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关键词： 同步辐射   软X射线纳米CT成像   光栅相衬成像   缺角度CT重建   稀疏CT重建   深度学习  

摘要： X射线成像技术的发展极大推动了医学、生命科学、材料科学和生物学等多个领域的进步。在这些领域中,以轻元素研究为代表的软X射线成像技术和光栅相衬成像技术已成为当前科学研究的重要发展方向。轻元素,包括碳、氢、氧、氮等原子序数较低的元素,是细胞和软组织的重要组成部分,对生命科学及其他领域的研究具有重要意义。因此,相关X射线成像技术的发展也显得尤为关键。 软X射线由于其“水窗”波段特性,能够在不对细胞进行干燥、染色或切片处理的情况下,通过快速冷冻技术实现无损、非侵入式地观察,且成像分辨率高达纳米级,可以清晰显示各种亚细胞器结构,因此在细胞成像领域占据重要地位。光栅相衬成像技术通过在X射线成像光路中引入光栅,利用相位步进方法提取相位信号,有效解决了软组织等含轻元素物质在X射线吸收成像中图像衬度较低的问题。 然而,软X射线成像受到样品载具空间限制,导致成像投影角度受限,从而在三维重建中引入有限角度伪影,造成图像失真。此外,软X射线的高空间分辨率使得机械旋转引入的抖动误差在投影图像中显著可见,进一步导致重建图像模糊。在有限角度下,投影数据的误差同样会显著影响最终的重建结果。因此,针对有限角度软X射线成像的投影数据处理和CT重建算法的研究至关重要。 在光栅相衬成像中,相位步进方法要求在同一投影角度下进行多次成像,导致辐射剂量较高。因此,可以采用稀疏角度成像方法以降低辐射剂量。然而,稀疏CT重建可能在重建结果中引入条形稀疏伪影,从而降低图像的准确性。 本文主要集中于轻元素X射线成像技术的不完备CT重建算法研究,旨在解决有限角度下软X射线CT重建和稀疏角度下光栅相衬成像CT重建的问题。主要研究工作包括: 1.针对软X射线有限角度投影数据误差的问题,分析了软X射线数据的结构与读取方法,实现了高角度剂量补偿下的背景数据处理,扩展了质心法在软X射线投影数据中的应用,发展了基于特征点的旋转轴校正方法,并提出了基于冰层模型的截断投影数据处理方法。结合软X射线成像设备,基于X射线吸收边成像原理,发展了吸收边成像的数据处理方法。为了推广算法的使用,通过硬件加速提高了算法的运行效率,并开发了有限角度软X射线成像的在线CT重建网站及吸收边成像的数据处理软件,同时研究了不同噪声数据下的算法选择问题; 2.为进一步提高软X射线有限角度CT重建结果的精度,针对有限角度和投影抖动问题,在高分辨率有限角度软X射线成像系统中引入了一种基于物理模型驱动的深度学习重建算法。该算法结合重投影配准方法,通过迭代计算,有效抑制了 CT重建中的有限角度伪影和抖动伪影。通过在仿真数据和全角度投影数据上的验证,结果表明该方法在多个软X射线成像数据上相较于传统方法能够更好地去除有限角度伪影和减少投影抖动误差; 3.针对光栅相衬成像中辐射剂量较高的问题,提出了稀疏角度CT重建方法,并发展了基于深度学习的稀疏角度光栅相衬成像CT重建算法。为解决训练数据集不足的问题,该算法结合光栅相衬CT的物理模型生成大量训练数据,有效克服了实验训练数据集的有限性的问题。在仿真和实验数据中,与传统方法相比,所提出的方法在稀疏角度吸收CT和相位CT重建结果上能获得更高的图像评估数值,同时研究了自然数据集的泛化性能。

