模块化多电平换流器（MMC）已成为新型全固态特种高压电源的有效解决方案，对其进行轻量化设计以节约设备空间成本成为当前研究热点。MMC中限制功率密度提升的首要因素为子模块大尺寸电容，为降低MMC对子模块容值的需求，提高系统功率密度，提出一种改进型MMC（I-MMC）拓扑。应用隔离型开关电容变换器，实现上下桥臂一对子模块高频链互联。研究中相单元内上、下桥臂子模块对并联的高频链两侧采用同步控制，使子模块电容之间呈现开关电容特性，实现波动功率在电容之间的自由传递，进而消除相位相反的基频与3倍频波动分量。结合MMC运行调制比和功率因数分析基频与3倍频波动分量消除后子模块电容取值，完成模块化设计。所提方案可将子模块电容减小至常规MMC的1/4。仿真与实验结果验证了所提拓扑方案的正确性与有效性。

电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统，脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势，具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理，按照功能分类，提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型，每5级为一个电源模块，系统总储能为365 kJ，发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果，证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管，以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管，对电源模块的放电电流没有明显影响。

武威和兰州重离子加速器使用回旋加速器作为其注入器。回旋加速器为该装置的同步加速器提供10 µA的碳离子束流以满足其物理需求。而径向探针则是安装在回旋加速器内部实现束流流强和圈图测量的重要束诊元件。径向靶头上的束流信息经前端电子学拾取后会进一步进入数据采集系统，最终实现回旋加速器的束流流强和圈图测试。其中，径向探针的前端电子学采用皮安表，数据采集系统基于实时操作系统和FPGA技术。介绍了径向探针的机械结构设计，并分析了探头有无水冷结构的热结构；描述了控制系统软硬件架构，可以实现10 kHz的数据和位置信息的同步采集。最后，还介绍了探针机械和控制系统的实验室测试和验收标准以及在束测量结果。

传统电力电子实验以知识导向进行教学，主要以验证性实验为主，缺少具有工程背景的项目训练，为此设计双向DC-DC变换器，硬件上采用模块化电路和开放式接口，控制上采用数字处理技术，有助于培养学生应用、设计和创新能力。首先构建基于双向DC-DC变换器的电力电子创新实验平台；其次完成双向DC-DC变换器硬件设计，搭建变换器控制系统；然后介绍变换器拓扑和控制策略，详细给出硬件电路和参数设计，之后对控制系统进行软件设计；最后完成软硬件实验平台测试与分析。实验结果表明，所搭建的实验平台可以实现升压放电运行和降压充电控制，能满足创新性实验教学要求。

针对红外图像处理技术中弱小目标检测的重要性及关键性，提出一种基于非线性抗噪声估计的检测算法来解决高可靠性、高鲁棒性的弱小目标检测问题。提出的方法基于传统视觉显著度算法及空间距离处理方法，对目标及背景区域采用非线性加权方法进行估计，在不显著降低目标信号信噪比的基础上，削弱孤立微小噪声点对检测算法性能的影响，可提高抗噪性能。首先，采用模块化及非线性映射方式预测背景；然后，融入距离相关因子滤除噪声干扰；最后，在处理结束的图像上进行二值化阈值分割，自动检测并向下一级处理软件输出目标位置信息。实验结果表明：提出的算法与近年来先进的弱小目标检测算法相比，在受试者测试曲线上，在相同的虚警率下，可获得更高的检测率，对背景噪声的抑制很明显；在局部信噪比及背景抑制因子的测试比对数据上，提出的算法可获得更高的检测指标。缺点是算法采用了非线性处理技术，运算效率较低，需进一步优化算法以提高计算速度，实现算法的实时目标检测。

为了进一步提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)面对海量回波数据的实时成像处理能力，基于4f光学结构对SAR实时成像光学处理器进行了光机系统设计和分析。首先，设计了适用于滤波算法的入瞳直径21 mm、视场角7°、焦距172 mm的傅里叶变换透镜，并对4f光学系统采取紧凑化设计。然后，利用集成优化方法优化了4f光机结构中的柔性镜座，并对整体结构进行了模块化设计和分析。分析结果表明：4f光学系统成像质量趋于衍射极限，傅里叶变换透镜的MTF在55 lp/mm处优于0.57，4f光机系统在常温1g重力工况下透镜面形RMS值小于 λ/50，整体结构基频大于100 Hz。4f光学处理器整体尺寸为405 mm×145 mm×92 mm，质量约为2.94 kg，其体积、质量分别仅是同等SAR数据处理水平的斜平面光学处理器的30%、48%。通过数据的模拟仿真，表明系统设计满足星载或机载的实时成像使用需求。