针对国际上太赫兹器件技术进展予以概括和分析，提炼出共振隧穿二极管、单向载流子传输光电二极管2 种可行的小型化器件方案。在材料生长和器件结构方面分析了太赫兹波的产生原理和难点，在系统应用方面解释了短距离高速通信的实用案例。目前，采用共振隧穿二极管已实现2.5 Gbps 速率的300 GHz 无线通信演示实验，采用单向载流子传输光电二极管在该频点下实现了12.5 Gbps 的无线通信实验。

制作了基于锥形波导结构的高输出功率的太赫兹(THz)量子级联激光器。激光器采用单面金属波导结构，并采用锥形波导形状提高光输出功率，且保证了良好的光斑远场发散角。激光器水平方向远场光斑发散角为18.4°，器件输出中心波长为93 μm(3.23 THz)，器件最高输出功率达到了185 mW，最高工作温度为95 K。80 K 时，器件的最高脉冲输出功率能达到65 mW。基于如此高的输出功率，制作了液氮杜瓦封装的小型便携式太赫兹激光源。

采用谐波工作的回旋管互作用磁场比基波磁场降低了1/s，可降低整管磁场设计难度，具有较大的应用前景。通过对W 波段二次谐波回旋行波管高频介质加载结构、模式竞争和注波互作用研究，确定了该放大器的工作参数。非线性模拟表明，当应用100 kV，20 A，α=1.2 的电子注时，该回旋管可在91 GHz 频率处产生465 kW 的输出功率和49 dB 的增益结果。并且，基于耦合波理论，讨论了一个轴对称半径微扰的TE02~TE01 输出模式变换器，效率在95%以上时，其带宽达到4 GHz。

天线与太赫兹检测器的匹配网络是集成天线与太赫兹检测器的核心。针对低阻抗太赫兹检测器，在650 GHz 设计了输入阻抗为7 Ω的平面U 型天线和接有λg/4 匹配器的蝶形天线，以及输入阻抗为50 Ω的平面对数天线和平面对数正弦天线。检测器的直流偏置电路会使天线上的高频能量通过该偏置回路漏出，故在偏置线上应用带隙结构形成低通滤波器。仿真了该滤波器的相关参数及接入位置，使得高频下天线不受超导检测器偏置回路的影响。

为解决现有无线网络的网络层无法匹配太赫兹超高速物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)的问题，提出了一种新的太赫兹超高速无线网络层算法(PCNT)。PCNT 算法通过跨层信息交互，实现了数据的聚合，加快了端到端数据的传输，从而获得更高的网络端到端吞吐量。通过仿真结果表明，采用新算法可以实现约12.6 Gbps 的端到端吞吐量，而未采用新算法时仅为5.7 Gbps；同时，在端到端平均时延以及丢包率的性能上也有较大提升。PCNT 新算法的提出为将来太赫兹超高速无线网络的网络层协议算法的进一步研究提供了有力的支持。

为了降低硬件设计的难度，采用有限新息率(FRI)理论，通过选择合适的采样核函数，对太赫兹脉冲信号以高于信号的新息率的速率进行采样，进而利用子空间算法对它的自由参量进行估计，重建出原始信号。一般信号的新息率远远低于信号的带宽，这样就大大降低了采样速率。通过延时估计误差，验证FRI 采样理论对太赫兹脉冲信号采样的正确性以及子空间算法对信号重建的有效性。

A Vector Network Analyzer(VNA) can be used to identify oscillation frequency of a signal source with moderate or low Radio Frequency(RF) power if certain care is taken according to experimental results. Unlike reported in the literature that a resonant peak of measured absolute value of reflection coefficient greater than 1 that corresponds to an oscillation frequency, we report that by observing the magnitude change of one-port reflection coefficient across the entire swept frequency range, a sudden peak or a dip corresponds to an oscillation frequency, this is more accurate than other reports. In addition, using modern VNA as a signal detection method can significantly reduce measurement time and increase measurement accuracy to VNA capability for developing emerging signal generating devices at early stage, especially for planar, large quantity and operating in a wide frequency range.

