摘要：偏振光时域反射计(POTDR)通过探测光纤中光波偏振态的变化,可实现对光纤所受扰动的分布式测量,在周界安防领域有巨大的应用潜力。外界扰动在光纤上的作用方式对POTDR的灵敏度有重要的影响。在传统POTDR的基础上,研究了光缆的布线方式对传感系统灵敏度的影响,通过分析对比外界作用力与光纤感生双折射之间的关系,设计了两种可以提高POTDR传感灵敏度的布线方案。实验结果表明,以一般的平直式布线方式为对照,在同样的外界扰动影响下,本文提出的两种光缆布线方案,均可极大提高POTDR的传感灵敏度,对扰动事件的报警率从50%提高到了90%以上。

摘要：本文结合物联网思想和多种无线传输技术设计了一种多功能智能家居系统.设计的系统由感知层、网络层和应用层三部分组成.感知层设备包括智能门禁、环境参数检测和家电控制,该层各设备均支持ZigBee协议通信.网络层包括ZigBee网络、控制终端和全球移动通讯系统/通用分组无线服务网络.控制终端与前端感知设备之间通过星型拓扑结构的ZigBee网络通信,前者作为协调器,后者作为普通半功能节点.应用层通过手机和全球移动通讯系统网络实现与用户的交互.当感知层设备检测到出现异常时,会通过Zigbee网络将异常信息发送至控制终端,终端再通过全球移动通讯系统网络将信息发送至用户手机.用户也可向控制终端发送短消息以实现对家电或安防设备的远程操作.由于全部采用无线通信,且全球移动通讯系统网络是我国覆盖面最广、最稳定的无线公网,因此本系统的安装方便、无需布线,即使在偏远地区同样能提供可靠服务.

摘要：由于量子计算机的飞速发展,现代密码学面临着巨大的挑战。为了实现抗量子计算机攻击的加密,人们提出了许多新的加密方案,并对后量子密码学(Post-Quantum Cryptography,PQC)开展了标准化进程。Leighton-Micali签名(Leighton-Micali sig-nature,LMS)是一种基于哈希的后量子签名方案,其私钥和公钥尺寸都较小,且安全性已被充分研究。LMS被互联网工程小组(Internet Engineering Task Force,IETF)选为PQC签名协议的标准方案,同时被美国国家标准技术局(National Institute of Standards and Technology,NIST)选为一种PQC过渡方案。然而,密钥生成过程中的效率低下,成为了LMS实际应用中的瓶颈。在本文中,我们首次对LMS进行基于FPGA的硬件实现与加速。首先,在不损失安全性的基础上,我们将LMS中的主要哈希函数由SHA2替换为SHA3函数。其次,我们设计了一个软硬件协同系统,将核心的哈希运算用硬件进行实现,该系统在消耗较少资源的前提下,可完成LMS协议的所有过程:密钥生成、签名与验证。该系统为物联网(Internet of things,IoT)场景下资源受限的LMS应用提供了参考。接着,我们提出了一个高速的密钥生成架构来加速LMS。该架构中具有可配置性,支持LMS的所有参数集,内部的哈希模块根据使用场景进行设计与部署,且并行度经过精心设计,以使得架构同时达到低延迟和高硬件利用率。此外,设计中的控制逻辑被设计为在适应不同参数集的情况下保持一定程度的恒定功率,以抵御功率分析攻击。该架构使用Verilog实现,并在Xilinx Zynq UltraScale+MPSoC ZCU104 FPGA平台上实验。实验结果表明,与在Intel(R)Core(TM)i7-6850K 3.60GHz CPU上启用多线程的目前较优软件实现相比,本文中的设计在不同参数配置下可实现55x~2091x的加速;与最新的各平台LMS工作相比,本文中设计可实现超过17x的加速;与相近方案的FPGA工作相比,本文中设计可实现约70x的加速。

摘要：交通路况监控与意外事故处理是我国的一个重要难题.为解决固定摄像机监控盲区及视频清晰度不足的问题,提出了基于4G的移动实时视频传输系统.简要阐述了系统的整体框架与层次结构,并引入基于Reactor模型的高并发I/O复用方式,在此基础上设计了一种基于动态缓冲区的发送端速率控制方法,实现了移动视频的QoS(Quality of Service)质量保障.实验结果表明在4G网络环境下,移动实时视频传输稳定,清晰度高,可应用于对交通路况的监测与实时控制.

摘要：TMS320C6678是TI(Texas Instruments)推出的8核高性能DSP(Digital Signal Processor),其主频可高达1.25GHz,然而其正常工作涉及复杂的辅助控制.C6678的EVM(Evaluation Module)提供了一种以FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心的辅助控制系统方案.考虑到FPGA硬件成本和软件开发成本高,尝试设计了一种以单片机为核心的辅助控制系统.鉴于单片机的外部中断资源有限,为实现对诸多电源状态指示信号及复位信号的监控,提出了利用逻辑门的方案.又由于单片机与DSP电气特性不匹配,提出了利用单片机OD(Open-Drain)输出特性及电平转换芯片的方案.经过测试,该辅助控制系统能够满足C6678的所有要求,并最终应用到TMS320C6678的某系统中.

