针对高功率微波(HPM)源的引导磁场需求, 设计并研制了一套基于超级电容储能方式的秒级脉冲磁场系统。首先简要说明了基于超级电容储能方式磁场系统的基本原理和计算方法, 接着详细讨论了超级电容磁场电源设计和对应的螺线管磁场线圈设计, 最后通过模拟和实验验证了储能型磁场系统可以输出秒级磁场脉冲, 满足高功率微波磁场需求。结果显示, 超级电容脉冲磁场输出稳定, 磁场位形较好, 比较适宜于高功率微波源系统的外加磁场系统。最后分析了设计和仿真过程中的问题并展望了此类技术的应用前景。

针对三轴遥感卫星天线用户任务逐渐增多, 消耗的能源越来越多的现状, 简要介绍了天线控制系统的功能和组成。以功耗测试数据为依据, 分析了三轴遥感卫星天线的能耗情况, 从缩短天线闭环等待时间、第三轴下电抱闸等方面讨论了降低功耗策略和措施, 并提出一种智能化力矩偏置控制的设计, 通过智能力偏设置电路去除力矩偏置值, 有效控制和降低设备的能耗。

利用磁场在谐振线圈的共振耦合, 磁耦合谐振式无线传能技术可以提供中等距离和功率的传输。当收发回路耦合系数较高且处于过耦合状态时, 系统发生频率分裂现象, 激励源频率成为制约传输功率的重要因素。由于收发线圈之间的距离具有随机性的特点, 负载接收功率和额定功率难以恰好匹配。为了提高能量的传输功率及其稳定性, 经过系统建模和理论分析发现, 可以采用罗耶振荡电路对最大传输功率频点进行实时跟踪, 基于反馈链路的功率控制也是实现功率匹配的有效手段。实验结果表明, 采用罗耶振荡器和前端升压电路顺利完成无线传能系统的频率跟踪和功率控制, 实现在12 cm距离内5 W功率的稳定传输, 从而验证了能量传输过程中优化控制的有效性。

遥测数据误码直接影响飞行试验数据结果的分析和评估, 建立合适的误码率模型对遥测数据处理的质量起着关键作用。本文在Rice衰落模型以及信号强度测距模型基础上对飞行试验多站数据进行分析, 估计出接收端误码分布情况, 得到了误码分布模型。从统计结果看出, 遥测数据帧内误码分布为独立同分布, 与位置无关, 而帧间误码随飞行器与接收天线之间的距离减小而减少。多站数据误码分布的讨论为多站数据融合提供理论支持。

为了通过一组线性测量值重建原始信号, 并以低于奈奎斯特采样频率的速率采样, 开展本研究。对于线性调频信号, 分数阶傅里叶变换是在线性调频信号基上稀疏分解信号, 因此采用离散分数阶傅里叶变换的变换矩阵构造正交基字典矩阵, 通过调整调制参数(调制法)寻找最佳稀疏基, 可以较好地稀疏表示线性调频信号。同理, 采用调制法寻找正切形非线性调频信号的最佳稀疏基, 对其进行稀疏表示与重构的压缩感知研究。仿真结果表明: 该方法能够找到最佳稀疏基, 实现正切形非线性调频信号的稀疏表示与信号重构, 信号波形恢复效果较好。

为了克服时域提取脉率变异性(PRV)信号过程中噪声、采样频率等因素的影响,提出一种PRV估计的新方法—局部均值分解(LMD)法。首先对原始脉搏信号进行LMD分解及Hilbert变换, 得到脉搏信号各积函数(PF)分量、脉搏信号瞬时频率(PIF)以及边际谱, 按照PRV信号频率分布得到瞬时脉率(IPR)信号。分别利用LMD估计IPR信号的方法和时域提取PRV信号的方法对本研究采集的10名大学生脉搏信号同时进行处理, 经对比发现IPR信号可以准确地表征PRV信号。利用LMD法估计睡眠、视觉疲劳、运动等状态下脉搏信号中的PRV信号, 结果表明该方法可用于估计不同状态下脉搏信号中的PRV信号；对MIT-BIH数据库中的年轻人和老年人的PRV信号进行短时脉率变异符号序列熵分析, 结果表明该方法可以敏感地检测出年龄的变化。本文工作为临床PRV信号的有效检测和处理提供了一种有效的方法。

