忆阻细胞神经网络及图像去噪和边缘提取中的应用

结合忆阻器的记忆特征和细胞神经网络高效并行处理能力,将忆阻器作为可编程连接权值,提出了一种具有忆阻器特性的细胞神经网络.计算机仿真验证了提出的忆阻细胞神经网络用于图像去噪和边缘提取的有效性.     

利用忆阻器制造人工大脑

长久以来，科学家一直梦想着造出像大脑一样的电脑。大脑比电脑更加节能，而且还会自主学习。不需要任何编程。来自比勒菲尔德大学物理学系的高级讲师安迪·托马斯博士正在做这方面的努力，他的研究材料是忆阻器，一种能够模仿神经功能的微电子元件。多年来，忆阻器一直被视为神经突触的电子版，而突触是神经元之间联系的桥梁，神经元活动越多，这种突触联系也就越多。忆阻器可以接收来自电子回路的脉冲，并且在关掉电源后，仍能“记忆”先前通过的电荷量。     

应用于D类放大器的新型混沌频率调制电路

针对D类音频放大器的电磁干扰问题,提出了应用于D类音频放大器的易于集成的混沌频率调制电路.电路中设计了新型的混沌序列生成器,并利用频闪映射方法建立了电路的混沌模型.新型电路在保留D类音频放大器结构的基础上,采用了全新的混沌频率三角波生成器,即以频率混沌变化的三角波替代了传统D类音频放大器中作为脉冲宽度调制载波的固定频率三角波.该电路已采用0.35μm CMOS工艺设计、验证和实现.仿真实验结果表明,使用混沌频率调制的D类音频放大器输出信号实现了15dB的电磁干扰峰值能量降幅.     

用于金属磁微量能计信号读出的两级SQUID放大电路研究

金属磁微量能计(Metallic Magnetic Calorimeter,MMC)是一种具有极高能量分辨率的低温光子探测器。它通过顺磁材料磁化率在低温下随温度急剧变化的特性来实现对光子能量的精确测量。金属磁微量能计通常使用超导量子干涉器进行信号读出。研究介绍了一种用于金属磁微量能计信号读出的两级超导量子干涉器电路。初级放大器的设计采用了二阶梯度计构型,测试结果显示该设计方案有效的抑制了环境噪声的干扰。在液氦温度下,两级放大电路在磁通锁定环模式下实现了27400 V/A的跨阻增益,白噪声水平达到11.5 pA/Hz^(1/2)。     

CMOS星敏感器图像驱动及实时星点定位算法

利用CMOS图像传感器技术的低功耗和开发简单等优点,设计了新型CMOS星敏感器的图像采集驱动电路.该电路设计以现场可编程门阵列(FPGA)为核心,配以静态存储器和并口通讯功能,实现了图像的采集、存储和输出.同时根据4连通域图像分割的原理,在FPGA内部设计了一个数字电路模块,以实现该星敏感器的实时星点定位功能.该模块由于采用了流水线结构,可以和图像采集同步完成星点质心定位算法,减少了向星敏感器数据处理单元中的精简指令集计算机(RISC)的数据传输量和RISC进行星图跟踪和识别的工作量,提高了星敏感器的总体工作性能.对比软件处理结果,对星敏感器的图像采集和质心算法硬件电路进行了验证.     

基于资源一号02B卫星红外地球敏感器和星敏感器的自主导航

 本文阐述了利用星敏感器和红外地球敏感器进行自主导航的原理。以资源一号02B卫星的飞行数据为基础,进行了自主导航的研究,结果表明采用国产红外地球敏感器和星敏感器的资源一号02B卫星可以实现较高精度的自主导航,说明了该方案的可行性。     

基于资源一号02B卫星姿态敏感器的自主导航

阐述了利用星敏感器和圆锥扫描式红外地球敏感器进行自主导航的原理,以资源一号02B卫星的飞行数据为基础,进行了自主导航的地面实验,发现采用国产红外地球敏感器和星敏感器的资源一号02B卫星可以实现较高精度的自主导航,实验结果说明了该自主导航方案的可行性.     

一种用于中功率标准的稳幅器设计与实现

在中功率计量标准中,常采用信号稳幅器以减小失配误差。介绍了一种用于中功率稳幅系统的新型稳幅器,给出了稳幅器的组成和电路原理图,对稳幅器各部分电路的功能进行了分析。测试结果表明,该稳幅器具有较好的稳幅和控制性能,目前已得到很好的应用。     

圆锥扫描地球敏感器前置放大电路稳定性分析

圆锥扫描地球敏感器（CES）是航天器的关键测量部件,其前置放大电路具有高增益、低噪声等特点.通过仿真分析得出电缆和器件参数差异显著影响其稳定性,在此基础上介绍电路稳定问题实例,提出采用频率补偿方法解决电路稳定性问题,并针对该方法设计和实施通过了标定测试、热真空试验和EMC试验,证明该方法完全有效.     

