可重构算子阵列的结构和建模

提出一种由多种粗粒度、功能可配置的可重构算子组成的新型FPGA结构——可重构算子阵列结构,能完全替代细粒度的基于查找表的可编程逻辑单元,降低配置加载时间,同时电路速度具有可比性。可重构算子分为运算类、控制类、路径类和存储类,像电路指令集一样可支撑所有电路的实现。互连结构分为全局互连、局部互连和IO互连,分别承载远距离、邻近和系统外部的数据传输,互连开关采用通用开关阵列的形式。互连线段分为组线和单线两种,其中组线的位宽大于1比特,其行为一致,从而减小开关数目,提高传输速度。为了对该阵列结构进行性能分析和结构探索,还针对该结构进行建模,通过结构文件快速生成不同的结构,可作为深入研究的有效手段。     

多分量地震监测系统AETA的研究与实现

研制多分量地震监测系统AETA(acoustic & electro-magnetic testing all in one system)。在云南、四川、西藏、河北、北京、广东等地区的现场实验表明, 该系统能够满足大区域密集布设中高灵敏度、低成本和易布设的需求。同时, 若干点的实验观测数据和均值、振铃率、峰值频率在一定程度上反映了映震效果。目前正在中国西南部、首都圈、台湾海峡等地区密集布设, 系统地开展映震效果研究。     

多分量地震监测系统AETA的感应式磁传感器磁棒研制

根据多分量地震监测系统AETA的技术需求, 完成一种感应式磁传感器的研制和工业化实现。通过分析电磁扰动的监测需求, 确定感应式磁传感器磁棒的各项设计参数, 并提出较优材料选取以及结构设计方案。磁棒的设计指标为0.1 Hz~10 kHz, 工作温度范围为40~130℃, 监测的磁场强度范围为1~1000 nT, 灵敏度大于20 mV/nT@(0.1 Hz~10 kHz)。测试结果表明, 研制的磁传感器满足AETA的性能要求。该传感器已成功地投入应用, 正在大区域规模化布设。     

基于AETA的电磁扰动与地震的相关性分析

基于多分量地震监测预测系统(AETA)进行电磁扰动观测(EMD), 通过观测数据特征分析和异常识别判定, 并结合地震事件进行相关性分析。结果表明, AETA电磁扰动观测数据与已知的环境噪声和人文噪声特征不符。基于磁传感器原理和麦克斯韦方程组推导, 提出信号可能来自近地表的自由电荷变化和运动。以九寨沟Ms 7.0级地震和宜宾长宁Ms 6.0级地震为例, 发现AETA电磁扰动均值异常与地震具有前兆相关性。其中, 日周期特性的SRSS波和电磁扰动超低频成分的出现与周边地区或龙门山断裂带以及鲜水河断裂带的强震风险相关。通过讨论信号源产生的物理机理, 认为日周期特性的SRSS波可能与来自地幔的熔融物质中带电粒子溢出至地壳有关, 在地球自转和公转综合作用下, 在震源附近或相关区域会产生与日升日落同步的日周期波动。     

基于张衡一号电磁卫星数据对印尼Ms 7.4地震的研究

以2018年9月28日印尼Ms 7.4地震为背景, 利用张衡一号电磁卫星观测的ULF磁场X, Y和Z三分量数据, 采用滑动四分位(IQR)算法、滑动主成分分析算法(PCA)和短时傅里叶变换算法(STFT), 对震中范围的时空电磁数据进行分析, 结果显示 3 种算法都能有效地提取到震前异常。1) X,Y和Z分量均值震前7天开始出现异常, 随着发震时间临近, Y和Z分量的异常程度逐渐增加, 震前2天达到峰值, Y分量最大异常达到0.7 nT, 震后异常慢慢消失; 2) 震前5天主成分出现异常, 第一主成分占比急剧下降, 下降幅度超过15%, 第二、第三主成分占比急剧上升, 异常持续3天; 3) 震前9天, 13和25 Hz功率谱密度占比同时出现大幅异常, 13 Hz占比上升35%, 25 Hz占比下降超过40%, 13 Hz占比出现正异常, 最大正异常达到0.1, 25 Hz占比出现负异常, 最大负异常达到?0.15, 震后异常消失。结合同时段的太阳地磁活动情况, 认为上述电磁异常可以作为印尼地震的前兆。     

