在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。

针对飞行器数据链中高码速率要求, 需要使用数字技术实现传统模拟调制, 以得到更好的调制性能, 增加系统作用距离。本文介绍了二进制连续相位频移键控(2CPFSK)调制原理, 提出了基于软件无线电架构的 2CPFSK正交调制算法。该算法利用 2CPFSK相位累加特性实现了基带数据的分数倍内插, 从而适应宽范围码速率的调制。设计了提高频谱纯度的数字滤波器、基于 FPGA+DAC架构的数字调制器硬件平台并实现算法。通过与传统模拟频率调制(FM)比较, 该设计提升了 1.7 dB调制性能, 增加了系统作用距离。

基于65 nm CMOS工艺设计了一种低功耗低成本十倍频电路。在1.2 V电源电压下, 电路功耗小于0.53 mW。提出了一种低复杂度的5段斜率-电阻相位插值方法, 通过对四路正交斜率信号进行电阻相位插值, 在8 MHz到24 MHz的输入频率范围内, 实现了可重构的十倍频电路。该电路结构简单, 仅包含正交方波信号发生器、斜坡信号发生器和提出的5段斜率-电阻相位插值器, 可用于低功耗、低成本的倍频场合, 且具有可接受的频率偏差。在输入频率为16 MHz, 输入功率为-2.0 dBm时, 电路输出功率为-12.9 dBm, 倍频效率为4.40%。

设计了一种10位电阻串分压加6位内插结构的16位电压输出型D/A转换器。高10位采用1 024个电阻串分压网络, 低6位采用64个运放输入级内插结构, 均采用温度计的方式进行线性叠加, 从结构上保证了16位D/A转换器的单调性。该D/A转换器的输出运放采用了PMOS输入折叠式共源共栅加Class AB输出缓冲结构、多级嵌套式密勒补偿(NMCNR), 实现了高直流增益和大电容负载下的稳定性。该16位D/A转换器基于06 μm CMOS工艺设计, 在5 V电源电压下, 仿真结果表明, 微分非线性误差为035 LSB, 积分非线性误差为305 LSB, 建立时间为612 μs, 无杂散度动态范围(SFDR)为9341 dB, 功耗为184 mW。在接470 pF电容负载的条件下, 输出运放直流增益为15063 dB, 单位增益带宽为159 MHz, 相位裕度为6584°。

基于预放大器阵列, 设计了一种用于解决电压失调的平均电阻网络。分析了电阻网络边界效应产生的原因。采用冗余预放大器设计、环形平均网络设计, 并提出非等值终端电阻设计缓解边界效应。提出节点矩阵电流方程, 为平均电阻网络的设计提供优化方向。在采用节点矩阵电流方程改善边界效应后, 将该预放大器阵列用于12 bit的折叠插值ADC中, 在25 GSPS采样频率、1242 GHz的08 V正弦输入下, 得到ADC的ENOB为1032 bits, SFDR为743 dB。

Keystone变换(KT)是一种经典的雷达目标距离走动校正工具。针对现有实现方法计算复杂度高、抗噪效能不够理想的问题, 提出基于快速傅里叶变换(FFT)插值的KT实现方法, 先将慢时间回波转换至频域, 再通过频域补零、快速傅里叶逆变换(IFFT)、时域抽取等操作, 计算尺度化回波, 完成KT去耦合。仿真结果表明, 所提方法抗噪效能优于现有几种KT实现方法, 且计算复杂度明显更低。

飞秒激光加工技术主要是利用激光焦点对材料进行微区去除，结合加工路径的精准规划和激光参数的精确调控，实现各种功能微结构的精密加工。然而，在实际加工过程中，材料表面并非都是理想平面，这引起激光焦点与材料表面的相对距离发生变化，导致材料表面接收的激光焦斑尺寸不一致，进而造成飞秒激光加工的微结构不均匀，最终不满足某些应用场景的实际需求。针对该问题，提出了基于分区域平面拟合和二维插值的两种校正方法，即在待加工区域内以少量采样点近似描述材料表面起伏形貌，并以此为依据校正加工路径的高度坐标，使飞秒激光加工过程中激光焦点和材料表面的相对距离控制在不影响加工效果的范围内。试验结果表明，这两种校正方法都能保证飞秒激光加工大面积微结构的均匀性和一致性，是解决非平整表面不易实现高品质微结构加工的有效方法。