成都信息工程大学学报

一种应用于探测混合液体媒质微小介电变化的实验系统

2024年12月15 00:00

随着微波非侵入式测量技术的高速发展,微波平面谐振电路因其具有高可靠性、高性能等特点被广泛应用于液体组分精确测量领域。提出一种基于微带结构的对称型射频电路,该电路包括一对正面开口环谐振器(SRR)、多交指电容(IDC)和背面蚀刻的互补开环谐振器(CSRR),在微带线电场强度最大的区域刻蚀 CSRR,从而提高测量灵敏度,并基于该电路设计了材料介电特性微小变化非侵入式测量实验系统。为进一步解决常规平面传感器载物台结构复杂、测量需要精确控制液体体积等问题,提出一种3D打印溶液装载结构,利用微流体控流装置实现待测溶液的精确控制和便捷更换。通过对该检测电路加工测试,利用不同浓度的乙醇水溶液标准检测液实时非侵入式测量,并利用神经网络算法对不同浓度的乙醇溶液进行测量,结果与文献值吻合的很好,相对误差可控制在5%以内。证明该微波电路对混合溶液材料浓度微小变化探测的高灵敏度和可靠性。

基于真单向时钟正沿触发寄存器的边沿触发器设计

朱宏宇, 聂海 — 2024年12月15 00:00

针对锁相环电路中鉴频鉴相器(PFD)和分频器传输速度的问题,设计搭建了一种基于真单向时钟正沿触发寄存器(TSPC)的边沿触发器。实现了在1 GHz频段高速传输的功能,且结构简单、传输延迟短和功耗低等优点。传统的主从式D触发器(MS DFF)采用多个传输门和反相器级联的结构,传输延迟大且有较大的传输功耗,锁相环电路也因此受到极大的限制; 而基于TSPC的D触发器采用动态逻辑架构,将传输的数字信息储存于动态刷新逻辑中,以极简单的结构和较少的晶体管实现了信息储存和传输的功能。在仿真软件中对两种结构的DFF分别进行仿真,仿真得出所设计的TSPC DFF在500 MHz频率下传输延时为70 ps,而传统MS DFF在同样环境传输延时为120 ps,TSPC DFF较于MS DFF在高频传输下有着明显的优势。

基于FPGA的时基设计和时基非线性补偿

2024年12月15 00:00

为提高宽带时域反射计的等效采样率和时基分辨率,设计一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的时域反射计数据采集模块的时基方案,并设计一种基于查找表的时基校准方法对时基非线性进行补偿。该方法基于等精度测频法,使用FPGA测量该方波信号的频率,得到准确的延迟时间以实现查找表的建立。并利用采样芯片的微调引脚实现1 ps步进的顺序等效采样和时基非线性实时补偿。实测数据表明:设计的时基采样方案实现了1 TSa/s等效采样率,时基补偿方案使时基非线性减小至-0.8～1 ps。

智慧化孪生教室系统设计与开发

2024年12月15 00:00

智慧教室作为智慧校园建设的重要环节,为教学信息化、数字化、智能化提供重要支撑。目前智慧教室建设过程中存在教室智能化程度低、获取教室环境信息不及时、教学资源利用不足等问题。因此设计开发了一套智慧化孪生教室原型系统,旨在高效提高教室环境监控和智能化监管能力。系统综合采用数字孪生、深度学习、传感器检测等技术,设计并实现了数据检测模块、智能计算模块、可视化模块3个功能模块。数据检测模块通过摄像头和传感器采集课堂环境信息,并通过UDP和TCP通讯协议将数据传输到计算机,供智能计算模块使用。智能计算模块主要使用YOLOv5算法对摄像头实时视频进行检测并智能计算,识别学生性别、统计人数、检测位置等功能。最后通过构建教室的孪生模型,并与物理教室进行数字映射,实现数据的可视化显示。结果表明,系统可以实时检测教室温湿度、识别学生人数、性别比例和位置信息,并可将检测到的数据实时可视化展示。整个系统的延迟在1 s以内,帧率在30 FPS左右,能满足智慧教室的应用需求,能用于教师实时管理课堂、合理利用课堂资源、提高课堂的智慧化程度,为智慧校园提供技术支撑,对推进智慧校园建设具有积极意义。

相控阵雷达的数据质量控制及联合风场反演研究

2024年12月15 00:00

为有效增强对大气风场观测的准确性,基于多部相控阵天气雷达构建的雷达区域观测系统反演空间三维风场。研究了基于多轮退模糊的相控阵天气雷达径向速度的质量控制,基于质控后的径向速度和三维变分方法进行了三维风场反演。实验结果表明,二维多途径速度退模糊算法能很好地处理速度模糊的现象,纠正模糊的径向速度数据,三维变分方法提高了垂直风速反演的准确度。相控阵雷达时间和空间分辨率高,用其探测的数据反演风场不仅提高了风场反演的准确性和可靠性,为深入理解风场的空间结构和动态变化提供了有力的工具,且在中小尺度灾害性天气的监测分析及高准确率预报中起到关键作用。