针对传统支持向量机(SVM)在解决多类分类问题时需要训练多个分类器、存在不可分区域等问题, 研究了基于支持向量回归机的多类分类算法。利用回归思想求解多类分类问题, 将分类样本作为回归输入, 样本的类别标识作为回归输出, 通过支持向量回归机训练拟合出各样本与其类别标识之间的函数关系。将待分类样本代入回归函数, 对其输出取整后即可得到样本类别。该算法仅使用1个分类器, 明显简化了分类过程。另外, 引入复合核函数来提高支持向量回归机的性能。采用加州大学欧文分校(UCI)例题库中的多类分类问题进行仿真验证, 并将改进算法与传统算法作对比, 结果表明改进算法在分类速度和准确率上都有显著提高。

提出了一种基于嵌入式与图像处理技术的多轴控制与测量系统解决方案。首先设计了嵌入式视频处理硬件平台。在此基础上, 完成了基于Linux系统的视频采集、传输应用软件的开发及基于微软基础类(MFC)的视频处理与通信软件的开发, 实现了嵌入式平台、手持平台、伺服驱动器、经纬仪间的数据交互与协同控制。通过对某测量系统的改造, 实现了简化测量操作、提高测量精确度的目标。

该计算机监控系统为大型、综合类天文应用控制系统研制, 整个项目为科学院系统某深空探测工程, 整个监控系统由几十台计算机组成, 监控系统分4级控制, 其中站级2级, 控制中心2级。讨论了该大型监控系统的设计方法, 使用统一界面、统一服务的策略设计整个监控系统, 使用后台服务技术提供每级监控程序网络读的策略、统一发送函数网络写技术、INI文件存贮配置参数技术, 使用内存对齐完成协议级解码技术, 使用一机多屏显示技术展现多屏界面显示效果等。其结果可将所有各级监控程序设计为一个统一体, 在不同级别、不同地域只执行这个统一系统软件即可, 程序根据配置文件选择各自的业务需求。这样程序员开发工作量大减, 联试与正式任务执行既快捷又形式统一。

随着市场竞争环境的日益激烈, 服务计算和业务流程迅速发展, 企业不仅要实施工作流的整合、建模、测试, 还需要加强企业资源规划。企业为了提升自身的管理水平和综合竞争力, 已经把目光投入到信息化管理, 将企业资源规划(ERP)作为典型的信息化集成解决方案。根据ERP自身特点, 分析出各种工作流建模方法的特点, 总结了目前工作流的不足之处, 设计出一种事件驱动的过程链工作流工作模型。通过事件驱动器、过程链及时响应和反馈机制, 对工作流管理系统进行改进, 能够很好满足ERP系统业务流程需求。实践证明, 采取事件驱动的过程链工作流机制, 明显提高了系统的可扩展性、柔韧性和处理复杂业务流程的能力。

采用电流模、电压模双环控制结构, 结合峰值电流采样等关键技术, 实现了一款功率集成的单片DC/DC变换器。设计的峰值电流采样、斜率补偿大大提高了系统的稳定性, 提高了系统的快速瞬态响应能力；针对高压低压差线性稳压器(LDO)、电流采样等高压模块电路, 通过采样齐纳二极管、高压NJFET代替高压厚栅MOSFET等的设计方法, 从总体上降低高压器件的数量, 在基于30 V BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺上, 结合特殊器件的版图设计方法, 制作出一款输入电压5.5~17 V, 电压调整率小于10 mV, 电流调整率小于25 mV, 输出电流大于5 A, 系统静态电流小于25 mA, 最高工作效率为93%的高效单片DC/DC, 其抗总剂量能力大于100 krad(Si)。

随着现场可编程门阵列(FPGA)器件尺寸不断增大, 计算机辅助设计(CAD)工具运行时间成为突出的问题。布线是FPGA的CAD流程中最为耗时的一个阶段, 一种能有效缩短布线时间的方法就是并行布线。本文提出一种减少FPGA时序驱动布线算法运行时间的多线程方法。该算法首先将信号按照线网的扇出数量进行排序, 再将排序后的线网均匀分配到各个线程中, 最后并发执行所有的线程。在布线质量没有受到显著影响的前提下, 即线长增加2.58%, 关键路径延时增加1.78%的情况下, 相对于传统通用布局布线工具(VPR)时序驱动布线算法8线程下的加速比为2.46。

