输入输出窗是行波管 (TWT)的重要部件, 其性能将直接影响行波管的整体性能指标, 宽带窗的设计一直是其重要发展方向。对 140 GHz行波管的窗结构进行设计, 焊接出样窗部件, 并进行测试。测试结果表明, 宽带窗结构在 130~150 GHz范围内, 反射系数 S11小于-13.6 dB, 传输系数 S21小于-0.8 dB, 验证了宽带窗设计的可行性。

提出一种具有电磁诱导透明 (EIT)效应的太赫兹超材料。该结构单元由非对称排布的 2对双金属线 (aCWs)组成。当入射电场为垂直极化时, 所提结构在 0.580 8 THz附近产生磁束缚模式的相消干涉, 形成一个 Q值较高的异常透明峰。在单元中加入开口谐振环 (SRR), SRRs与非对称双金属线对之间产生干涉, 形成新的透明峰。加入 SRRs后, 2对双金属线干涉产生的透明峰的传感特性得到改善。仿真表明, aCWs以及其与 SRRs组合而成的结构 (aCWs/SRRs)可用于太赫兹的单频带通滤波、双频滤波以及传感。

随着太赫兹 (THz)技术的快速发展, 其在食品、药品、生物大分子检测等领域的巨大应用前景越来越被人们所重视。在食品领域, 由于许多食品添加剂在太赫兹波段具有特征吸收峰, 它们的指纹谱有望被用来进行食品添加剂的监测和分析, 具有重要的研究意义和应用价值。鉴于此, 针对不同研究小组所开展的工作, 概括总结了一些有关食品添加剂的太赫兹光谱检测与分析研究进展, 并讨论了该技术应用于食品添加剂检测方面有待解决的问题, 从而展望未来的发展趋势。

明确指出太赫兹时域光谱仪系统的幅值噪声的来源为延时线的重合抖动、采样抖动以及飞秒激光功率的波动。通过理论和实验相结合的方法证明, 在测量样品的折射率和吸收系数等光学常量时, 延时线的重合抖动和采样抖动影响着系统提取的折射率值的精确度; 延时线的采样抖动和激光功率波动分别影响着系统提取的吸收系数的高频部分和低频部分的精确度。

太赫兹合成孔径雷达( SAR)能够克服传统机载 SAR成像帧率低, 慢动目标检测困难等问题。然而相比传统微波波段的 SAR, 由于载波的波长极短, 太赫兹 SAR对平台高频振动误差更为敏感。对于适合应用太赫兹 SAR系统的直升机平台而言, 其振动也明显强于传统的固定翼载机平台, 平台振动引起的相位误差将严重影响成像效果。为克服平台振动对太赫兹 SAR的影响, 采用数值仿真方法, 结合直升机平台的振动特性, 较为全面地仿真分析了振动谱宽、振动幅度、谐振分量等因素对太赫兹 SAR成像质量的影响, 得出了平台振动参数与成像系统参数之间的约束条件。

太赫兹时域光谱技术可以为中药材鉴别与研究提供新方法。中药材对透射的太赫兹光波没有明显的特征吸收谱线, 但太赫兹光波与中药材物质的作用机理表现为一个与中药材种类及厚度有关的太赫兹光波低通滤波器。针对制备的中药材样品厚度很难标准化, 提出中药材样品厚度归一化数据处理方案。利用不同厚度样品的太赫兹透射光波电场强度采样数据, 拟合出标准厚度(1 mm)中药材样品的太赫兹透射光波电场强度数据, 进而计算出每种标准厚度样品对应的中药材低通滤波器的 3个参数 (α,β,γ), 实验结果证明了方案的可行性, 可以用来区分中药材的种类。

