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oe1(光电查) - 科学论文

63 条数据
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  • 基于亚太赫兹范围光栅的分布式光纤传感实时信号处理

    摘要： 分布式光纤传感器是采集分布式应变和温度数据的常用方法之一。然而，其产生的海量数据对实时原位应用构成了挑战。本文描述了一种并行流水线计算架构，可加速亚太赫兹光纤传感器阵列的信号处理速度，在保持高空间分辨率的同时拓展了实时传感与控制应用的使用范围。该计算架构已成功在现场可编程门阵列芯片中实现，整个阵列的信号处理仅需12个系统时钟周期。此外，该设计无需存储任何原始或中间数据。

    关键词： 分布式光纤传感器、实时信号处理、亚太赫兹范围、现场可编程门阵列（FPGA）、基于光栅的

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 一种用于核成像的先进100通道读出系统

    摘要： 从大规模硅光电倍增管（SiPM）阵列中读取信号是阻碍革命性SiPM技术在核成像系统中应用的基础性技术障碍。传统方法需要使用专用集成电路（ASIC），其开发过程漫长、迭代频繁，且依赖特殊专业知识和工具。皮秒正电子发射断层扫描（Pico-PET）电子系统是一种基于1位Σ-Δ调制和现场可编程门阵列（FPGA）的先进百通道读出系统，该系统体积小巧（6×6×0.8立方厘米）、功耗极低（不足3瓦），并采用市售低成本元件构建。实验研究表明，Pico-PET系统展现出卓越且稳定的性能表现。此外，它还具备核成像系统必需的独特功能，例如能精确、同步且实时地测量100个SiPM的V-I特性曲线、击穿电压及暗电流。FPGA提供的灵活性支持多通道聚类分析及针对不同探测器设计的智能触发功能——这些备受业界青睐的特性是现有核成像专用ASIC和电子系统均未实现的。我们认为，Pico-PET电子系统为长期制约SiPM先进核成像技术发展的瓶颈问题提供了切实可行的解决方案。

    关键词： 硅光电倍增管（SiPM）、读出电子学、现场可编程门阵列（FPGA）、核成像、Σ-Δ调制

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 基于FPGA的血管内光声与超声成像后端系统

    摘要： 血管内超声（IVUS）与血管内光声成像（IVPA）的结合产生了一种兼具高灵敏度与特异性的成像模式，这正是介入心脏病学领域的迫切需求。传统侧视单阵元超声换能器的IVUS成像缺乏前视功能，限制了该模式在血管内介入引导、多普勒血流测量及近乎闭塞/完全闭塞动脉可视化中的应用。无论是侧视还是前视成像，机械扫描超声换能器的需求都制约了成像帧率，因此需要基于阵列的解决方案。 本文提出一种低成本、紧凑型、高速且可编程的成像系统，该系统基于现场可编程门阵列（FPGA），适用于双模态前视IVUS/IVPA成像。系统配备16个超声发射/接收通道，支持多种工作模式：包括交替式光声（PA）与超声成像、基于硬件的超高帧率超声成像、软件驱动超声成像以及流速测量。系统采用寄存器传输级实现，中央系统控制器设计为有限状态机。通过电容式微机械超声换能器（CMUT）阵列进行测试，在基于硬件的超高帧率超声模式下实现170帧/秒（FPS）的成像速率，交替式PA/US模式则达到60帧/秒的超声成像与激光限制的20帧/秒光声成像速率。该系统的性能得益于底层实现带来的灵活性与高效性，为研究和临床IVPA/IVUS成像提供了便捷的后端平台。