关键词： 多功能碳材料   负载型Pt催化剂   金属-载体强相互作用   电催化   燃料电池  

摘要： 清洁高效的质子交换膜燃料电池（PEMFCs）已被广泛认为是向可持续能源过渡的可行解决方案,并在氢经济计划中发挥着关键作用。然而,阴极氧还原反应（ORR）涉及复杂的多电子转移过程,动力学缓慢,导致PEMFCs能量转换效率变低并阻碍了其大规模应用。目前,应用最广泛的ORR催化剂是Pt/C催化剂。然而,在PEMFCs恶劣的动态运行条件下,由于Pt和表面相对惰性的碳载体之间的弱相互作用,以及碳载体的严重氧化腐蚀,导致Pt纳米颗粒（NPs）发生脱离和团聚现象,使得Pt/C催化剂表现出较差的活性与稳定性。因此,本论文从提高载体耐腐蚀性以及增强Pt与载体之间的相互作用的角度出发,通过对载体形貌以及组成进行设计,以提高催化剂活性与稳定性为主要研究重点,进行了以下工作: （1）通过原位自组装还原技术制备出一种在树脂衍生的单原子CoSA-N-C载体上负载Pt(Pt/CoSA-N-C)的新型催化剂。丰富的Co-Nx位点不仅可以作为Pt NPs的吸附和成核中心,还可以作为额外的活性位点。通过单原子与纳米颗粒之间不同尺度的协同效应,增强了Pt和CoSA-N-C载体之间的相互作用,优化了Pt的电子结构并增强了对Pt的锚定。从而提高了Pt/CoSA-N-C催化剂对氧还原反应的活性与稳定性。实验结果证明所制备的Pt/CoSA-N-C催化剂显示出优异的质量比活性(MA,0.719 A/mgPt)和面积比活性（SA,1.485 m A/cm2）,超过商业Pt/C催化剂的MA和SA(0.166 A/mgPt and 0.235 m A/cm2)。此外,Pt/Co SA-N-C催化剂表现出显著的长期稳定性,在20,000次循环中MA仅降低24.2%,SA仅降低20.6%。密度泛函理论（DFT）计算表明,Pt/CoSA-N-C的d带中心（-2.72 e V）低于Pt/C（-2.61 e V）,而且Pt/CoSA-N-C的结合能（3.19e V）高于Pt/C（2.68 e V）。说明Pt与CoSA-N-C之间增强的金属-载体相互作用削弱了Pt对*OH的吸附亲和力,阻碍Pt的迁移,协同增强Pt/CoSA-N-C对氧还原反应的催化性能。本章的工作为构建具有多活性中心的复合铂基催化剂提供了启示。 （2）基于上一个工作体系,由于过渡金属在真实的电池工况中会发生严重的溶出,导致催化剂性能大幅下降。因此,我们从载体形貌的角度出发,设计了一种应力诱导收缩策略并成功制备出一系列以中空氮掺杂十二面体碳为载体的功能化Pt催化剂（Pt@HNC-X,其中X为含N前驱体的进料量,L,M,H分别代表进料量为15,40,60 mg）。Pt@HNC-X均表现出增强的氧化原性能,其中因为Pt@HNC-M具有绝对中空的十二面体结构并且Pt NPs有着均匀的尺寸分布,因此所得的Pt@HNC-M催化剂具有最佳的ORR性能,特别是半波电位(E1/2,0.926 V)、MA(1.36 A/mgPt)和SA（1.85 m A/cm2）,均大大超过了商业Pt/C(0.896 V,0.197 A/mgPt,0.282 m A/cm2)。此外,经过20,000圈老化测试后,Pt@HNC-M的MA和SA仅下降了22.8%和16.2%。Pt@HNC催化剂ORR性能的增强可归因于:（i）特殊的HNC载体效应,这种效应可最大化活性位点与电子的可及性;（ii）通过改善Pt NPs的分散性来增加催化剂表面的活性位点数量;（iii）氮的掺杂可以改变碳的表面性质以提高Pt与HNC之间的金属-载体强相互作用（SMSI）。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实了电负性差异引起的电荷再分布改善了Pt和HNC载体之间的电子相互作用,优化了Pt的电子结构并削弱了Pt@HNC表面的反应能垒和*OH物种的吸附,从而协同提高了对ORR的本征活性。本章的工作为清洁能源领域的功能化纳米材料的设计提供了指导。