熔融沉积 (FDM)技术是目前市售 3D打印机应用最广泛的材料成型技术, 基于这一技术的 3D打印机精确度评价与打印试件的误差分析还没有十分完善的标准化方法。 FDM 3D打印常用的聚合物材料在太赫兹波段存在明显吸收。基于太赫兹时域光谱(THz-TDS), 通过缝隙注水的方式放大试件非实体部分的太赫兹响应, 使得太赫兹技术可同时监测 3D打印试件实体部分与非实体部分的打印精确度。通过分析试件的太赫兹光谱, 能够分辨与原始设计相差 0.96%的微米级误差, 补充了 3D打印误差的分析方法。

三星时差定位系统中, 当对多个距离接近、功率相当的雷达辐射源进行侦收定位时, 会产生时差定位解模糊。提出利用前一时刻与后一时刻观测量独立进行定位, 并对前后双时刻定位信息进行联合的算法, 有效剔除时差定位模糊解, 实现对多个雷达辐射源的高精确度定位。理论分析与仿真结果表明：对多个雷达辐射源进行单次三星时差定位时, 除真值外, 会产生模糊解; 通过联合双时刻定位结果, 可实现模糊解的剔除, 有效解决多辐射源解模糊问题。

针对当前各种高轨飞行器对导航需求日益增强的情况, 提出一种导航星座对高轨特定目标飞行器进行导航的方法。该方法需要在导航星座卫星配备全数字相控阵天线与指向可调的高增益导航天线。相控阵天线接收目标飞行器发射的用于波达方向( DOA)估计的信号, 并对该信号的DOA进行估计, 使距飞行器较近的多个导航星座卫星估计得到飞行器相对于自身的相对方向。以该方向为基础, 导航卫星可以调节自身的高增益导航天线并使其指向特定目标飞行器, 发送导航电文信息, 从而使导航星座自主实现对高轨目标飞行器的导航任务。假定导航卫星相控阵天线装配于卫星对天面上, 以此为基础对同步轨道的目标飞行器同导航星座各卫星相控阵天线的可见性进行了仿真分析, 并在目标可见的基础上对二维 DOA估计精确度进行了计算, 验证了方法的可行性。

相比于传统的雷达对抗系统, 认知雷达对抗引入了闭环行为学习过程, 使得干扰方可以通过对雷达信号进行状态辨识, 进而进行干扰效果评估, 经过自主学习优化干扰策略, 从而使得干扰更具有主动性和针对性。雷达状态识别是认知雷达对抗的基础, 而在对抗过程中, 目标雷达随时可能激活先前“隐藏”的“未知状态”, 这就要求干扰方能够快速对未知雷达状态做出响应。本文重点研究认知雷达对抗中的未知雷达状态识别, 利用机器学习理论相关算法, 提出了基于有监督分类与基于无监督聚类的 2种未知状态识别方法, 并通过仿真实验分别验证了 2种方法的有效性。

针对窄带干扰下通信系统性能恶化的问题, 提出一种基于过采样与盲源分离技术的单通道窄带干扰抑制算法。该算法利用通信信号与窄带干扰的基带结构特征, 通过过采样以及串并变换构造出源信号为信息序列的盲源分离模型, 并利用快速独立成分分析法实现信息码元的恢复。仿真结果表明, 该算法能有效对抗窄带干扰, 抗干扰能力强。

视频中人体跟踪存在复杂性, 尤其是对复杂背景下的人体上、下肢区域进行识别与跟踪时, 传统算法存在一些问题。本文在传统 Kalman滤波跟踪算法基础上, 提出一种基于可变测量协方差的离散 Kalman滤波人体识别算法。通过初始化测量协方差, 用递归的方法从新获取的观测数据中计算出新的测量协方差估计量, 通过离散 Kalman滤波器进行跟踪。在实际的视频图像中, 表现出良好的跟踪效果, 并且对上肢、下肢及整个人体的区分以及部位跟踪方面都有很好的表现。相对于传统的 Kalman滤波算法, 本算法没有丢失跟踪目标的现象, 跟踪速度适中, 与人体行进速度保持一致, 基本为 1.5 m/s, 特别适用于对视频中的人体行为进行跟踪及分析处理。