(0.1～1.8)GHz SiGe HBT超宽带低噪声放大电路设计

本文选用SiGe材料低噪声放大芯片，设计了一款(0.1~1.8)GHz小型低功耗超宽带低噪声放大器（LNA）。该LNA采用两级放大结构，负反馈方式实现宽带匹配，级间和输出端匹配采用小阻值电阻提高电路稳定性，电路尺寸为35mm×15mm。测试结果表明：工作频率为(0.1~1.8)GHz，在室温条件下，增益为30dB，噪声系数<0.82dB，增益平坦度<0.5dB，输入输出回波损耗<-10dB，直流功耗为41.8mW；在-40℃低温条件下，增益为32dB，增益平坦度、输入输出回波损耗、直流功耗与室温下一致，噪声系数<0.69dB。设计过程与测试结果验证了本文中使用室温SiGe放大管的S参数计算-40℃温度下该芯片S参数方法的可行性。     

基于网络流仿真的潜通路分析方法

针对线索表法在分析潜通路问题过程中约束条件过多的问题,在人工神经网络分析法的基础上应用网络流仿真进行潜通路分析.根据电路元件的电气特性以及人工神经网络的特点,建立了元件的定性仿真模型,确定电路网络的构成方式.通过网络流仿真模拟电流在电路系统中的扩散过程,预测电路中负载的响应.通过对比电路网络中负载的设计响应以及通过分析预测得到的负载响应,就可以判断出电路网络是否存在潜通路问题,并且找到发生潜通路问题的原因.该方法可以正确预测电路网络中的负载响应,克服了线索表法的缺陷,减少对分析已知条件的要求以及人为因素对分析结果的影响.     

基于条件生成对抗网络的HDR图像生成方法

高动态范围（HDR）图像相比低动态范围（LDR）图像有更宽的色域和更高的亮度范围,更符合人眼视觉效果,但由于目前的图像采集设备大都是LDR设备,导致HDR图像资源匮乏,解决该问题的一种有效途径是通过逆色调映射将LDR图像映射为HDR图像。提出了一种基于条件生成对抗网络（CGAN）的逆色调映射算法,以重建HDR图像。为此,设计了基于多分支的生成对抗网络与基于鉴别块的鉴别网络,并利用CGAN的数据生成能力和特征提取能力,将单张LDR图像从BT.709色域映射到对应的BT.2020色域。实验结果表明:与现有方法相比,所提出的网络能够获得更高的客观与主观质量,特别是针对低色域中的模糊区域,所提方法能够重建出更清晰的纹理与细节。      

基于Volterra级数的功放行为建模与简化

Volterra级数行为模型因其高复杂度而只适用于弱非线性系统,对于具有强非线性和长记忆效应的功率放大器,Volterra级数模型将包含大量的待辨识参数.对射频功率放大器的行为建模进行了研究,提出了功率放大器Volterra级数行为模型的简化方法,通过引入邻对角核控制因子和动态偏离阶数控制因子,合理移除了对信号输出影响较少甚至无关的辨识参数,从而在保证模型准确度的前提下有效地降低了模型的复杂度和参数提取时间.采用了一个10 W的射频功率放大器实例用于模型提取和验证,模型与仿真实验的数据结果对比表明,简化的Volterra行为模型能够很好地描述功放的非线性特性及记忆效应,验证了简化行为模型的有效性和灵活性.     

电脉冲除冰系统非线性等效电路分析

为了更有效地进行电脉冲除冰系统(EIDI)的电路参数设计,利用能量守恒原理研究了电脉冲除冰中系统振动能量的非线性等效负载,并推导了与系统参数相关的非线性等效电路模型.在ANSOFT Maxwell电磁场有限元环境中建立了轴对称圆柱型脉冲线圈的三维瞬态电磁场仿真模型,采用数值拟合的方法得到在除冰激励周期内法向电磁力的表达式;在此基础上研究了铝板蒙皮在该脉冲力作用下的形变表达式和电磁力做功情况.最终利用非线性等效电路模型设计了不同气隙间距下的储能元件电路参数,且通过实验验证了本文方法的正确性,为电脉冲除冰系统的设计提供了理论依据.      

基于神经网络及深层充电的电子通量反演模型

为了实现对空间高能电子通量的估计及航天器深层充放电的风险评估,基于深层充电和空间电子环境的关联性,利用人工神经网络（ANN）建立了一种由深层充电反演空间高能电子环境的模型。以深层充电探测电流密度及电子能量作为模型输入,电子通量作为模型输出,使用AE9模型对神经网络进行训练,将神经网络的MSE降低到了0.04122,并使用Giove A卫星的深层充电探测数据及GOES卫星的电子通量探测数据验证了模型反演电子环境的准确性。同时对由探测电流计算航天器典型介质材料最大内电场的神经网络模型进行了研究,以实现对航天器内充电风险实时评估。     

A shadow function model based on perspective projection and atmospheric effect for satellites in eclipse