关键词： 无意调制   雷达辐射源个体识别   特征提取   支持向量机   深度学习  

摘要： 在日益复杂的电磁环境下,雷达更新换代飞快,深入研究雷达辐射源个体识别方法,准确提取特征,正确分类雷达辐射源个体显得尤为重要。本文首先建立雷达辐射源无意调制模型,进行雷达辐射源个体特征提取方法研究;其次改进支持向量机,将其与特征提取方法相结合,实现实测数据下的雷达辐射源个体识别;最后建立多种深度学习网络的雷达辐射源个体识别模型,提取实测数据下的最优特征,输入网络模型完成分类识别。本文主要研究内容如下: 首先,对LFM信号与BPSK信号进行无意调制建模,设计三种不同的相位噪声参数,代入理想模型进行仿真实验,通过LFM信号频谱图与BPSK信号功率谱图,反映出不同雷达辐射源个体的细微差异。 其次,在三部无意调制模型下,研究雷达辐射源个体特征提取方法。对于小波变换方法,提取信号小波分解重构后各层能量谱特征;对于经验模态分解方法,选择完全自适应噪声集合经验模态分解算法分解信号,对每个模态分量提取联合熵特征,选择t分布-随机邻域嵌入算法进行降维可视化;对于变分模态分解方法,引入斑马优化算法对分解参数自动寻优后分解信号,对每个模态分量提取中心频率特征、奇异值特征与联合熵特征并进行对比。特征可视化结果表明,三种方法均有一定的可行性。 然后,改进孪生支持向量机,将引入随机因素后的Pinball损失函数应用其中,提出IPTWSVM。在实测数据下,将基于小波变换、完全自适应噪声集合经验模态分解、斑马优化算法-变分模态分解的雷达辐射源个体特征提取方法与IPTWSVM相结合进行识别率实验与分类器性能对比实验,结果表明本文提出的三种方法在信噪比较高的环境下均能实现良好分类效果,IPTWSVM相比其他支持向量机也有一定的优势。 最后,建立CNN、LSTM、Transformer、AM-CNN+LSTM、AM-CNN+GRU以及本文提出的ACON Fusion Net雷达辐射源个体识别模型。在实测数据下,分别对雷达辐射源个体提取脉冲包络前沿波形、脉冲相位、双谱图及模态分量四种特征,进行特征对比实验,得到最适合本文实验数据的相位特征,将其输入各种深度学习网络模型中进行网络性能对比实验,结果表明相较于其他网络,本文提出的模型在信噪比为-5d B时仍有95.24%的识别率,表现优异。