    关键词： 软硬件协同设计、速度测量、超声成像、光声成像、现场可编程门阵列、数据采集、有限状态机

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 用于混合量子系统实验的可扩展硬件和软件控制装置

    摘要： 现代对超冷原子、囚禁离子和单光子等基本量子系统的实验，由计算机控制的多个输入/输出电子通道构成的控制系统进行管理。在混合量子系统中（即两个及以上量子系统组合并产生相互作用），由于复杂度更高——尤其是当每个量子系统具有不同时间尺度时——建立高效控制系统尤为困难。我们在此展示一种专为高效管理混合量子系统设计的新控制装置：该装置由快速通信的现场可编程门阵列（FPGA）网络构成，其运作由软件调控。硬件与软件均采用相同的树状结构，确?？刂葡低尘弑竿耆衫┱剐浴? 硬件层面包含一个主控板与多个从属板，每个从属板配备本地驱动模拟/数字输入/输出通道及最高400MHz射频输出的FPGA。软件被设计为通用平台，通过用户友好的图形界面管理商用与自制仪器。该架构支持执行复杂控制协议，例如：通过多通道并发指令循环、生成多变量误差函数以及实施自优化程序。虽然本装置专为混合量子系统（特别是原子-离子混合物）实验设计，但其原则上适用于原子、分子与光学物理领域的所有实验。

    关键词： FPGA（现场可编程门阵列）、可扩展硬件、控制系统、软件控制、混合量子系统

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • [2017年IEEE核科学研讨会与医学成像会议(NSS/MIC) - 美国佐治亚州亚特兰大市(2017.10.21-2017.10.28)] 2017年IEEE核科学研讨会与医学成像会议(NSS/MIC) - 闪烁波形采集用2位Σ-Δ调制器设计

    摘要： 西格玛-德尔塔调制是模数转换中常用的技术。研究表明，该技术可在现场可编程门阵列（FPGA）上实现，且仅需极少外部模拟元件。赵等人证实，通过累加传统1位西格玛-德尔塔调制器输出的所有元素，即可计算闪烁脉冲能量。然而当采用适合分辨率和动态范围的参数时，系统会经历饱和期。在此期间，尽管积分能量得以保留，但脉冲形状信息会丢失。我们提出一种采用非线性自适应数模转换器（DAC）的2位西格玛-德尔塔调制器设计方案，该方案能保持系统始终不进入饱和状态。每个输出位按DAC可能取值的四种可能值之一进行缩放，从而形成2位调制。实验证明，这种2位调制方式能有效保留脉冲形状信息。

    关键词： ??-Δ调制、模数转换、现场可编程门阵列、闪烁波形采集、数模转换器

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 太阳能高效能源管理系统

    摘要： 太阳能是发展中国家选择的主要可再生能源形式，既可作为独立系统也可并入电网。为应对电力?；ひ灯笠岛徒逃狗追撞捎锰裟?。本文提出一种基于知识、可自配置的智能控制器，在频繁断电环境下能根据负载高效利用太阳能。该控制器具备故障识别与隔离功能，通过即插即用机制可轻松扩展更高功率容量。所提出的控制架构采用现场可编程门阵列(FPGA)实现，支持?？榛旨恫渴鸩⑽髯酉低程峁┟魅范ㄒ宓慕涌冢视糜诘凸β始案吖β使夥低?。通过在教育机构安装的光伏系统实测，验证了该架构的能效表现。

    关键词： 现场可编程门阵列，独立系统，脉宽调制，光伏系统

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 视觉SLAM应用的硬件/软件协同设计

    摘要： 基于视觉的高级驾驶辅助系统（ADAS）自2000年代出现以来，随着现成低成本摄像头的普及，正越来越多地集成到量产车中。但ADAS大多仅实现特定基础功能，如车道偏离预警或车距控制。若能集成符合ADAS约束条件（高吞吐量、低功耗、小尺寸设计）的精准定位与建图功能，将为车载高速障碍物检测、识别与追踪铺平道路。虽然机器人学界已广泛研究SLAM问题，但符合ADAS相关约束的嵌入式实际应用极少。本文首次在单芯片异构架构上实现了满足这些约束的3D单目EKF-SLAM处理链。为此我们采用标准协同设计方法（Shaout等人2009年提出的异构嵌入式系统软硬件协同设计规范与建模），并适配于此类复杂处理链的通用实现。优化后的方法包含硬件在环方案，能基于系统规则逐步集成硬件加速器。我们还为所有图像处理功能及滤波过程中的代数运算设计了原创硬件加速器。