利用矩阵将数字信号处理算法采用并行化方式表示, 然后利用矩阵张量积的思想, 推导出以张量积表示的两级迭代并行滤波算法。在此基础上进一步分解得到多级迭代的并行滤波算法, 并且采用多相分解的方式进一步提高系统应用中的并行化率。利用上述算法对码率为5 Gbps的16QAM信号进行32路并行化处理的MATLAB乘加级仿真, 仿真结果与串行算法得到的数据等效, 最终得到与理想误码率对比的系统误码率, 仿真结果与理论误码率误差小于0.05 dB。

基于同轴波导径向合成器提出了一款可用于太赫兹频段的任意路数功率合成器。该功率合成器采用二阶阶梯变换结构, 实现电场方向从同轴轴向到径向的扩散传播, 并通过径向外围均匀分布的Y型功分结构实现任意路数功分。以D波段五路功率合成器为例, 采用背靠背测试, 在130 GHz到150 GHz频带内, 背靠背插入损耗优于2 dB, 带内回波损耗优于15 dB。由于是背靠背测试, 因此该功率合成器单边损耗约为0.72 dB, 折合合成效率为84.7%。

研究了渐变型空芯波导(GTHW)在太赫兹波段的传输特性。基于几何光学方法, 仿真分析了波导的输出光束质量和传输损耗特性。相比均匀型空芯波导, 当光从渐变型空芯波导的大端传输至小端或沿相反方向传输时, 渐变型波导具有特殊性能。当光从波导大端传输至小端, 渐变型和均匀型波导具有相似的弯曲附加损耗, 并且渐变型波导具有更高的耦合效率, 便于与多种光源耦合；当光从波导小端传输至大端, 渐变型波导的传输损耗和输出光束发散角更小。仿真了波导弯曲率、光源发散角和波导锥度等参数对传输损耗的影响。采用波长532 nm的半导体激光器作为光源, 进行了验证实验。测量数据与仿真结果有很好的一致性。

隐身目标由于其雷达目标反射截面太小, 仅靠主动探测手段, 其有效性受到限制, 主被动联合探测是一个有效尝试。本文就被动探测方向的特征问题进行论证分析, 采用“am”大气模型, 就地基、空基隐身飞机目标的辐射探测任务要求进行THz无源遥感建模和仿真, 并结合遥感系统进行综合指标论证, 给出实现其任务目标的基本要求(包括频点、天线口面以及平台要求)。

太赫兹频段下目标散射特性计算需考虑目标表面的粗糙特性和目标材料参数。在对粗糙目标几何建模时, 通常的精细面元剖分建模方法使得散射计算问题难以求解。提出确定性建模与统计性建模相结合的粗糙目标几何建模方法, 并且基于全波法提出了一种太赫兹频段可计算任意材料、任意粗糙凸体目标散射场的计算方法。通过与通用电磁计算软件计算结果的比较验证了该方法的准确性。

采用自主设计的光纤飞秒激光器、高速光学延时扫描机构、太赫兹发射和探测模块, 成功研制国内首台便携式实时太赫兹光谱仪工业产品(型号: mini-T)。光谱宽度覆盖0.1~7 THz, 频谱分辨力9 GHz, 波形采样速率达到500 Hz, 动态范围优于70 dB, 支持透射式、反射式和衰减全反射3种测量模式。采用高度集成的一体化设计方案, 整机尺寸仅300 mm×200 mm×120 mm, 质量仅7 kg, 支持内置锂电池工作(连续工作时间约2.5 h)。本产品能够在10~40℃环境温度范围内正常工作, 并且具有良好的振动稳定性, 可满足工业现场测量条件对太赫兹光谱仪实时性、便携式、环境适应性和可靠性的苛刻要求。

