为在太赫兹波段的遥感生物探测预警雷达系统、光电对抗、成像探测以及高速通信提供小型野外使用的军用全固态紧凑太赫兹辐射器, 研制了一种小型便携式太赫兹辐射器的光泵浦源, 采用了无热电制冷器(TEC)温度控制的二极管泵浦Nd:YAG固体激光, 激光输出能量150 mJ, 脉冲宽度最小6 ns, 激光重频最大30 Hz, 激光束散角最小约1 mrad。用这样的泵浦源进行光泵浦TPO-THz, 产生的1.63 THz波的单脉冲能量为2.98 μJ, 对应的THz波能量转换效率为1.92×10-5。

根据热核聚变用140 GHz回旋振荡管研制需要, 对高斯模式输出窗进行研究。以化学气相沉积金刚石作为输出窗片的材料, 通过理论分析, 优化设计出低反射、低吸收高斯模式输出窗片的尺寸, 获得窗片半径和厚度分别为46 mm和1.8 mm。通过理论分析各参数对高斯模式透射率的影响, 并利用FEKO软件进行计算验证, 获得高斯模式输出窗设计参数, 从而为热核聚变用回旋振荡管的研究打下技术基础。

在研究0.14 THz折叠波导行波管中, 提出一种三段相速跳变的设计, 使得电子能够在输出段与行波场发生速度再同步, 从而提高了电子工作效率。根据色散公式, 找到一种影响相速变化的结构因素。通过优化设计进行大信号程序计算, 在电压14.95 kV、工作电流30 mA时, 与未采用相速变化的结构相比, 140 GHz时功率提高了0.84 W, 效率提高了9.13%; 在142 GHz时功率提高了0.88 W, 效率提高了10.4%; -1 dB带宽由原来的5 GHz提高到7 GHz, 扩展了行波管的带宽, 提高了电子与波的互作用效率。

太赫兹电磁波谱与液体分子的转动和振动能量对应, 适合研究液体分子的动力学信息。水和氯化钠广泛存在于生物组织中, 也是生命的重要组成部分。太赫兹时域光谱技术被广泛应用于液体检测, 通过分析溶液中物质内部结构以及分子微观运动状态, 在0.2~1.5 THz频率下, 可以得到物质的吸收系数、折射率以及介电函数等。利用德拜模型模拟实验结果得到水溶液、氯化钠溶液的介电函数以及弛豫时间, 可得到水和氯化钠溶液分子快速移动的特征时间分别为9.6 ps和10.7 ps, 并获得了与分子结构相关的动力学信息。

太赫兹技术的独特性和优越性吸引着众多科学研究者的关注, 在生物医药、信息科学、公共安全、量子研究和太空探测等领域具有巨大应用潜力。这些应用的有效性和可信度都需要以太赫兹相关参数的量值溯源为前提。文章以太赫兹光谱、频率、功率和强度等参数为对象, 介绍了太赫兹计量研究的最新进展, 分析了各种计量技术的特点, 以期促进太赫兹计量技术发展, 保障太赫兹研究和应用的量值可靠。

提出一种基于分块相位梯度算法(PGA)的多舰船尾迹合成孔径雷达(SAR)图像自动识别方法。首先在多结构形态学滤波和自适应阈值(OTSU)分割的基础上, 利用分块PGA算法消除运动舰船的位置偏移和像元模糊, 还原舰船实际信息; 利用改进的局部Hough变换对分块图像进行检测和识别, 根据识别出的尾迹坐标和角度反演运动舰船位置和航向信息。检测结果表明, 该算法可准确检测SAR图像中舰船的实际位置和航向, 识别准确度高, 抗干扰性强。

基于状态空间方法提出了一种适用于宽带阵列雷达距离、速度和角度三维参数的联合估计方法。根据宽带阵列雷达三参数信号模型, 给出对应参数估计的克拉美罗下界(CRLB); 通过构造广义Hankel矩阵, 将现有的状态空间方法推广到三维参数联合估计问题上。实验仿真表明, 该方法对于雷达三维参数联合估计是有效的, 可一致逼近CRLB, 且比传统快速傅里叶逆变换(IFFT)方法具有更好的参数估计和目标分辨性能。

为了解决遥感遥测、自动导航、电子战等领域中常常涉及到障碍物定位问题, 在单向抛物方程法的逆算法的基础上提出了双向抛物方程法的逆算法。应用该逆算法对大气波导环境中的障碍物进行了探测和定位, 采用插值法分析了大气波导对障碍物定位精确度的影响。仿真结果表明, 通过双向抛物方程法的逆算法可以对传播路径上的障碍物进行探测和定位, 而且大气折射率变化会对定位精确度产生较大影响。