Accurate Solar Radiation Pressure (SRP) modelling is critical for correctly describing the dynamics of satellites. A shadow function is a unitless quantity varying between 0 and 1 to scale the solar radiation flux at a satellite’s location during eclipses. Errors in modelling shadow function lead to inaccuracy in SRP that degrades the orbit quality. Shadow function modelling requires solutions to a geometrical problem (Earth’s oblateness) and a physical problem (atmospheric effects). This study presents a new shadow function model (PPM_atm) which uses a perspective projection based approach to solve the geometrical problem rigorously and a linear function to describe the reduction of solar radiation flux due to atmospheric effects. GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) satellites carry accelerometers that record variations of non-conservative forces, which reveal the variations of shadow function during eclipses. In this study, the PPM_atm is validated using accelerometer observations of the GRACE-A satellite. Test results show that the PPM_atm is closer to the variations in accelerometer observations than the widely used SECM (Spherical Earth Conical Model). Taking the accelerometer observations derived shadow function as the “truth”, the relative error in PPM_atm is ?0.79% while the SECM 11.07%. The influence of the PPM_atm is also shown in orbit prediction for Galileo satellites. Compared with the SECM, the PPM_atm can reduce the radial orbit error RMS by 5.6?cm over a 7-day prediction. The impacts of the errors in shadow function modelling on the orbit remain to be systematic and should be mitigated in long-term orbit prediction.     

Advanced analytical model for orbital aerodynamic prediction in LEO

The growing interest in low earth orbit (LEO) applications demands for accurate modeling of orbital aerodynamics. But classical analytical models of aerodynamic coefficients in free molecule flow, such as the Sentman’s model, Schamberg’s model and Schaaf-Chambre model, were built upon over simplistic gas-surface interaction models, which degrade the fidelity of aerodynamic prediction. This work presents a new analytical model of orbital aerodynamic coefficients based on the state-of-the-art Cercignani–Lampis–Lord (CLL) gas-surface interaction model, where lobular quasi-specular scattering pattern and separate accommodation degree for different velocity components can be well captured. A key component of the new model is a rigorous function approximation solution of the reflected normal momentum flux based on the CLL model which is derived for the first time and is validated within 1% for any hypothermal flow and surface accommodation conditions. Closed-form analytical solutions of aerodynamic coefficients for simple convex geometries are obtained and exhibit high accuracy (within 0.1%) in typical LEO scenarios. The new analytical model surpasses the classical models in some important aspects, such as overcoming the diffuse scattering hypothesis constraint, considering the variation of normal momentum exchange with the surface incidence angle and being applicable in any hypothermal flow situation. In virtue of the advanced CLL model and feasibility of coupling with the panel method technique, the new analytical model is promising to provide more accurate predictions on the orbital aerodynamic coefficients for LEO applications.     

Statistical study of energetic electrons in Jupiter’s inner magnetosphere by Juno/JEDI

The Juno spacecraft made the first in-situ observations of energetic particles in the polar region of Jupiter’s magnetosphere. After Jupiter Orbit Insertion (JOI) in July 2016, data from ~20 Juno perijoves (PJs) obtained by Juno/JEDI are accumulated, providing an excellent opportunity to study the long term spatio-temporal distribution of energetic particles in Jupiter’s radiation belt. We transform Juno’s position from a Cartesian to a magnetic coordinate system by tracing magnetic field lines based on a fourth order Runge-Kutta method. Then the fluxes of energetic electrons from PJ1 to PJ14 sorted by different locations in magnetic coordinate space and the data are well organized by the L-shell parameter. The variation of electron flux increases with L-shell. The deviation (the ratio of the 75th percentile to the 25th percentile) of 0.51 MeV electron flux varies from a factor of 1.23 near L = 9.5 to 27.57 near L = 15.5. However, the mean flux decreases by about one order of magnitude in the same region. The electron spectra at larger L-shells are softer than that at smaller L-shells. On the other hand, the electron flux decreases more rapidly with increased L-shell when the location is off the equator. Along an L-shell, the electron flux decrease at first and then increase again from equator to mid-latitude region. In addition, we compare the statistical results with the widely used GIRE2 model. JEDI data correspond well with the GIRE2 model when the L-shell is > 14.75. GIRE2 underestimate the electron flux for L-shell smaller than 13.25. These results of this analysis are applicable to estimate the effects of the radiation environment in Jupiter’s magnetosphere.     

有源集成器件PDN矢量拟合建模方法

基于矢量拟合(VF,Vector Fitting)原理和电路综合理论,提出了一种有源集成器件宽带电路建模方法,用于电磁兼容仿真.将在直流偏置下测量获得的端口参数采用矢量拟合方法转化为极点-留数与时域状态方程的形式;然后创建时域电路模型,将状态方程转化为与SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)兼容的网表电路模型.该网表可以代替原芯片PDN(Power Distribution Network)用于电路仿真,最后使用该方法对样本芯片PDN模块建模并与相应的集成电路等效模型(ICEM,IC Electromagnetism Modeling)进行对比,结果表明:矢量拟合模型相比ICEM模型具有更宽的有效带宽以及更小的模型误差.