单脉冲雷达只发射一种信号波形,  技术报告中提出的智能制造参考模型之元模型

雷达是利用无线电作为探测手段的传感设备,其已有一百多年的发展历史。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。随着数字信号处理技术的飞速发展以及相应的硬件水平不断提升,当前雷达系统已应用普及到诸多领域,如汽车辅助驾驶、遥测遥感、地质勘探、大气探测等。  然而,随着电磁环境逐渐复杂,各种干扰技术层出不穷,具有灵活对抗干扰能力、更强的目标检测性能、适应多变环境的新体制雷达成为各大应用领域的迫切需求。多输入多输出(Multiple-input
Multiple-output)雷达就是把无线通信系统中的多个输入和多个输出技术引入到雷达领域,并和数字阵列技术相结合而产生的一种新体制雷达,简称“MIMO雷达”。  2003年,美国林肯实验室的Bliss和Forsythe首次提出MIMO雷达的概念,其是指同时发射多种雷达信号波形,一般采用的是多个天线同时发射不同的波形,“Multiple-output”是指多个天线同时接收回波信号,并通过多路接收机输出以获得多通道空间采样信号。根据发射和接收天线中各单元的间距大小,可以将MIMO雷达分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达两类。分布式MIMO雷达中收发天线各单元分布式布局,带来对目标的多角度探测视野,
提高雷达对目标的探测性能;集中式MIMO雷达的收发天线各单元相距较近,,各个天线单元对目标的视角近似相同,但是每个阵元可以发射不同的信号波形,
从而获得波形分集,通过不同波形的特征来集中分析目标特性。这就带来许多优良特点,如改善系统的能量利用率、提高测角精度、提高杂波抑制能力及低截获能力。  MIMO雷达改良了传统雷达的相关缺陷,具有良好的应用发展前景。早期的扫描雷达只发射一种频率的信号波形,配合单一的接收机接收,可以看做单输入单输出雷达;单脉冲雷达只发射一种信号波形,
一般有两路(和波束与差波束或者左波束和右波束)接收机输出,,其属于单输入双输出雷达。MIMO雷达综合了上述雷达的优缺点,在输入输出端都采用了多路收发技术,具有极大的应用潜力。

近期,中国科学技术大学微电子学院孙海定和龙世兵课题组利用蓝宝石衬底斜切角调控量子阱实现三维载流子束缚,突破了紫外LED发光性能。相关研究以Unambiguously
Enhanced Ultraviolet Luminescence of AlGaN Wavy Quantum Well Structures
Grown on Large Misoriented Sapphire
Substrate为题发表于《先进功能材料》。  紫外线虽然在太阳光中能量占比仅5%,但却广泛应用于人类生活。目前紫外光应用包括印刷固化、钱币防伪、皮肤病治疗、植物生长光照、破坏微生物如细菌、病毒等分子结构,因此广泛应用于空气杀菌、水体净化和固体表面除菌消毒等领域。传统的紫外光源一般是采用汞蒸气放电的激发态来产生紫外线,有着功耗高、发热量大、寿命短、反应慢、有安全隐患等诸多缺陷。新型的深紫外光源则采用发光二极管(light
emitting diode:
LED)发光原理,相对于传统的汞灯拥有诸多的优点。其中最为重要的优势在于其不含有毒汞元素。《水俣公约》的实施,预示2020年将全面禁止含有汞元素紫外灯的使用。因此,开发出一种全新的环保、高效紫外光源,成为摆在人们面前的一项重要挑战。  而基于宽禁带半导体材料(GaN,AlGaN)的深紫外发光二极管(deep
ultraviolet LED: DUV