地球同步轨道(GEO)卫星通信系统具有通信时延长的特点, 适用于GEO卫星长期演进(LTE)通信的资源调度算法非常重要。为提升星上资源分配的高效性, 基于可变最大加权时延优先(M-LWDF)算法, 提出了一种综合考虑媒体接入控制(MAC)层参数和应用层参数的跨层调度算法。该算法在MAC层从数学角度推导, 提出权重更大的时延判决因子及在应用层根据业务优先级不同引入Q因子。仿真结果表明, 与M-LWDF算法相比, 不同业务情况下, 跨层资源调度算法减小了通信时延, 提高了系统吞吐量, 但公平性能略有下降并增加了复杂度。

随着对地观测技术的快速发展, 遥感卫星空间分辨力的不断提高, 星地链路传输的信息量越来越大, 码速率越来越高, 数据传输频段已经由传统的X频段扩展到Ka频段, 以满足海量遥感数据传输的需求。但Ka频段低轨遥感卫星波束非常窄, 遥感卫星地面接收系统需要具备良好的跟踪性能, 才能实现系统稳定的捕获跟踪, 保证接收数据的质量。文中通过对跟踪方式和跟踪精确度方面进行分析和论证, 优化捕获跟踪流程, 实现对低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪。文中提出利用S频段跟踪引导Ka频段跟踪的方式, 高低仰角采用不同的优化流程设计, 结合高分辨力对地观测系统重大专项的先期研究内容和某地面接收站进行了设计验证, 结果表明, 可实现低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪, 待时机成熟, 可进行工程应用。

针对传统无线电导航定位系统中需要2个发射台进行精测定位距离的问题, 利用最小频移键控(MSK)信号谱线的特点, 可以测量接收设备与单个发射台的距离; 针对无线电定位系统受信号质量和信道环境的影响而定位精确度不高的问题, 本文对单一发射台的MSK信号频谱做平方处理, 利用2根谱线的相位差与空间传输距离的线性关系来提高定位精确度。该方法不依赖于信号的同步, 可做到盲估计巷道内的宽度。仿真结果表明, 在信噪比大于0 dB的信道环境下, 测量精确度达到150 m以内。

针对随机跳频宽带雷达设计了一种旁瓣抑制滤波器, 考虑到瞬时带宽信号获取的代价较高, 以及其抗干扰性能弱等不足, 采用了一种脉冲频点随机跳变的跳频信号。根据信号特点, 在前人研究的基础上提出了针对该信号的滤波器的设计方案。仿真结果表明, 所设计的滤波器很好地抑制了旁瓣, 具有峰值旁瓣低、收敛速度快、易实现等特点, 在一定程度上提高了宽带雷达的性能。

相比相控阵雷达, 多输入多输出(MIMO)雷达发射功率密度低, 在低信噪比条件下空间分集特性优势不明显, 检测概率降低。针对此问题, 提出了基于逐目标消除-动态规划的多目标检测前跟踪(TBD)算法。该算法先利用统计量筛选航迹点, 对信号进行积累, 在降低TBD运算量的同时, 减小了噪声的积累; 再采用逐目标消除的思想, 克服了动态规划的航迹分叉和仅能处理单目标的缺陷, 实现了多目标的有效检测。文中还推导了目标检测的虚警概率和检测概率, 给出了检测门限与虚警概率的关系。复杂度分析和仿真表明, 相比传统TBD算法, 所提算法的运算量明显降低; 相比传统MIMO雷达检测方法, 在相同虚警概率和检测概率条件下, 所提算法要求的信噪比降低了5 dB, 有效提升了检测性能。

提出了一种基于波束域加权的低旁瓣方向图设计方法。综合考虑方向图匹配性能和发射阵元等功率作为约束条件, 建立低旁瓣发射方向图优化模型, 采用半正定松弛技术将优化模型转化为凸优化问题; 对波束加权矩阵施加对偶约束, 使得接收信号满足旋转不变性; 利用高斯随机化方法对波束加权矩阵进行求解, 得到原优化问题的最优解。仿真结果表明, 算法能够保持期望主瓣形状并有效降低方向图旁瓣, 提高到达角(DOA)的估计精确度和角度分辨力。

为适应多用户需求, 提出了一种基于多进制检测的可见光多层成像通信系统。依不同优先权将发送信息加载在分集程度不同的各层发送单元上。优先权越高, 分集程度越高, 信息的鲁棒性相对较高但传输速率较低; 相反的, 优先权越低, 复用程度越高, 信息的传输速率相对较高但鲁棒性较低。结合系统模型, 利用基于最大似然检测的多进制检测算法实现了信息提取。最后, 通过仿真实验验证了系统的可行性。在保证系统检测性能和算法复杂度相对较低的同时, 实现了多层成像通信系统的稳定传输。