The length of the transit region of a Gunn diode determines the natural frequency at which it operates in fundamental mode－the shorter the device, the higher the frequency of operation. The long-held view on Gunn diode design is that for a functioning device the minimum length of the transit region is about 1.5 μm, limiting the devices to fundamental mode operation at frequencies of roughly 60 GHz. The authors posit that this theoretical restriction is a consequence of limits of the hydrodynamic models by which it was determined. Study of these devices by more advanced Monte Carlo techniques, which simulate the ballistic transport and electron-phonon interactions that govern device behaviour, offers a new lower bound of 0.5 μm, which is already being approached by the experimental evidence shown in planar and vertical devices exhibiting Gunn operation at 0.6 μm and 0.7 μm. It is shown that the limits for Gunn domain operation are determined by the device length required for the transferred electron effect to occur(approximately 0.15 μm, which as demonstrated is largely field independent) and the fundamental size of the domain(approximately 0.3 μm). At this new length, operation in fundamental mode at much higher frequencies becomes possible－the Monte Carlo model used predicts power output at frequencies over 300 GHz.

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料，获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像，从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明，太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限，主要是因为碳纤维具有导电特性，导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节，太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。

太赫兹频段下粗糙导体表面会对电磁散射回波的幅度、相位、极化状态产生影响，为分析这一影响，以导体圆锥为例，研究了不同粗糙参数表面电磁散射在雷达图像中的表现规律。基于谱方法和坐标变换对粗糙圆锥面进行建模，利用高频电磁计算方法获得不同粗糙度导体圆锥样本多角度、多频点、全极化的单站散射场，基于转台模型，利用二重积分法获得目标二维像。从仿真结果可以看出，粗糙与理想光滑导体的圆锥图像存在明显差异，粗糙圆锥图像中能量分布偏离理想光滑情况下的强散射区域；随着粗糙度的增加，图像能量分布愈加均匀；相比于同极化图像，交叉极化图像更具反映目标轮廓信息的潜力。

为提高复杂环境下线性调频连续波(LFMCW)雷达的目标检测性能，分析了多路径对目标检测的影响，针对时间反转(TR)技术的优点，提出了基于时间反转技术的检测模型，并探讨了该模型的可行性，最后通过仿真比较了不同检测算法的检测性能。仿真结果表明，基于时间反转技术的检测模型相比于传统目标检测算法具有更好的检测性能。

空中交通警戒与防撞系统(TCAS)是航空电子综合环境监视系统的一个重要组成部分，它能有效降低空中飞行器间的碰撞威胁，对于提高飞行安全有着非常重要的意义。TCAS 是一种不依赖地面设备的空中交通防撞系统。它能够探测在其领域内装有空中交通管制应答机的飞机，向驾驶员报告潜在的相撞目标。目标跟踪是TCAS 的一个重要模块，能提供目标的飞行状态信息，并对目标的未来飞行状态进行预测。对空中目标进行稳定、高精确度的跟踪是目标跟踪模块的重要任务。本文介绍了基于扩展卡尔曼和交互式多模型(IMM-EKF)的目标跟踪算法，实现对目标的精确跟踪。通过仿真验证，证明算法能实现精确的目标跟踪，对防止空中相撞起到了积极作用。

针对粒子滤波算法中的权值退化问题，提出了一种遗传算法辅助下的粒子滤波算法。利用遗传算法在选择继承性上的优势，将遗传算法中的选择、交叉和变异操作引入到粒子滤波算法中。在此基础上，将改进的粒子滤波算法与建立的全球定位系统(GPS)非线性动态状态空间模型结合应用于GPS 定位数据处理问题，通过采集实测GPS 数据将改进粒子滤波算法与基本粒子滤波算法做了比较。结果表明，遗传算法辅助下的粒子滤波可以增加有效粒子数目，有效解决粒子退化问题，可提高GPS 定位数据处理精确度。

从**应用及民用领域对合成孔径雷达(SAR)的新需求出发，分析了传统的SAR 应对新需求所面临的技术困境；介绍了新体制多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)系统的技术优势和可能应用，以及在实际应用中可能面临的技术瓶颈。最后，重点介绍了同频码分MIMO-SAR 技术瓶颈的主要解决方法。

压缩感知近年来在目标跟踪领域得到了广泛应用，它对海量特征压缩降维，在贝叶斯分类器模型下能取得很好的分类效果，处理速度快，具有实时性。但尺寸固定不变的跟踪窗口不能有效跟踪存在明显尺度变化的目标。本文采用多尺度和级联分类器机制，选取最佳尺度下的窗口作为最终目标。实验结果表明，本算法不仅在目标形态变化、光线变化、多目标干扰、运动模糊等复杂场景下有较好跟踪效果，在目标尺度变化时也有较强鲁棒性。