双偏振天气雷达时域和频域回波信号仿真方法对比研究

杨瑾娴, 李学华, 谭宏秀, 魏若雯, 代少君 — 2024年12月15 00:00

相比雷达实验,通过仿真产生双偏振天气雷达回波信号,分析雷达系统性能提高、扫描策略优化、处理算法改进等对雷达观测数据的影响,是一种成本低、见效快、分析全面的有效方法。介绍时域和频域两种不同的双偏振天气雷达回波仿真方法,其中频域仿真方法是以高斯型功率谱为基础,构建天气雷达回波频谱特征,然后通过引入双通道幅度、相位差异及相关性构建水平和垂直两个通道的偏振回波信号。时域仿真方法则是以脉冲信号之间自相关函数为基础,构建回波信号自相关矩阵,然后通过Cholesky分解得到水平通道I/Q回波信号,并采用类似频域建模方法中的双通道幅度、相位差异及相关系数生成垂直通道的回波信号。仿真结果表明,两种方法都能实现双偏振天气雷达回波的仿真。

基于低中频采样的超宽带雷达波形产生器误差校正方法

胡仕兵, 陈子为 — 2024年12月15 00:00

针对超宽带(UWB)雷达波形合成中正交调制器、混频器、倍频器等模拟环节的误差因素特点,提出一种基于“低中频直接数字产生+倍频”途径的高质量UWB雷达LFM波形数字产生器方案。在频域建立该系统误差的数学模型,提出一种基于频谱对比途径的系统误差数字预失真校正方法,并进行实验验证和性能分析。该方法将系统失真的校正函数映射到系统数字输入端的波形库中,通过直接对存储的数字波形进行预失真融合处理实现系统误差的校正和补偿。结果表明该方法能够显著地提高产生UWB雷达LFM波形的质量和性能,证实提出的误差校正方法正确、有效和可行。

一款LED驱动芯片的设计与测试

王三鑫 — 2024年12月15 00:00

在LED显示屏高刷新率、高扫描要求下,之前不被重视的LED反向漏电、寄生电容、寄生电感等因素导致的问题逐渐呈现出来。传统的控制方法容易出现拖影现象,且传统消隐芯片在LED老化后也可能出现毛毛虫现象。基于此设计一款专为LED动态扫描显示屏的8路行消隐控制芯片,消除拖影现象,集成消隐功能的行管,通过加入下拉电路进行切换时,对行寄生电容上的电荷进行提前泄放。主要集中解决以下2个核心问题:产生的消隐电压符合LED温漂系数且足够稳定准确,以及搭建测试平台测试消隐电压确保芯片达到设计要求。消隐电路的设定值可通过改变寄存器的值达到可选的消隐电压值,并在2 μs内实现端口电压下拉消隐。采用自顶向下的设计方法,结合硬件描述语言Verilog HDL,利用EDA开发工具及FPGA验证。最后通过XILINX FPGA芯片和示波器搭建一个测试系统对整个系统进行极限参数测试、功能测试和电路的电特性测试。结果表明在电源电压为5 V,工作频率为200 MHz的情况下,各项功能和性能达到设计指标要求。

基于颜色空间结合的地面交通标志检测算法

王晓娅, 任锐, 文成玉 — 2024年12月15 00:00

针对传统的检测算法存在过度引入噪声,以及错误地进行边缘定位而导致误检、漏检等现象,提出一种基于HSL和Lab颜色空间结合的地面交通标志检测算法。区别于传统的检测算法利用物体的物理特征对物体进行边缘响应而达到检测目的,该算法高度依赖物体的颜色特征,对带有鲜明颜色特征的物体的检测效果较优。观察发现,路面上的交通标志,车道线、斑马线等往往都是明亮的白色和黄色,因此,该算法可以更好地应用于实际交通场景下的地面交通标志。实验结果表明,该算法针对普通场景和复杂场景下的地面交通标志检测的效果均优于传统检测算法,对噪声的抗干扰能力以及对真实边缘的定位能力更强。

一种大跨度海底油气管道泄漏点实时定位方法

陈绪兴 — 2024年12月15 00:00

为解决海底大跨度油气管道的健康实时监测和泄漏定位问题,提出一种利用光纤水听器阵列进行海底管道泄漏实时被动声定位的方法。该方法根据管道长度的不同,设计了两种适用于中短距离(250 km以内)和长距离(250 km以上)的海底管道健康监测方案。分析了光纤水听器阵列技术的定位原理和误差来源,理论定位精度可达9.3 mm。开展了管道泄漏声压级监测的湖上实验,验证了光纤水听器阵列能够有效地检测和定位管道泄漏事件,优化了传感器组的间隔为1 km。该方法具有实时、多点、大跨度、高精度、不依赖泄漏物质成分、不影响管线结构等优点,为海底大跨度油气管道的安全运行提供了一种新的技术手段。

