电磁量能器脉冲信号的幅度与时间特征实时提取算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11505074
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2806.在线与离线数据处理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In present electromagnetic calorimeters, ADC samples are transmitted from front-end electronics to the computing nodes. The computing nodes calculate the amplitude and arrival time of the pulse through fitting methods. To meet the requirements of increased number of the event rate and number of channels, the designers need to increase the bandwidth of the high-speed data links and the scale of the computing clusters. This project will study amplitude and timing feature extraction algorithms in real time based on Field Programming Gate Array (FPGA), and the real-time performance and resource utilization rate. In the FPGA, the filters such as Moving Average filter will be used to calibrate the baseline shift caused by perturbation; functions such as Weight Integrators will be used to calculate signal peak-amplitude precisely; methods such as multi-points Linear Interpolation and Constant-Fraction Discrimination will be used to measure the arrival time of the pulse precisely; processing methods such as Moving Window Deconvolution will be used to process the pile-up events. These algorithms move the feature extraction work from the computing nodes to the front-end electronics, only the pulse amplitude and timing information need be transferred from the front-end electronics to the computing nodes. In this way, the system real-time performance will be improved greatly, and the data will be compressed significantly. Therefore, this method can greatly ease the the highly dependancy on the high-speed data link of the system.
在现有电磁量能器中,大量ADC采样数据需要从前端电子学传输到计算机节点,然后再通过拟合算法提取信号的幅度与时间信息。当探测器的事件率和通道数目提高后,人们必须相应地提高数据链路的带宽和计算机集群的规模。本项目将研究基于可编程逻辑器件(FPGA)的实时幅度时间特征提取算法以及该算法在FPGA中实现后的时效性和资源利用率。该算法将在FPGA内利用滑动平均等滤波器对因微扰引起的基线偏移进行矫正;利用权重积分等函数精确计算信号的峰值幅度;利用多点线性内插法和恒比甄别等方法精确测量信号的到达时间;利用多级滑动窗口反卷积运算处理堆积脉冲。该算法将信号的特征提取工作从计算机节点转移到前端电子学中进行,将显著提高系统实时性,大幅度压缩数据量,减轻系统发展对高速数据链路和大规模计算机集群的高度依赖。

结项摘要

本项目的目标是研究脉冲信号特征提取算法。首先,研制了包括高精度高采样率ADC卡和kintex-7 FPGA控制板的实验室数据获取系统HPDAQ,用于开展不同脉冲信号特征提取算法的性能比较研究。其次,深入研究了传统的最小二乘曲线拟合算法在脉冲信号特征提取问题上的应用,构建了曲线拟合算法的一阶近似方程,定量分析了长期漂移、短期漂移和随机噪声,并进行了仿真研究。最后,通过曲线拟合与神经网络的对比研究,论证了该问题的深度学习算法潜力,提出了一种基于深度学习的时间信息提取算法,研究了针对该问题的神经网络结构。仿真结果表明,在非理想情况下,专用神经网络结构可以有效地抑制噪声,提高时间分辨率。最后用ALICE实验中电磁量能器前端电子学板和HPDAQ系统进行实验,在实验条件下,该神经网络的性能比曲线拟合好20%以上。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Readout Electronics System of the CASCA Front-End Chip for the TPC Based X-Ray Polarimeter
基于 TPC 的 X 射线旋光计 CASCA 前端芯片的读出电子系统
  • DOI:
    10.22323/1.313.0104
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Proceedings of Topical Workshop on Electronics for Particle Physics — PoS(TWEPP-17)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu HengShuang;Du Wen;Wang Dong;Chen JunLin
  • 通讯作者:
    Chen JunLin
Three-dimensional convolutional neural networks for neutrinoless double-beta decay signal/background discrimination in high-pressure gaseous Time Projection Chamber
高压气体时间投影室中无中微子双β衰变信号/背景辨别的三维卷积神经网络
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/13/08/p08015
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF INSTRUMENTATION
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Ai, P.;Wang, D.;Sun, X.
  • 通讯作者:
    Sun, X.

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  • 通讯作者:
    许长春

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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