设计了一种适用于全数字遥测接收机的位同步算法，该算法采用固定的采样速率，结合Farrow 多项式内插算法与Gardner 定时误差检测算法的优点，具有较宽的码速率适用范围，较低的信噪比适用环境。在分析Farrow 多项式内插原理的基础上，采用一种简化的分段抛物线内插方法，此方法减少了原有内插方法的运算量。仿真结果表明，在单个码元采样点很少的情况下，其误比特率(BER)性能依然接近于理想BER 性能，优于Gardner 算法，能够有效地完成低信噪比条件下的位同步，因此有着良好的应用前景。

针对认知多输入多输出(MIMO)系统中的干扰信道学习问题进行研究，提出了一种基于有限反馈的干扰信道学习算法。算法用干扰信道的零空间代替整个信道矩阵作为反馈量，在推导最优零空间码字选择准则的基础上，分析干扰信道零空间量化结果的时间相关性，并在前一帧量化结果上加一个基于旋转码本的扰动构建当前帧零空间码本。为防止量化误差的传播，进一步推导了旋转量参数的更新。理论分析和仿真结果表明，所提算法在慢变MIMO 干扰信道下对零空间的跟踪效果比Grassmannian 子空间包码本好。

现代雷达需要有较好的低截获特性，同时在大量低雷达有效截面(RCS)目标出现后，为了增强雷达对这些目标的探测能力，通过降低信号处理的检测门限，然后采用数据处理的方法，沿目标的运动路径将回波幅度进行非相参积累，提高目标探测能力。机载雷达由于载机载重量、体积以及功耗的限制原因，采用复杂的数据处理技术提高探测距离尤为重要，进而也需要系统具备更高的数据运算能力。本文采用检测前跟踪技术(TBD)提高目标探测距离，并采用适当的并行处理体系来实现系统的高性能运算，对某机载雷达的实际飞行试验数据进行处理，结果表明该方法明显提高了系统探测性能。

介绍了一种大功率激光二极管阵列驱动电源的设计方法。对电源的组成、工作原理和电流上升前沿影响因素进行了详细分析, 对输出线结构和反馈电路进行优化，有效地解决了大电流、长距离传输条件下电流脉冲前沿缓慢的问题。测试结果验证了设计思路的可行性，驱动电源实现了0~300 A 连续可调、稳定度优于0.3%的输出，在300 A,40 m 输出时脉冲前沿24.7 μs，为同类型的大功率激光二极管阵列驱动电源的工程化应用奠定了基础。

注入锁频是磁控管相干功率合成的基础，本文开展了15 kW 磁控管的注入锁频实验，研究了注入微波功率与可牵引带宽之间的关系。实现了15 kW 磁控管注入锁频，分析了不同注入功率下磁控管可牵引带宽。实验结果表明，磁控管注入锁频牵引带宽随注入功率增大而增加，在165 W 注入功率下牵引带宽达到5 MHz。该15 kW 磁控管可用于大功率微波相干功率合成，为多支大功率磁控管进行功率合成研究奠定了基础。

设计了中物院太赫兹科研装置超导加速器低电平控制系统的射频前端部分，采用了信号源8663A 与直接信号发生器板卡AD9858 结合的方案，产生射频前端所需的30.72 MHz 中频信号和1330.72 MHz 本振信号。采用AD9510 时钟板产生ADC 和DAC 采样所需的频率122.88 MHz和245.76 MHz，采样信号时间抖动仅为4 ps，由此引起的幅值采样误差和相位采样误差分别为±0.04%和±0.025%，符合设计要求。

运算放大器是信号处理中的基础模块，是高性能混合信号数据转换器、片上系统(SoC)等的重要组成部分。低功耗和高性能的基础电路模块成为系统发展的瓶颈，因此对增益和带宽增强型运算放大器的研究成为业界关注的焦点。为了研究运算放大器增益和带宽优化设计技术，实现低功耗高性能的解决方案，对电流重用技术的产生背景和技术演进作了较为详细的分析，体现了在技术进步过程中对结构的优化和改进，对高性能系统集成设计具有重要的参考意义。

基于自适应控制技术，在宽带捷变频频率合成器的设计方案中同时引入自动调节滤波电路和带温度预校准功能的自动电平控制电路，有效降低了输出信号杂散，提高了输出信号的功率平坦度, 相比传统的利用分段滤波方式实现的宽带频率源，减小了模块体积。文中不仅详细介绍了这2 个电路的实现过程，还从易于工程实现的角度出发，着重介绍了一些能有效降低调试工作量的方法。设计所得的频率合成器输出频率1 000 MHz~1 900 MHz，步进2 MHz，在–45 ℃~+85 ℃的温度范围内，实现了杂散抑制优于–70 dBc，输出功率10 dBm±0.3 dBm 的技术指标。