提出了一种张量人工阻抗单元的表面阻抗分析计算方法, 主要对矩形形状单元的表面阻抗开展了研究。通过仿真软件Ansys-HFSS提取了人工阻抗单元表面的入射散射场, 再利用等效传输线技术计算出表面的张量阻抗。利用张量阻抗与表面场的关系, 给出了人工阻抗单元的标量阻抗与传播方向的关系, 验证了计算的准确性。最后作为实例, 设计了一种基于张量阻抗单元的圆极化全息天线, 天线具有较好的圆极化特性, 增益大于21 dB。

为实现微波无线能量传输(MWPT)系统中最高传输效率, 需要调节微波发射波束对准接收端。通过对微波发射端天线单元的相位进行闭环调节和控制, 实现接收端微波功率最大值的跟踪与锁定。本文构建2个发射天线单元的X波段微波无线能量传输系统, 基于LabWindows/CVI软件平台进行发射端功率放大器相位自适应控制, 实现系统最高效率传输。发射天线和接收天线的中心距离为152 cm, 功率放大器的最小移相步进5.625°。实测结果表明, 微波无线能量传输系统输出功率降为最大值一半的范围(3 dB动态范围)扩大了49%, 验证了本方法能准确地进行闭环自适应相位控制并锁定最高系统传输功率。

基于双馈双线极化微带天线, 结合威尔金森功分器、T形结功分器及顺序旋转馈电的优点, 设计了一种新型低剖面宽带圆极化2×2天线阵列。把辐射贴片和馈电网络集成在同一介质层, 有效地利用了介质空间, 降低了天线的剖面, 增加了天线的带宽。4个天线单元顺序旋转90°, 利用一分四T形结功分器给4个单元等幅、相位依次相差90°馈电。根据Ansoft's HFSS仿真结果, 制作了样机。样机实测结果和仿真结果吻合。实测结果表明, 该天线阵驻波带宽可以达到27.78%, 3-dB轴比带宽可以达到52%, 最大增益为14.19 dB。

随着现代无线通信系统的发展, 对天线也提出了一些特定的更高的要求。设计了一种S频段宽波束圆极化微带天线, 以满足系统对天线宽波束辐射的要求; 在天线的辐射贴片上附加寄生贴片以展宽天线带宽, 并利用金属化过孔以实现单边短路, 达到天线小型化设计的目的; 利用旋转结构结合多点馈电技术以获得微带天线宽波束圆极化辐射。通过理论分析并利用三维电磁仿真软件HFSS对天线进行了仿真设计和实验, 仿真结果与测试结果吻合良好。

设计了一款X波段压控可调梳状线带通滤波器, 通过调整加载变容二极管的偏置电压改变电容值大小, 从而达到调整滤波器中心频率的目的。根据恒定带宽条件对滤波器耦合系数以及外部Q值的要求, 确定梳状线滤波器的尺寸参数, 并对其进行电磁仿真优化, 最终制作的X波段可调滤波器尺寸为16 mm×20 mm×21 mm, 控制电压7.6~15.4 V, 实现滤波器中心频率8~10 GHz连续可调。在调谐频率范围内, 滤波器通带宽度15%, 回波损耗小于–10 dB, 矩形系数小于2.8。

针对奇台110 m口径射电望远镜高指向精确度特点, 在现有天线指向模型的基础上, 推导了轨道误差源(轨道不平度)对指向精确度影响的关系模型。基于功率谱函数傅里叶级数系数归并法, 建立了天线轨道不平度数学模型。针对国外某完全焊接式50 m天线, 轨道水平度测量数据, 通过实验数值仿真, 采用查表法补偿轨道不平度造成的天线指向误差, 使俯仰角误差精确度提高了1.5″, 对高指向精确度天线实现的研究提供了有力支持。

根据矩形贴片的腔膜理论, 以 Rogers(5880)作为介质基板材料, 设计了中心频点在24 GHz的贴片结构, 用数值仿真方法进行了研究; 按照阻抗匹配和天线增益要求, 借助Matlab和ADS软件, 设计了功分网络; 最后采用HFSS软件对6×14微带阵列天线进行了系统仿真, 计算了该天线阵的增益、带宽、电压驻波比、方向图等参数, 并在中物院5所微波暗室平台进行测试, 各参数都达到要求。

提出一种改进的参数优化局部一维时域有限差分(LOD-FDTD)方法, 该方法将时间步长等分成3步, 沿坐标方向加上色散控制因子, 以降低数值色散误差。本文首先证明改进方法的稳定性, 并分析其数值色散误差。结果表明改进方法的数值色散误差小于传统的LOD-FDTD方法。