    关键词： SLAM（即时定位与地图构建）、ADAS（高级驾驶辅助系统）、FPGA（现场可编程门阵列）、协同设计、机器视觉

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • [IEEE 2018年第15届欧洲雷达会议（EuRAD）- 西班牙马德里（2018年9月26日-2018年9月28日）] 2018年第15届欧洲雷达会议（EuRAD）- 用于噪声SAR成像的无乘法器相关器

    摘要： 描述了使用一位参考信号的相关函数估计方法，并阐述了基于FPGA实现无乘法运算多通道时间积分相关器（无乘法器相关器）的结果。同时展示了在配备Xilinx Virtex-6 FPGA的Innovative Integration X6-1000M板卡和Euvis AWG472任意波形发生器上，对所提出的无乘法器中继相关器进行实验评估的结果。

    关键词： 中继相关器、现场可编程门阵列、噪声雷达、雷达成像、合成孔径雷达

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • [2017年IEEE核科学研讨会与医学成像会议(NSS/MIC) - 佐治亚州亚特兰大市(2017.10.21-2017.10.28)] 2017年IEEE核科学研讨会与医学成像会议(NSS/MIC) - Pico-TDC：一种基于FPGA的新型时间数字转换器，具有2.2皮秒均方根时间分辨率

    摘要： 本研究的目的是开发低成本高性能的时间数字转换器（TDC），以满足下一代亚10皮秒飞行时间正电子发射断层扫描（TOF-PET）相机的需求。一个TOF-PET系统可能需要数百个高分辨率TDC来读取多个探测器的计时信息?；谙殖】杀喑堂耪罅校‵PGA）的TDC设计（如传统延迟线（DL）TDC和波联合（WU）TDC）相比昂贵的专用集成电路（ASIC）TDC是更可行的解决方案。然而，这些基于FPGA的TDC的性能或多或少依赖于延迟线的具体结构和性能，而延迟线通常是FPGA加法器中的进位链。本文提出了一种称为Pico-TDC的新方法来在FPGA中构建TDC。Pico-TDC方法的独特之处在于使用FPGA中的单个寄存器作为低精度TDC，并将许多这样的低精度TDC组合起来构建一个高精度TDC。Pico-TDC方法的优势在于：（1）Pico-TDC的计时性能不受FPGA中延迟线性能的限制。因此，有可能使用低成本FPGA实现前所未有的分辨率。（2）在通常拥有数百万寄存器的低成本FPGA中可以构建数百个高性能Pico-TDC。（3）理论上，Pico-TDC可以方便地从一个FPGA迁移到另一个FPGA，而无需考虑FPGA内部结构的差异。我们已成功在一个低成本FPGA（Altera Cyclone V 5CEBA4F23C7N，价格：66.63美元）中构建了四个通道的Pico-TDC。每个TDC使用640个寄存器（低精度TDC）。这四个Pico-TDC分别使用内部和外部脉冲进行了测试，计时测量的均方根误差为2.2皮秒，温度稳定性优异。我们得出结论，Pico-TDC具有满足下一代亚10皮秒TOF-PET要求的卓越计时性能。

    关键词： TDC（时间数字转换器）、TOF-PET（飞行时间正电子发射断层扫描）、timing resolution（时间分辨率）、FPGA（现场可编程门阵列）、Pico-TDC（皮秒级时间数字转换器）

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • 自适应神经模糊推理系统（ANFIS）控制器与现场可编程门阵列（FPGA）在家用太阳能发电中的兼容性

    摘要： 在众多软计算技术中，自适应神经模糊推理系统（ANFIS）在太阳能发电领域，尤其是最大功率点跟踪方面展现出显著优势。由于太阳辐照度和温度的动态特性，高效能量转换难以实现。然而人工智能技术的进步已能克服这些障碍。采用ANFIS优势的最大功率点跟踪（MPPT）技术被证实具有更快的动态响应和更高精度。整个系统通过Matlab/Simulink建模，硬件验证则借助现场可编程逻辑阵列（FPGA）而非普通微控制器来实现优势验证。

    关键词： 直流-交流电力转换、最大功率点跟踪、现场可编程门阵列、自适应神经模糊推理系统控制器、太阳能发电

    更新于2025-09-09 09:28:46