一次典型西南涡降水的垂直结构和微物理特征研究

江叶, 刘艳霞, 文军, 郑佳锋, 陈杨瑞雪 — 2024年12月15 00:00

为进一步认识西南涡降水的影响,利用2020年8月11日全球降水测量卫星(GPM)星载双频雷达(DPR)探测资料,结合欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料、地面自动站资料和FY-2G卫星资料,对一次典型西南涡降水的垂直结构和微物理特征进行研究。结果表明:此次过程由高原涡诱生出西南涡导致,盆地西部整体位于槽前正涡度区域,受偏南暖湿气流的控制。此次西南涡降水表现为混合性降水,即片状的层云降水中混入块状的对流降水。雷达测量的雨顶高度与降水的大值区相对应,反应出上升对流强烈。雷达的观测结果表明,两类降水的垂直结构和微物理过程有显著差异。对于层云降水,其垂直尺度较大,其回波强度、数浓度、粒径及降水强度整体随高度下降而增大,雨滴谱分布更集中,以浓度略低的中小雨滴为主。冻结层以上,凝华、碰并等效率较低且缓慢; 冻结层以下,以碰并过程为主。而对流降水的垂直尺度更大,粒径大且浓度高,导致回波强度和降水强度较大,以浓度较高的中大雨滴为主。冻结层以上,有快速的冰晶增长及活跃的冰相过程; 冻结层以下,以碰并和破碎为主,效率强于层云降水。

1970-2015年云南近地面年平均风速时空变化特征

2024年12月15 00:00

为深入探究云南地区风资源分布情况,采用CN05高分辨率格点风速观测资料和ERA5大气再分析格点资料,并使用经验正交分解、小波分析和回归分析等统计分析方法对该地区1970-2015年近地面风速时空变化进行分析。结果表明,1970-2015年云南省气近地面年平均风速为2.17 m/s,并以横断山脉为界,呈现东高西低的反向分布特征。近46 a以来,云南近地面10 m风速总体呈现下降趋势,风速倾向率为-0.013 m·s^-1·a^-1,且同样存在东西部反向变化的特征。进一步分析发现,云南近地面10 m风速的下降主要与大于3 m/s风速减少有关。此外,对影响云南近地面风速年际变化特征的环流因子进行分析后发现,云南近地面风速年际变化与大西洋年代际振荡(AMO)呈现显著的负相关关系,即AMO处于冷位相时,云南近地面风速显著下降,而当AMO处于暖位相时,云南近地面风速则有所上升。

北大西洋涛动对中国东北地区冬季气温的影响

2024年12月15 00:00

为分析近几十年来北大西洋涛动(North Atlantic oscillation,NAO)对中国东北地区冬季气候的影响,利用1969-2019年CN05.1高分辨率格点气温资料、NCEP/NCAR再分析资料及NAO指数,采用经验正交分解、相关分析和合成分析等方法对中国东北地区冬季气温受冬季NAO的影响进行分析。结果显示:(1)NAO与中国东北地区冬季气温之间存在密切联系,即当冬季NAO为正异常时,中国东北地区冬季气温偏高,反之亦然。(2)东亚冬季大气环流受冬季NAO传播至东亚地区的波动所影响,波活动通量强辐散区主要位于北大西洋地区,其水平波作用量存在向东的传播路径,向南传播至北非地区后向北传播亚洲西部地区,而后向东亚地区传播并向南传播至太平洋地区。(3)冬季北大西洋涛动异常会通过影响对流层环流因子从而影响中国东北地区冬季气温,具体表现为当北大西洋涛动正异常时,导致东亚北部上空位势高度正异常,东亚冬季风减弱,且此时对流层中低层存在反气旋环流,以下沉运动为主,导致中国东北地区气温偏暖,而当北大西洋涛动负异常时情况则相反。

极端异常台风“美莎克”北上过程诊断分析

2024年12月15 00:00

为更好地分析极端异常北上台风“美莎克”的影响机制,利用ERA5 0.5°×0.5°逐6 h再分析资料,FY-2G卫星资料,NCEP再分析资料及东北地区常规气象观测资料,就台风北上过程的大尺度环流背景、动力、热力、水汽条件等方面进行诊断分析。结果表明,西太平洋副热带高压与鄂霍茨克海上的高压脊合并加强、稳定维持是造成“美莎克”北上的主要原因,与西风带低涡相互作用使得台风持续时间较长,台风结构在与西风带系统逐渐融合且北上的过程中强度逐渐减弱,雨强也随之迅速减弱。高空急流的抽吸作用及低层辐合、高层辐散的配置,使降水稳定维持,3条水汽通道的建立使多地区出现台风暴雨,物理量条件的非对称性分布造成了降水的非对称性。台风登陆前后不稳定性有所变化,登陆后短时间内不稳定性增强对应着降水的增幅,登陆后主要以稳定性降水为主。干冷空气入侵初期增强了降水不稳定性,冷空气的深入使台风暖心结构遭到破坏,随后减弱变性。

