-Earthformer模型,利用三维的自注意力机制捕获全局信息,并用卷积捕获局部信息。考虑到雷达回波序列的物理特性,MC-Earthformer还引入了马卡龙式的前馈网络结构。我们在广州雷达数据集上通过实验证明了MC-Earthformer模型的优越性。

关键词：雷达回波外推时空序列预测自注意力机制卷积

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一种基于运放的电流驱动电路误差研究

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电子制作 2023年第6期31卷 35-38,81页

作者：巩明超郑鑫黄新阳航空工业西安航空计算技术研究所陕西西安710076

针对电液伺服阀驱动,提出一种基于运放的电流驱动电路,研究该电路输出电流误差,在对输出电流有精度要求的应用场合,为该电路参数设计提供理论依据。结合自动控制原理讨论该电流驱动电路工作原理,分析电流误差产生原因;基于输入失调电压... 详细信息

针对电液伺服阀驱动,提出一种基于运放的电流驱动电路,研究该电路输出电流误差,在对输出电流有精度要求的应用场合,为该电路参数设计提供理论依据。结合自动控制原理讨论该电流驱动电路工作原理,分析电流误差产生原因;基于输入失调电压物理含义,建立非理想运放等效模型;基于该模型对该电路进行电路分析,建立输出电流误差数学模型;研究电路参数与输出电流误差关系,给出电路参数设计方法以提高输出电流精度;以某工程应用为例设计电路参数,通过仿真和实验,验证该电路误差分析方法可行、有效。

关键词：电流驱动电路输入失调电压误差分析参数设计

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海底沉积物纵波声速随孔隙度变化的物理机制

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应用声学 2025年第2期44卷 413-422页

作者：李赶先龙建军中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室、南海海洋研究所、南海生态环境工程创新研究院广州510301 广东工业大学机电工程学院广州510006

为建立高精度海底沉积物纵波声速预估公式和揭示沉积物纵波声速与相关参数响应机制,通过对海底沉积物测试数据统计分析,研究发现了海底沉积物纵波声速随孔隙度变化的最小值,并用一元二次函数的最小值坐标公式,对该文及众多学者得到的不... 详细信息

为建立高精度海底沉积物纵波声速预估公式和揭示沉积物纵波声速与相关参数响应机制,通过对海底沉积物测试数据统计分析,研究发现了海底沉积物纵波声速随孔隙度变化的最小值,并用一元二次函数的最小值坐标公式,对该文及众多学者得到的不同海区沉积物纵波声速随孔隙度变化的最小值及其孔隙度临界值进行了统一分析。计算表明,不同海区沉积物纵波声速随孔隙度变化的最小值变动范围在1468.59-1520.22m/s之间,相应孔隙度临界值变动范围在0.69-0.88之间。分析表明,不同学者的经验公式归属于声学理论推导的统一数学表达形式。研究表明,海底沉积物纵波声速随孔隙度变化最小值形成是由沉积物颗粒耦合作用影响纵波传播造成的,进而揭示出海底沉积物的颗粒在海水中的接触或悬浮状态、弹性应变变化等因素影响纵波声速变化的物理机制。

关键词：海底沉积物纵波声速最小值孔隙度颗粒悬浮

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