飞秒激光成丝过程中的太赫兹波空间强束缚效应

飞秒激光成丝辐射太赫兹波兼具宽频带和高强度特性,其物理机制研究已成为近年来的前沿课题。在此领域,本课题组发现太赫兹波沿激光等离子体光丝被限制在亚波长空间尺度内进行传输,即“太赫兹波空间强束缚效应”,并据此提出了能够全面阐述太赫兹波辐射机理的三过程模型,为统一当前主流宏观与微观理论、化解相关文献中重要结论的矛盾奠定了基础。本文以太赫兹波空间强束缚效应为中心,综述了本课题组近年来的一系列研究工作,包括实验探测技术、物理机理解释及多项创新应用等,并对未来的工作进行了展望。     

基于太赫兹超材料的牛血清白蛋白传感器研究

太赫兹波具有非电离、对非极性物质穿透性高、对氢键等弱共振敏感等特性,是生物、材料、化学等领域的重要研究对象。蛋白质、糖类等生物大分子的转动频率和基团的振动频率以及分子之间弱相互作用的特征频率恰好处于太赫兹频段,这赋予了太赫兹光谱技术在生物医学领域中极大的发展潜力。然而,由于待测物尺寸一般小于太赫兹波长（0.03～3.00 mm）,微量的待测物难以引起谱线的改变,太赫兹光谱检测灵敏度较低。能够灵活操控电磁波特性的超材料为解决上述问题提供了新的思路,通过设计不同的结构及参数,能够得到谐振频率位于太赫兹波段的超材料,微量的待测物即可引起谱线的明显变化。基于共振型太赫兹超材料构建了牛血清白蛋白（BSA）传感器,实验结果表明,当BSA溶液的体积质量为2.0～8.0 mg/mL时,传感器共振频率偏移量与溶液浓度呈线性关系,传感器的最低浓度检测限为0.3 mg/mL。     

大气湍流下超振荡望远成像的理论研究

为了实现大气湍流动态干扰下望远镜对远距离目标的超衍射极限成像, 采用光学超振荡原理局部衍射压缩光学系统点扩散函数, 并对提高成像分辨率效果进行了理论研究。结果表明, 中等湍流强度校正后, 波前残差均方根约为波长的1/15(波长λ=632.8 nm)时的干扰下, 超振荡光场调制能够实现望远系统点扩散函数的衍射压缩, 衍射压缩倍率为0.75;对不同中心间距双孔的成像研究验证了超振荡望远系统约0.80倍瑞利衍射极限的超分辨成像效果; 波前残差的均方根大小可能会导致望远系统点扩散函数的衍射压缩倍率和成像分辨率存在差异。此研究结果可应用于高精度星点定位、超分辨望远等领域。     

基于多注意力机制的生成对抗网络的遥感图像超分重建

针对现有超分辨算法重建后的遥感图像模糊,含有伪影和噪声等问题,提出一种基于多注意力机制的生成对抗网络。首先,在生成器的残差块中引入高效注意力机制,增强全局相关性,提高模型的特征提取能力;其次,利用迭代注意特征融合模块对输入的图像和经过生成器生成的高层语义特征图进行融合,代替长跳跃连接常用的相加操作,减少输入图像进行相加操作时导致的信息损失,使重建后的图像更加清晰;最后,基于WGAN网络优化模型训练,促进网络训练的稳定,加快损失函数的收敛。在不同数据集上验证上述方法,结果表明,相较次优算法,所提方法在峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)上分别提高了0.062～0.122 dB和0.03～0.08。     

融合光谱特征和超像素的遥感建筑物分级提取

目前,大多数基于深度学习提取建筑物是采用语义分割的方式,没有考虑建筑物几何特性,而传统方法在对遥感建筑物提取时只考虑其灰度特征,都难以有效提取。针对该问题对光谱信息进行了研究,提出了融合光谱特征和超像素的建筑物提取方法。首先基于分水岭变换产生许多形状大小不一的超像素子区域;然后利用建筑物的光谱特征对建筑物超像素进行合并,从而实现对遥感影像建筑物的初提取;在此基础上剔除已提取出的建筑物,然后根据几何特征选择滑动领域操作抑制噪声;最后根据最大类间方差(Otsu)对遥感影像建筑物进行后提取。所处理的遥感影像建筑物包括荒地、山地、城郊、城市4种类型的区域,通过和经典算法对比验证,实验结果表明,该算法在遥感建筑物提取上有一定优越性。     