LED)成为这一新应用的不二选择。这一全固态光源体系体积小、效率高,寿命长,仅仅是拇指盖大小的芯片,就可以发出比汞灯还要强的紫外光。其中的奥秘主要取决于III族氮化物这种直接带隙半导体材料:导带上的电子与价带上的空穴复合,从而产生光子。而光子的能量则取决于材料的禁带宽度,科学家们则可以通过调节AlGaN这种三元化合物中的元素组分,精密地实现不同波长的发光。然而,要想实现紫外LED的高效发光并不总是那么容易。研究者们发现,当电子和空穴复合时,并不总是一定产生光子,这一效率被称为内量子效率(internal
quantum efficiency:
IQE)。  在0.2和4度斜切角蓝宝石衬底上制备的深紫外LED光致发光光谱和器件示意图,有源区透射电子显微镜展示了高分辨多量子阱结构图,和输出功率的对比图。  孙海定和龙世兵课题组巧妙通过调控蓝宝石衬底的斜切角,大幅提升紫外LED的IQE和器件发光功率。课题组发现,当提高衬底的斜切角时,紫外LED内部的位错得到明显抑制,器件发光强度明显提高。当斜切角衬底达到4度时,器件荧光光谱的强度提升了一个数量级,而内量子效率也达到了破纪录的90%以上。  与传统紫外LED结构不同的是,这种新型结构内部的发光层——多层量子阱(MQW)内势阱和势垒的厚度并不是均匀的。借助于高分辨透射电子显微镜,研究人员得以在微观尺度分析仅仅只有几纳米的量子阱结构。研究表明,在衬底的台阶处,镓(Ga)原子会出现聚集现象,这导致了局部的能带变窄,并且随着薄膜的生长,富Ga和富Al的区域会一直延伸至DUV
LED的表面,并且在三维空间内出现扭曲、弯折,形成三维的多量子阱结构。研究者们称这一特殊的现象为:Al,Ga元素的相分离和载流子局域化现象。值得指出的是,在铟镓氮(InGaN)基的蓝光LED体系中,In由于和Ga并不100%互溶,导致材料内部出现富In和富Ga的区域,从而产生局域态,促进载流子的辐射复合。但在AlGaN材料体系中,Al和Ga的相分离却很少见到。而此工作的重要意义之一就在于人为调节材料的生长模式,促进相分离,并因此大大改善了器件的发光特性。  通过在4度斜切角衬底上优化外延生长调节,研究人员摸索到了一种最佳的DUVLED结构。该结构的载流子寿命超过了1.60
ns,而传统器件中这一数值一般都低于1ns。进一步测试芯片的发光功率,科研人员发现其紫外发光功率比传统基于0.2度斜切角衬底的器件强2倍之多,如图所示。这更加确信无疑地证明了,AlGaN材料可以实现有效的相分离和载流子局域化现象。除此之外,实验人员还通过理论计算模拟了AlGaN
多量子阱内部的相分离现象以及势阱、势垒厚度不均一性对发光强度和波长的影响,理论计算与实验都实现了十分吻合。  此项研究将会为高效率的全固态紫外光源的研发提供新的思路。这种思路无需昂贵的图形化衬底,也不需要复杂的外延生长工艺。而仅仅依靠衬底的斜切角的调控和外延生长参数的匹配和优化,就有望将紫外LED的发光特性提高到与蓝光LED相媲美的高度,为高功率深紫外LED的大规模应用奠定实验和理论基础。  孙海定为论文的第一作者和共同通讯作者。该项目联合中国科学院宁波材料科学与工程研究所研究员郭炜和叶继春、华中科技大学教授戴江南和陈长清、河北工业大学教授张紫辉、沙特阿卜杜拉国王科技大学教授Boon
Ooi和Iman
Roqan一起攻关完成。该研究工作得到国家自然科学基金委、中科院、中国科大等单位的支持。部分样品加工工艺在中国科大微纳研究与制造中心完成。 
标签: 半导体

为加快推进全球智能制造标准化顶层设计工作,2019年11月19日至21日,由IEC/TC65(工业测控和自动化)与ISO/TC184(工业自动化系统与集成)联合成立的IEC/ISO/JWG21“智能制造参考模型”工作组第9次会议在法国巴黎召开。来自德国、法国、美国、中国、日本、英国、韩国、瑞典、意大利、荷兰、西班牙、加拿大等国30余名专家到会。机械工业仪器仪表综合技术经济研究所(以下简称仪综所)标准与检测中心主任王春喜博士、传感与网络控制中心岳磊高工作为中国专家代表参加了此次会议。会议由IEC/TC65秘书长Rudy