近年来, 量子通信成为一个比较活跃的研究领域。由于理论上的无条件安全性以及实际应用中的可行性, 量子密钥分配是量子通信中非常重要的组成部分。而集体噪声信道下的量子密钥分配协议一直被广泛研究。本文提出一种改进的集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议, 以及一种可行的密钥协商方案。本协议的量子比特效率达到28.57%, 是所有针对集体噪声容错的量子密钥分配协议中最好的, 由此提高了量子密钥分配时的效率。

由于宽带网络接入的进一步普及, 由宽带接入点构建的网络变得十分复杂。如何定义并分析宽带接入点的行为特征成为亟待解决的问题。本文研究了基于用户网络账户登录记录的宽带接入点特征, 将宽带接入点下的账号记录作为数据集, 定义并计算有效的特征, 引入机器学习的方法, 以得到宽带接入点的类型分类。通过对结果的校验, 表明: 本文提出的方法可以准确且高效地实现对于宽带接入点的家庭类型与非家庭类型的识别, 得到其行为特征。

信道估计是大规模多输入多输出(MIMO)系统的关键技术之一。本文针对频分双工(FDD)大规模MIMO正交频分复用(OFDM)系统, 研究了下行信道估计问题。通过利用大规模MIMO-OFDM信道在角度-频域中的块稀疏特性, 提出了基于块匹配追踪的低复杂度估计算法。另外, 针对采用时域正交导频存在估计周期过长, 有可能超过系统相干时间的问题, 提出了天线分组发送方案, 通过牺牲观测数据长度来换取信道估计周期的减少。仿真结果表明, 所提算法具有良好的抗噪性能, 可以准确找出稀疏向量的非零值位置, 并可自适应确定稀疏度。

Hassanieh等设计了一种基于稀疏傅里叶变换的实时宽带频谱感知和解译技术BigBand, 该技术利用3台通用低速采集卡, 实现最多2个混叠稀疏信号的解译。本文基于BigBand给出一种利用多通道低速采集卡宽带频谱感知设计方案, 实现用低速采样解决宽频范围内多稀疏信号的快速感知解译。同时给出了一种该方案的实验验证方法。实验结果表明, 四通道BigBand能支持同一频点最多3个信号混叠的恢复。

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达收发角联合估计问题, 利用信号的循环平稳特性, 构造宽带循环平稳信号下接收数据的循环自相关矩阵。对矩阵进行特征值分解, 利用MUSIC, ESPRIT等空间谱估计算法估计出信号的收发角。宽带信号能够携带更多的信息量, 利于不断增加的实际需求, 而信号的循环平稳特性能够很好地抗干扰以及消除高斯噪声带来的影响。实验仿真结果表明, 算法在宽带循环平稳信号下具有良好的角度估计性能。

为解决传统多调制指数连续相位调制(Multi-h CPM)实现复杂度高和调制指数同步困难的问题, 提出一种软扩频Multi-h CPM信号设计方法。利用单调制指数软扩频获得Multi-h CPM类似的相位轨迹和性能增益, 伪码捕获的同时实现调制指数同步；推导了软扩频Multi-h CPM欧氏距离表达式, 搜索获得了h=5/7时的最小欧氏距离, 与直接序列扩频单调制指数CPM(DSSS Single-h CPM)信号相比, 至少可获得0.5 dB的欧氏距离增益。基于极大似然序列检测(MLSD)的同步解扩解调算法, 仿真了h=5/7的软扩频Multi-h CPM误码性能, 与DSSS Single-h CPM信号相比, 在BER=10–5时, 可获得1.5 dB性能增益, 且性能优于美军WGS系统和ARTM Tier II系统采用的Multi-h CPM信号。

针对异构传感器节点在网络初期部署中产生大量覆盖面积冗余的问题, 结合相关几何图形知识, 以提高网络覆盖率、改善节点分布均匀度为优化目标, 提出一种基于节点定向移动来减少节点两两之间覆盖冗余面积的网络覆盖优化算法。算法预先设立判定门限, 通过判定两两节点之间覆盖冗余面积与设定门限的大小关系, 对节点实施有向性偏移, 逐一减少节点之间的覆盖冗余面积。理论分析与实验仿真证明, 该算法能够有效提高异构传感器网络部署中的覆盖率, 优化节点分布均匀度将近8.7, 尤其在大型传感器网络的节点部署中具有极强实用性。