介绍了光学相控阵光束偏转技术的基本原理，根据夫琅和费衍射与傅里叶变换理论建立了光学相控阵模型，针对光学相控阵参数对偏转效率的影响进行了仿真分析。仿真结果表明，相控阵单元数量对偏转效率的影响很小，而增大相控阵填充率，减小相控阵单元总体尺寸，减小偏转角度，则可以有效地提高光学相控阵的偏转效率。

演化硬件作为新的硬件载体，具有自组织、自适应、自修复的能力。本文设计了一种由查找表(LUT)和D 触发器构成的基本演化硬件单元，能够满足组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计要求。同时设计了兼容组合逻辑电路和时序逻辑电路的适应度评估函数。利用该模型对基于遗传算法的演化硬件和基于猴王遗传算法的演化硬件参数进行了优化设计。分析表明遗传算法的变异概率 Pv 取值应在 0~0.01 之间，交叉概率对算法的性能影响可以忽略；猴王遗传算法的保留概率 R取值应在 0~0.85 之间，变异概率 Pv 应在 0~0.01 之间。对比分析了遗传算法和猴王遗传算法的性能：基于猴王遗传算法演化硬件的运算量只有基于遗传算法演化硬件的1/4，且能得到更接近目标电路的电路结构。

针对传统粒子群算法容易陷入早熟陷阱而导致无线传感网络(WSN)的覆盖优化效果欠佳的现象，提出一种引入种子杂交策略的粒子群优化(PSO)改进算法。通过将前期的PSO 算法寻优与后期的种子杂交策略相结合，从而完成覆盖性能的优化。综合理论分析与实验仿真可知，相比于其他算法，本文算法改善了覆盖率与RD 指标，在改善网络覆盖性能方面具有一定优势。

多聚焦岩屑图像具有点阵多，分辨率高等特点。使用基于尺度不变特征变换(SIFT) 算法或者加速鲁棒性特征(SURF) 算法在图像的自动配准上虽具有较好的配准效果，但时间效率远未达到实时性要求。本文将一种快速的图像匹配算法—定向二进制简单描述符(ORB)算法应用于多聚焦岩屑图像的自动配准。仿真实验结果表明，该方法在保证配准的精确度同时，在速度上具有较大的提升。

研究和设计云计算环境下一种优化的基于QoS 约束的调配算法，并验证其正确性。在QoS 需求下采用具有服务等级协议(SLA)参数的约束条件，对任务划分优先级，形成优先级队列。SLA 服务参数采用二进制权值的方法进行标记，避免了作业分级重叠的情况。在对该任务分配计算资源时，采用资源等级队列的方法，分配合理的工作节点。通过对几种算法的比较实验，验证优化算法运转的鲁棒性和正确性。

Abstract：This paper describes the design, characterization and fabrication of a planar In0.53Ga0.47Asbased planar Gunn diode on an InP semi-insulating substrate. The planar Gunn diode was designed inCoplanar Waveguide(CPW) format with an active channel length and width of 4 μm and 120 μmrespectively, and modeled using the Advanced Design System(ADS-2009) simulation package. The initialexperimental measurements have given a fundamental oscillation frequency of 63.5 GHz with a RF outputpower of -6.6 dBm, which is the highest recorded power for an InP based planar Gunn diode.

作为一种新型光电材料，石墨烯独特的能带结构和电子输运特性，使其与太赫兹科学有着密切的内在关系：石墨烯内部的等离子体振荡频率在太赫兹频段；人为调谐石墨烯的禁带宽度在0~0.3 eV 时，正好覆盖太赫兹频段；光电导率的外部可控性等，这些特点使得石墨烯有望成为太赫兹频段新一代高性能设备研制的基础。最近的研究显示，石墨烯在太赫兹波产生、调控、检测等光电功能器件的研制中取得了很好的成果。重点介绍了基于石墨烯的太赫兹光电功能器件，包括太赫兹源器件、可控调控器件及检测器研究的最新进展，并对这一快速发展的研究领域进行了展望。

直接数字频率合成(DDS)广泛应用于电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的关键技术。基于Altera 的现场可编程门阵列(FPGA)核心板DE0-Nano，结合高性能的THS5615A 数模转换芯片，完成了DDS 的硬件设计与实现。实测结果表明，对于频率范围在0.1 Hz~7.3 MHz 的正弦信号，输出信号的频率精确度优于0.5%，移相范围0°~360°，移相误差约为0.5°，且相位以1°任意步进，具有电路简单，输出波形调整灵活以及性价比高等特点。