BELLIARDI先生、工作组召集人Dennis L. Brandl先生和Fumihiko
Kimura先生共同主持。  本次会议重点是处理各国专家对《智能制造参考模型技术报告(TR-SMRM)》征求意见稿(DC)提出的意见和建议,并讨论下一步提交正式国际标准《智能制造统一参考模型(unified
reference model for smart manufacturing,
URMSM)》的新提案(NP)的主要内容和工作计划。  今年7月,在韩国首尔召开的JWG21工作组第8次会议上,一个新的任务组“TF8数字孪生——资产管理壳”被批准成立。本次会议上,专家进一步明确了该任务组的职责:面对“资产管理壳”、“数字孪生”、“数字主线”等概念丛生的现象,抓取核心发展脉络,梳理数字孪生与智能制造参考模型之间的潜在关系。  该任务组成立的缘由可追溯到德国国家委员会在IEC/TC65的一项新提案,该提案计划将德国正在大力倡导的资产管理壳概念制定为IEC标准。与此同时,ISO/TC184的主席顾问组成员一致认为,产品的数字化和智能制造有着明显的不同,并成立了特别工作组Ad
Hoc Group: Data Architecture of the Digital
Twin(数字孪生的数据架构),旨在针对数字孪生的数据架构建立一项通用标准。而这两者之间的工作需要更多的沟通和协同,因此专门成立了TF8数字孪生任务组。后续根据其工作开展的情况,TF8可能会发展成为一个新的ISO和IEC的联合工作组。  会议的另一个重要议题是讨论新NP提案——URMSM国际标准的技术提纲。专家们正式确定新国际标准提案的名称为Unified
Reference Model for Smart
Manufacturing。中文译名为智能制造统一参考模型。该国际标准的目的是规定智能制造参考模型的框架,该框架为(制造领域内由设备、产品和服务等组成的)制造系统的各个方面提供一致的、兼容的、规格化的描述,用于面向不同应用(国家)建立特定的智能制造参考模型,帮助人们理解智能制造中涉及的概念实体,以及这些概念实体之间的重要关系,还可以用于制定其他标准规范。这项输出的主要内容将来自目前即将完成的技术报告,但进行了精简和提炼,将是JWG21工作组的最终工作使命。  TR-SMRM后续工作计划:本次会议结束后,工作组成员将在2020年1月中旬,将会议决议的修订内容整合在征求意见稿中,形成第5版草案,2020年2月16日至2月底,工作组将根据完整性检查的结果做最后的修订,并在3月1日,将TR-SMRM分发给各国国家委员会进行投票。  JWG21工作组第10次会议将于2020年4月15日至17日,在美国国家标准与技术研究院(NIST)所在地盖瑟斯堡(Gaithersburg)召开,届时将在会上讨论URMSM的第1稿国际标准草案。  技术报告中提出的智能制造参考模型之元模型,是智能制造的顶层设计工作中的一座里程碑,标志着统一参考模型的国际标准化工作迈出了关键的一步,接下来标准化工作组所面临的挑战是如何从元模型推导和生成统一参考模型,并使其能够替代各国(各组织)现有参考模型的作用。  在第四次工业革命初露端倪的时代,智能制造成为全球制造业高质量发展战略的主攻方向,而智能制造的国际标准化也成为世界各制造强国争夺国际话语权的战略制高点。智能制造参考模型的国际统一化,是各国区域性知识和技术在诸多要素(尤其是经济利益要素)的推动下所进行的普遍化和社会化的扩张性努力。  仪综所作为国家智能制造标准化总体组副组长单位、科技部中德智能制造科技创新合作联盟中方执行机构和国家智能制造基础技术标准创新基地筹建单位,长期跟踪和积极参与国际智能制造标准化顶层设计和国际标准研制,从而促进我国智能制造标准化领域的高水平开放和高质量发展。  
标签: 智能制造

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