宁夏六盘山地区夏季对流天气的观测分析

2024年12月15 00:00

为探究宁夏六盘山地区的对流天气演变过程,使用宁夏六盘山地区常观观测资料、雷达资料、微波辐射计反演资料等,对2021年6月30日短时雷阵雨和2021年7月27日强降水2次对流过程进行研究。结果表明:(1)强对流天气期间多地雷达基本反射率因子超过40 dBZ,最大达到60 dBZ以上,且形成大面积的层积混合雷达回波。(2)云层结构变化明显,临近对流天气,云层迅速下降。对流时呈强回波特征,回波顶高超过6 km。(3)相对湿度垂直结构在对流天气临近会形成“上干,下湿”的2层结构,温度垂直分布有明显的“上冷下暖”的结构。(4)2次过程不稳定指数K均出现较大波动,临近时最大值超过40 ℃,对流天气持续时间较长时,K指数曲线下降特征不明显,呈持续上升趋势。

2017-2021年云南沧源佤山机场雨季雾的统计特征

2024年12月15 00:00

为研究云南沧源佤山机场(简称佤山机场)遮挡跑道入口的雾的天气特征,利用机场2017-2021年地面逐日气温、降水、风、湿度以及人工观测天气现象等资料和ERA5逐日再分析资料,统计分析机场雾的时间变化、地面气象要素以及影响天气系统的基本特征。结果表明:雾年平均日数137.2 d,主要集中在当地雨季即6-10月(占全年的80%),7-9月出现日数最多,为26 d左右,但影响航班以7月、8月和10月日数最多。在2～3 m/s的偏东风或3～5 m/s的偏西风作用下,山谷里的低云抬升至跑道入口形成雾,上午出现次数多于下午,多出现在05-10时(北京时),持续时间短则40 min,长则6～9 h,影响航班的时段大部分在14时之前。主要影响天气系统为西行热带低压和西北太平洋副热带高压(简称副高)、两高(副高与青藏高压)辐合、低涡切变线与西南季风。

基于泊松分布的湖南衡邵盆地暴雨概率特征分析

邓逸凡, 贺科, 肖文晓 — 2024年12月15 00:00

为分析湖南衡邵盆地的暴雨概率特征,利用衡邵盆地地区28个国家气象站41 a(1980-2020年)汛期(4-9月)逐日降水量数据资料,统计出各站年暴雨频次和相应频次发生概率,结合Poisson分布函数,得到基于Poisson分布的暴雨概率模型。通过将理论与实测数据对比分析,除南岳以外,衡邵盆地地区各国家气象站理论与实测数据的相关系数都在0.79～0.98,验证了基于Poisson分布暴雨概率模型的有效性。结果表明,除南岳以外,衡邵盆地地区各国家气象站汛期(4-9月)暴雨概率分布和频次分布都符合Poisson分布模型; 空间分布上,暴雨日数≥3 d的理论概率分布和实测概率分布基本一致,都呈现南北部高、中部低的特征; 时间分布上,暴雨总频次与暴雨日数≥3 d的理论概率的变化趋势基本一致,且都在波动中呈现出明显上升趋势。

2010-2022年海南儋州洋浦地区雷暴和闪电活动特征

2024年12月15 00:00

为给海南儋州洋浦(简称儋洋)地区雷电安全工作提供科学依据,利用2020-2022年海口天气雷达和海南系统过程编型集、2010-2022年海南省ADTD闪电定位系统等资料,采用数理统计方法,分析儋洋地区雷暴和闪电活动特征。结果表明:儋洋地区系统性雷暴占六成,局地雷暴占三成,混合型雷暴占一成; 混合型雷暴发生地闪的可能性最高(93.8%)、局地雷暴次之(82.5%)、系统性雷暴最低(70.5%)。海南的各种天气系统均会产生雷暴和闪电,低压槽类系统产生的雷暴最多且发生地闪的概率最大(90%左右)。儋洋地区雷暴和地闪活动主要发生在4-10月,地闪活动在13-19时最频繁; 多数雷暴在11-17时回波强度增强到35 dBZ以上,且雷暴持续时间大多小于7 h。局地雷暴最多在南部和中部生成,主要向东北方向移动; 系统性雷暴主要从南部移入、往西北和东北方向移动。地闪活动呈现南多北少、东多西少的分布特征。雷暴和地闪活动的时空分布具有较好的一致性。