利用布设在高频地波雷达福建示范区的东山、龙海2个雷达站的约3天的海流数据进行矢量正交经验函数分析。分析结果表明前3个模态的方差贡献率分别为91%、4%和1.4%, 累计方差贡献率达到了96%, 是主要模态。模态1的空时分布特性表明模态1主要反映了半日潮流的信息, 并且在一定程度上反映了水深分布的信息; 模态2的空时分布特性表明模态2主要反映了风生流以及流场旋转特性的信息; 模态3的空时分布特性表明模态3主要反映了上升流的信息。

在一个典型的视频编码系统中, 其中运动估计(ME)的运算量大约占总运算量的60%~90%, 尤其未来的数字电视将以高清和超高清标称, 意味着在保持一定的信噪比条件下更大的搜索范围。本文提出了一种基于以上算法优势特点的运动估计算法及其硬件实现――分层全搜索运动估计(HFSME), 该算法支持AVS标准的多参考帧技术(B,P帧均采用2幅图像作为参考帧)、率失真优化(RDO)和4种宏块分块模式(16×16,16×8,8×16,8×8), 并满足AVS高清实时编码器的需求。从性能上该算法及其硬件实现支持AVS Baseline级高清1080P, 帧率达到30 fps, 搜索面积达到234×98像素, 相较于同样性能下的全搜索算法, 峰值信噪比(PSNR)相差不大, 但运算量只有全搜索算法运算量的1/4。同时, 相较于文献<参考文献原文>中的结构, 本文设计的基于HFSME算法的IME(整像素运动估计)结构设计, 在处理单元(PE)规模上是文献<参考文献原文>结构的2倍, 但是搜索范围能力是其4倍, 并且吞吐率是其10倍, 具有最优的性能, 带来了良好的性价比。

利用循环平稳特性对通信信号进行参数估计是一种常用的处理方法。由于通信信号在循环频率域具有稀疏特性, 可以利用随机测量有效降低采样处理的数据量, 减轻硬件负荷, 并基于压缩采样值进行信号参数估计。然而, 在稀疏建模时通常将连续的信号参数空间划分为有限数量的均匀网格, 引起基不匹配问题, 使得信号在某个假定的离散变换基(傅里叶基、小波基等)下并不稀疏, 从而严重影响信号参数估计精确度。为解决这个问题, 本文利用原子范数描述循环频率域的连续性和稀疏性, 提出一种随机测量条件下的高精确度循环自相关函数无网格估计方法。仿真实验表明, 这种无网格估计方法能够有效降低循环自相关函数的估计误差。

通过引入多个线性状态反馈控制项和非线性状态反馈控制项, 提出了一个新型多翼统一混沌系统。在不同的系统参数下均能产生关于原点对称的真实四翼混沌吸引子, 还能产生蝴蝶吸引子、蝙蝠形吸引子和新型多翼混沌吸引子。采用常规的动力学分析方法研究了产生新型多翼混沌吸引子系统的基本动力学特性, 例如相图、耗散性分析、李雅普诺夫指数谱和分岔图。结果表明系统可以产生丰富的混沌行为, 该新型多翼混沌吸引子可以随参数的变化实现关于x轴对称的双翼混沌吸引子和关于原点对称的真实四翼混沌吸引子。

为了确定电子系统的电磁脉冲(EMP)易损性并设计能承受电磁脉冲(EMP)威胁的电子系统, 研究电磁脉冲(EMP)特性和电磁脉冲(EMP)耦合进入元件和电子系统的能量, 以及电子系统战术性能降级所产生的影响。介绍了封闭腔体内抗强电磁干扰的小型电磁场传感器的设计过程, 对该传感器的等效电路、匹配网络和测量方法进行了详细的理论计算分析。也对研制过程和实际应用情况进行了介绍。得到了小型腔体内的内电磁脉冲(IEMP)环境参数。为电子系统提供了抗电磁干扰以及加固设计的参考数据。

无论氢在电子器件内部以何种形式(H2分子、H原子或H+离子)存在, 均会对电子器件电离损伤产生作用, 进而影响器件的抗辐照能力。本文深入研究了氢气和空气气氛条件下1 MeV电子辐照栅控横向PNP(GLPNP)型双极晶体管的辐射损伤缺陷演化行为。利用Keithley 4200SCS半导体参数测试仪对不同气氛下辐照过程中晶体管进行在线原位电性能参数测试, 研究晶体管电性能退化与电子辐照注量和氢气深度之间的关系; 基于栅扫技术(GS)和深能级瞬态谱技术(DLTS), 研究双极晶体管中氢诱导电离损伤缺陷演化的基本特征。研究表明, 与空气气氛相比, 氢气气氛下电子辐照导致GLPNP的基极电流增加显著, 而集电极电流明显降低, 产生更多的氧化物电荷和界面态, 这些现象均说明氢气加剧双极晶体管的电离辐射损伤。