AETA数据采集系统的设计与实现

设计并实现一种适用于多分量监测系统 AETA的数据采集系统。该采集系统包括探头数据采集软件、数据处理终端软件和服务器端的应用程序, 其中数据处理终端软件为系统的核心, 负责接收探头采集的数据, 并将其稳定、可靠地传输至服务器端。该采集系统具有自动升级和在线执行命令的功能, 可以实现设备的远程运维和维护。测试结果表明, AETA数据采集系统能够在网速低至10 KB的情况下稳定地运行, 并能在一分钟内及时地响应远程命令, 具有很好的稳定性和实时交互性, 适用于地震监测系统设备的跨区域和高密度布设。     

基于 AETA 监测数据的地震预测研究

针对2017年8月8日中国四川省九寨沟县Ms 7.0级地震事件, 分析AETA地震前兆监测设备上地震前后的数据。结果显示, 四川地区已安装的36个台站中, 有13个出现相关异常, 其中9个台站为密切相关。在异常台站中发现一种与日升日落几乎同步的电磁扰动均值波形(称为SRSS波), 有11个台站在震前出现该波形。采用 PCAETA算法对这11个台站的数据进行分析, 计算得到九寨沟防震减灾局AETA台站(104.25°E, 33.26°N)的波形震前震后出现明显的异常条带, 2017年8月12日至11月20日冕宁防震减灾局AETA台站(102.17°E, 28.55°N)的AETA波形也出现震前异常条带。结果表明, AETA设备可在地震发生前捕捉到多点的密切相关的前兆异常, SRSS波的条带异常现象是比较明确的临震前兆特征。     

一种行走辅助型下肢外骨骼的设计与实现

使用体重支撑的方式可以提高行走辅助外骨骼穿戴的舒适性,设计以棘轮棘爪组合机构为核心的单向离合装置来减轻设备重量。通过对步态的分析,以转矩模式下的PID电流控制为内环,增加了足底压力传感和座椅传感构成的外环反馈控制,实现智能化的人机交互过程。最终实现外骨骼重量12.5 kg,站立时辅助支撑约10 kg,行走中平均辅助支撑约3 kg,续航时间大于2小时。     

一种超高频RFID读写器基带发射机的设计与实现

设计了一个超高频射频识别读写器的基带发射机, 该读写器基带芯片工作在840~960 MHz频段, 支持ISO 18000-6B&6C 协议。为了增强安全性同时保证与协议的兼容, 采用2-bits类PIE编码和PIE编码方式, 前者相对后者安全性提高了6倍。针对单边带调制中由于两路正交信号幅度不相等而产生的双频带对标签接收信号产生干扰的问题, 在基带发射机中增加了幅度匹配模块, 尽量消除幅度差异。还在基带部分增加了功率放大模块, 使得到达 PA 的输入信号幅度增强, 从而得到更高的输出功率。整个读写器芯片在0.18μm CMOS工艺下, 电路规模为209461个门, 功耗为102.609 mW, 其中发射机部分占面积的22%。与当前的一些设计相比, 该设计并没有带来较大的面积和功耗损失。     

一种适用于地震监测的地声传感探头

为了研究地声信号能否作为一种可靠的地震前兆信号, 设计一种基于压电薄膜的地声传感探头, 用于地震监测。该探头支持0.1 Hz~7 kHz宽频段地声信号采集, 电压分辨率为19.073 μV, 幅值一致性误差小于5.5% (0.47 dB)。该探头通过盐雾试验、随机振动及包装跌落等6项可靠性测试, 并应用到包括川滇国家试验场的178个台站的地声监测中。现场观测表明, 震中周边的台站能够捕捉到地震前后的地声信号。