摘要：容迟容断网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN)可工作于长延时、频繁中断以及非对称速率环境下的特点,使其能匹配卫星等空间节点的通信传输要求,并适应近地空间信息系统组网.在DTN网络中,可通过ARQ(Automatic Repeat reQuest)机制(如LTP红色传输模式)、差错控制编码(如束协议下的差错编码机制)等多种方式来保障数据的可靠传输,但当空间传输条件恶劣(例如链路频繁中断、高误码率等),令传输过程中丢包严重或接收到大量错误包时,将极大降低上述方式的传输效率.为提高传输效率并考虑到DTN覆盖网络协议架构的设计思想,提出应用层信道编码与ARQ机制结合的混合可靠传输方案.一方面,通过在应用层添加信道编码增加纠错能力以减少重传,同时结合ARQ机制,使得在信道条件恶劣、丢包或错包现象严重时,也能收到足够的数据包进行解码,从而提高传输效率;另一方面,基于DTN网络的覆盖网络协议架构,在应用层加入信道编码,可使得该方案兼容下层不同传输协议.仿真实验结果表明,提出的混合方案可以提高DTN下的可靠传输效率,且随着信道条件不断变差,与单纯ARQ方案相比,完成传输所需时间更短、传输效率更高.

摘要：在纤锌矿结构Zn_(1-x)Mg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG),2DEG的产生很可能是由于界面上存在不连续极化,而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果.为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源,研究Zn_(1-x)MgxO合金的极化特性与ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO超晶格的能带排列是非常必要的.基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_(1-x)Mg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系,其中极化特性的计算采用Berry-phase方法.由于ZnO与Zn_(1-x)Mg_xO面内晶格参数大小相当,ZnO与Zn_(1-x)Mg_xO的界面匹配度优良,所以ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO超晶格模型较容易建立.计算了Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均.(5+3)Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸,确保远离界面的Mg_(0.25)Zn_(0.75)O与ZnO区域与块体计算情况一致.除此之外,基于宏观平均为能量参考,计算得到Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV,并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间,这与近来实验上报道的结果相符.除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外,由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力,导致Mg_xZn_(1-x)O层产生额外的极化值.这样必然会在Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/Zn界面处产生非连续极化现象,促使单极性电荷在界面处积累,从而在Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/Zn超晶格中产生内在电场.此外,计算了Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格的能带排列,由于价带偏差△Ev=0.26 eV与导带偏差△Ec=0.33 eV,表明能带遵循I型排列.Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用.2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用,本文的研究结果将对Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO界面2DEG的设计与优化中起到重要作用,并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_(1-x)O/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.

摘要：本文基于一款具有并行运算能力的数字信号处理器,完成了一个高清视频处理系统.该系统中,高清摄像采集芯片输出的视频图像采用Bayer格式,数字信号处理器获取视频后,通过已申请专利的基于绝对时刻块截断编码变换的Bayer图像压缩算法进行压缩.此算法综合考虑了运算复杂性和压缩率,使得在现有平台和网络上实现高清视频传输成为可能.该系统中,高清摄像采集芯片可直接与数字信号处理器的视频端口连接,无需外部解码器,这样既提高了系统的集成度,也降低了开发的时间和成本.为了提高代码的稳定性和可维护性,数字信号处理器程序采用了一种专为视频处理算法设计的程序框架,所以不必考虑底层驱动和任务间协作的可靠性问题.该系统可用于交通自动化等领域,具有低成本、可靠性高等特点.

摘要：为解决小型超高频电子标签的全球通用性问题,基于耦合开口谐振环对提出了一种用于超高频射频识别的新型小标签天线。经优化设计后的标签天线在电压驻波比(VSWR)<1.22时的工作频带范围可以达到790～960MHz,覆盖了全球所有超高频射频识别工作频段。采用该天线和商业标签芯片实际制作了超高频射频识别标签。通过射频识别阅读器实测表明:所设计标签天线和设计结果一致,具有较好的工作性能,能够适用于多种工作环境。该标签天线具有体积小、结构简单、易于实现和成本低等优点。

摘要：为进一步提升教学效果,培养学生的实践创新能力,设计了一种超外差结构的频谱分析仪综合实验系统,通过该实验系统学生可以全面深刻地掌握高频电路课程的核心知识。频谱分析仪采用模块化结构设计,各模块均可由学生独立设计和制作,并接入系统进行调试。仪器具有100kHz的频率分辨率,频率测量范围为50MHz^300MHz,频谱曲线显示清晰,功率测量精度较高。试用表明,该频谱仪实验系统教学效果好,可作为简易频谱仪在高校实验室大范围推广。