失超保护系统直流真空断路器开断换流分析

磁约束聚变装置的失超保护系统利用直流断路器快速切断超导磁体回路的电流,实现磁体能量的转移与释放,以保障磁体安全。随着超导磁体运行电流等级的不断提升,直流断路器的设计面临着巨大挑战。本文针对10 kV/100 kA的大容量失超保护系统设计,提出使用直流真空断路器作为开断电流的主保护开关,并详细分析了其开断换流过程。首先介绍了失超保护系统的拓扑结构和工作原理;然后具体分析了真空断路器在开断及换流阶段的数学方程,并依据开断可靠性理论,分别对换流回路、泄能回路与缓冲回路进行了计算和参数设计;最后开展了100 kA直流电流开断实验。研究结果表明,失超保护系统中使用真空断路器开断100 kA磁体电流具有理论和工程可行性,并通过实验验证了所设计的真空断路器样机能够有效开断100 kA电流,换流过程符合预期判断。本文的研究工作为大功率失超保护系统中的直流断路器设计提供了技术支撑。     

正阻尼PMSG并网系统限幅间歇饱和引起的次/超同步振荡分析

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响。基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析。首先给出并网PMSG状态空间简化模型并分析其小干扰稳定性;其次发现一种大扰动后并网PMSG因不对称单边d轴电流限幅间歇饱和引起的新型切换型振荡现象;再次结合并网PMSG网侧变流器的频域模型以及单边限幅的描述函数,给出含限幅环节的PMSG系统近似分析模型;最后结合广义Nyquist判据,近似分析不同限幅值和参数下的振荡频率,并解释该种振荡频率随限幅上限降低而增加的现象。     

基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识EI北大核心CSCD

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识可有效监测次同步振荡的动态过程。该文提出一种基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识方法。通过求解超定非线性的同步相量轨迹拟合方程组,能准确得到频移基波、次同步和超同步分量的频率、幅值和相位。该方法利用各分量对应的同步相量正负频率部分耦合而成的椭圆轨迹特性,仅依据100ms的同步相量数据序列即可进行高实时性的参数辨识。所提算法相比现有算法的优势在于,一方面可辨识与次同步分量耦合的超同步分量参数;另一方面超短数据窗大幅提升了算法实时性,并克服了频谱分析法的频率分辨率受限问题。模拟同步相量测量终端(phasor measurement unit,PMU)数据和实际仿真数据的对比分析结果表明,所提方法可准确获取基波和次同步/超同步振荡参数,并有效实现次同步振荡的动态实时监测。     

基于ITD分解和孪生支持向量机的电能质量扰动识别方法研究

电能质量扰动信号的识别与分类是电能质量分析、评估和治理的基础和关键。针对电能质量扰动信号种类复杂、识别速度慢且准确率低等问题,提出一种基于ITD分解和孪生支持向量机的电能质量扰动识别方法。首先,对电能质量扰动信号做ITD分解,得到一系列固有旋转分量(PRC),并通过云模型的熵和超熵筛选出有效的PRC分量,减少特征冗余;其次,计算有效的PRC分量的模糊熵和能量熵,并根据模糊熵和能量熵求得混合特征矩阵;最后,基于混合特征采用麻雀优化的孪生支持向量机对扰动信号进行分类。仿真分析结果表明,该方法能识别多种电能质量扰动信号,且提高了对单一电能质量的识别准确率,进而为电能质量的分析、评估和治理提供辅助决策,以进一步提高供电质量。     

电力系统超低频频率振荡分析及扰动源定位

超低频率振荡是高比例水电系统面临的突出挑战,大量水电机组调速系统及水力系统的负阻尼聚合是激发全网频率振荡的主要原因。频率振荡期间,水轮机接力器往复动作会导致液压系统油压下降,严重时将导致机组低油压而停机,负阻尼振荡将导致系统频率增幅振荡,控制不及时可能触碰系统高/低周控制动作。传统的降低机组有功出力、提高系统电压水平等振荡控制手段对超低频频率振荡抑制没有明显效果,这对系统安全稳定运行带来严重危害。为准确定位超低频振荡强相关机组,提出了利用发电机速度偏差与机械功率获取调速系统振荡能量的计算方法。同时,针对工程中发电机机械功率难以直接测量的难题,研究提出了利用广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)实测的发电机转速和电磁功率合成发电机机械功率的实用算法,可准确计算动态过程中发电机机械功率值,并在电网超低频频率振荡案例分析和大电网超低频振荡预控中验证了该实用算法的有效性。该方法可综合应用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)/故障录波/WAMS等广域信息,实现电力系统发生超低频振荡时,可对机组控制设备进行精细化定位...