关键词： 无花果   X射线处理   贮藏品质   能量代谢   糖代谢  

摘要： 无花果（Ficus carica L.）因其明亮的外观、柔软的果肉、香甜多汁的口感、丰富的营养物质而成为一种对消费者非常有吸引力的水果,但无花果采后呼吸代谢高、易于霉变和腐烂,果皮薄而细腻、果底开孔结构使其易受微生物和害虫侵染,果实感官品质极易丧失。X射线是一种有效的新型非热农产品保鲜技术,使产品接受辐照更均匀,吸收剂量更易于操作和设定。并且作为一种环保技术,操作简便,对果蔬无辐射残留和损害,能保持果蔬的感官品质。本文采用X射线处理无花果,探讨X射线对无花果保鲜效果,筛选出适用于无花果保鲜X射线剂量,进一步探究X射线处理对无花果能量代谢、糖代谢与品质维持作用,主要研究内容与结果如下: （1）将无花果进行1.0、3.0和5.0 kGy X射线处理,未辐照无花果作为对照,在4±0.5°C下保存20 d,评价其对无花果保鲜效果,筛选出适用于无花果保鲜X射线剂量。结果表明:3.0 kGy X射线显著抑制微生物生长,延缓无花果腐烂。贮藏第16 d,与对照无花果相比,X射线对霉菌与酵母菌、菌落总数生长抑制率分别为43.79%和51.32%。3.0 kGy X射线处理的无花果失重率降低,感官特征、颜色（较高的L*与H）和硬度（第16 d为2.27 N）得到保持。5.0 kGy X射线显示微生物抑制效果差,加速腐烂和失重,硬度较低。3.0 kGy X射线组无花果保持较高的总酚和总黄酮含量,并具有较高的ABTS和DPPH自由基清除活性。无花果电解质泄漏、MDA和O2-·水平显著降低,维持细胞膜完整性,防止脂质过氧化。5.0 kGy X射线显示无花果颜色劣变,高电解质泄漏,MDA和O2-·水平。并且3.0 kGy X射线处理后无花果果皮和果肉组织较为完整,角质层致密光滑,保持气孔的良好状态。因此,3.0 kGy X射线可以作为无花果有效的保鲜技术,延缓无花果的衰老和腐烂。 （2）通过测定无花果ATP、ADP、AMP及能荷,能量代谢相关酶活性及基因表达,无花果线粒体膜完整性、NAD含量与NADH积累来探索X射线处理对无花果低温贮藏能量代谢的影响。结果表明:3.0 kGy X射线能维持无花果ATP和ADP含量,减少AMP的积累,延缓能荷减少。无花果贮藏20 d后,能量状态显示3.0 kGy X射线使能荷比对照组高7.30%。3.0 kGy X射线能显著维持H+-ATPase、Ca2+-ATPase、SDH、CCO、G6PDH和6PGDH等能量代谢酶活性,增强无花果TCA循环、ETC和PPP通路。3.0 kGy X射线可以抑制MPT的增加,维持无花果线粒体膜的完整性。3.0 kGy X射线能维持无花果体内NAD含量和NADK活性,减少NADH积累。无花果贮藏20 d后,3.0 kGy X射线使NADK活性比对照提高26.09%,NADH含量比对照降低16.30%。并且3.0 kGy X射线可上调无花果H+-ATPase、SDH、G6PDH、6PGDH基因表达。因此,3.0 kGy X射线可维持无花果线粒体完整性,调节无花果能量代谢,保证无花果的能量供应,延缓无花果衰老。 （3）通过测定无花果葡萄糖、果糖及淀粉含量,糖代谢相关酶活性及基因表达来探索X射线处理对无花果低温贮藏糖代谢的影响。结果表明:3.0 kGy X射线能抑制无花果葡萄糖、果糖和蔗糖含量的下降,延缓无花果淀粉降解,抑制淀粉酶活性的升高,维持无花果生理代谢的运行。3.0 kGy X射线可调节糖代谢相关酶（SPS、SS、AI、NI、HK和PFK）活性,避免糖的过度消耗,调节葡萄糖和果糖的利用,对能量产生有积极作用。在3.0 kGy X射线辐照下,HK活性比未辐照的无花果高22.22%。此外,3.0 kGy X射线可上调NI、SS、HK和PFK基因的表达来调节无花果NI、SS、HK和PFK的活性。因此,3.0 kGy X射线可作为调节无花果糖代谢、保持品质、延长保质期的可行技术。

关键词： 智能系统  

ISBN: (纸本)9787564662066

摘要： 本书结合图论与矩阵分析的背景, 主要以图论的连通性, 矩阵分析的Keronecker积为工具, 介绍运用状态预测器、切换控制、李雅普诺夫函数的方法, 主要研究邻接输入饱和多智能体系统的一致性、切换通信拓扑下饱和异构多智能体系统的一致性等内容, 这些内容是多智能体系统中重要且十分有意义的工作。同时这些研究工作也可以为其他控制系统研究所借鉴。书中的研究内容具有一定的新颖性和前沿性, 是近年来国际上关于多智能体系统研究的前沿课题。