与全极化相比, 简缩极化合成孔径雷达(SAR)因其更宽的幅宽, 在海洋监视方面具有先天的优势。针对星载简缩极化SAR图像海上舰船目标检测, 在全极化及简缩极化SAR特征参数提取方法研究基础上, 基于实测Radarsat-2全极化数据模拟的混合极化(CTLR)模式简缩极化SAR图像数据, 通过归一化距离对所提取极化特征参数的舰船目标和海杂波背景区分能力进行了系统分析与比较, 在此基础上进一步对全极化及简缩极化的极化特征参数相似性进行了定量分析与评估, 得到简缩极化和全极化的舰船目标检测分析结果。结果表明, 简缩极化SAR的检测性能总体上接近于全极化。

针对常规恒虚警率(CFAR)方法对低信杂比合成孔径雷达(SAR)图像舰船目标检测效果不佳的问题, 提出一种结合空间信息的星载SAR图像舰船目标检测方法。该方法通过将像素的空间信息与灰度信息相结合构造联合图像, 以提高目标与背景的对比度, 然后对联合图像进行CFAR检测。基于不同分辨力实测星载SAR图像舰船目标检测的实验结果表明, 与直接基于CFAR的方法相比, 该方法对低信杂比SAR图像具有更好的检测性能。

介绍了一阶空频自适应处理(SFAP)算法的实现方式, 指出SFAP中截断FFT操作会造成频谱泄露, 分析了频谱泄露对SFAP算法抗干扰性能的影响。本文中采用加窗处理抑制频谱泄露, 并提出将全相位FFT(apFFT)应用到SFAP算法, 对加窗处理后的SFAP抗干扰性能进行了仿真研究。仿真结果表明, 截断FFT会造成频谱泄露, 加入不同的窗函数能够有效抑制截断FFT造成的频谱泄露, 从而不同程度地提升输出信干比(SIR)。相比传统的窗函数, 全相位窗能够更好地抑制频谱泄露, 更大程度地提升SFAP处理后的SIR。

针对快速定点(FastICA)盲分离窄带干扰抑制算法对野点敏感和容易陷入鞍点或局部极值点的问题, 提出了一种基于独立成分分析(RobustICA)的盲分离窄带干扰抑制算法。该算法采用精确线性搜索与代价函数峭度相结合, 对峭度进行全局最优搜索, 增强了对野点和局部点的鲁棒性。仿真结果表明, 该算法抗强音频窄带干扰性能更优, 在信噪比为-14 dB~-11 dB时将分离矩阵成功收敛的概率提高了1个数量级, 增强了盲分离窄带干扰抑制算法的可用度。

提出了一种基于基片集成波导技术的双极化多波束天线设计方法, 利用Butler矩阵作为波束成型网络, 通过激励成对的正交缝隙辐射单元组, 实现双极化多波束辐射特性。通过配置正交辐射单元组之间的相位关系为同相或反相, 可以分别实现极化共波束和极化独立波束的多波束辐射特性, 从而适应不同无线通信场景需求, 利用空间波束分集或极化分集方式提升无线通信容量。最终, 在X波段给出了一种基于基片集成波导技术的双极化独立波束的多波束天线设计实例, 仿真结果表明该天线阻抗带宽为9.64~10.25 GHz, 对4个输入端口分别激励时可实现双极化四波束辐射, 波束增益为14 dBi, 验证了所提出的设计思想和方法。

提出了一种基于电容加载λ/4梳状线谐振器和电容加载非对称λ/2准梳状线谐振器的三阶耦合滤波器拓扑结构。利用奇偶模方法, 给出并分析了整个滤波器结构的等效电路, 由导纳矩阵可以得出传输零点的位置。实际制作了一个中心频率为1.83 GHz的三阶微带带通滤波器, 相对带宽为9%, 带内中心插损仅为1.45 dB, 回波损耗优于14 dB。传输响应在通带两侧分别存在一个传输零点, 有利于提高滤波器的选择性。实验结果表明, 测试结果与仿真结果基本一致。