传统的反射阵利用相控器件与微带线实现波束赋形。为了降低相控成本与系统复杂度, 提出基于时域调制阵列波束赋形技术。时域调制反射阵列是一种基于简单可重构反射单元的反射阵, 它利用控制可重构反射单元的开与关, 达到控制阵列输出, 实现旁瓣抑制、波束赋形等功能。通过理论推导及仿真, 结果表明, 时域调制反射阵可以在不采用传统阵列中的相控器件及馈电网络的前提下, 采用最小方差无失真响应波束赋形方法与时间调制法, 生成理想的方向图, 实现波束赋形功能。此特性将有利于推广波束赋形技术在毫米波频段反射阵的应用。

现有的跳频信号处理方法往往需要积累足够长的样本数据, 缺乏实时快速运算的能力, 无法处理高速跳频信号。在小样本条件下提出一种跳频信号实时跟踪和参数估计方法。根据跳频信号的频域稀疏性建立信号模型, 引入稀疏贝叶斯学习 (SBL)算法解决多观测向量 (MMV)信号重构问题。在构建新的判决统计量基础上, 推导一种保持恒虚警概率的跳变时刻检测方法, 设计滑动策略实现跳频信号的实时跟踪。分别利用几何重心法和最小二乘法估计每跳 (hop)的载波频率和来波方向 (DOA)。实验证明, 新方法在低信噪比 (SNR)下具有更低的虚警概率, 参数估计精确度得到明显提升。

针对冲击噪声下因接收信号二阶及以上矩不存在而产生性能恶化的问题, 提出一种基于QR分解和鲁棒性主成分分析法 (QR-RPCA)的双基地多输入多输出 (MIMO)雷达参数估计方法。针对RPCA算法适用于实数矩阵处理的情况, 先将复数信号转化为实数; 然后根据冲击噪声的稀疏特点与目标信号矩阵的低秩特点, 利用 QR-RPCA算法将低秩信号矩阵从受冲击噪声污染的接收信号中提取出来, 并直接得到信号子空间, 该算法避免了传统 RPCA算法中的大规模奇异值分解, 时间复杂度有所降低; 最后根据信号子空间并利用旋转不变信号参数估计技术 (ESPRIT)对目标方位进行估计。理论与仿真表明, 本文算法相较于其他消除冲击噪声的算法, 对于低特征指数的冲击噪声具有更好的估计性能。

针对多用户多输入多输出 (MIMO)干扰网络条件下, 干扰对齐算法性能受限的问题, 提出一种多用户 MIMO网络下基于分簇的非迭代干扰对齐算法。通过一种分层的干扰处理设计, 首先在上层依据干信链路耗损比, 将来自不同发送端的干扰分为簇内有效干扰和簇间无效干扰; 然后在下层利用联合最大化信漏噪比 (SLNR)算法与迫零 (ZF)算法消除干扰, 提升了算法的适用性。仿真结果表明, 当用户数量较多时, 所提算法与现有算法相比, 在高信噪比( SNR)条件下具有更高的系统容量与更低的系统复杂度。

针对无线传感器网络节点能量受限制问题, 提出一种节能网络, 把监测环境中通电电缆的磁能转化为电能, 实现节点能量的自给。采集的能量采用双边调谐阻抗网络传输, 通过设计原副边回路参数, 令其回路发生谐振来降低自身损耗; 组网模式上, 用节能静态网络模型代替能耗大的动态组网方式, 结合需要, 通过切换节点的工作方式来降低能耗。实验证明, 能量采集模块一个工作周期采集的能量为 10.93 mJ, 能够满足传感网络节点工作周期的昀大能耗 4.68 mJ, 验证了节能传感网络可以实现能量自給。

为降低多调制指数连续相位调制 (Multi-h CPM)信号解调和级联译码的复杂度和时延, 提出了一种适用于多进制部分响应 Multi-h CPM信号的低复杂度软输出维特比 (LC-SOVA)算法。针对倾斜相位 (TP)+频率脉冲截断 (FPT)低复杂度 Multi-h CPM解调, 在维特比检测中对每个状态存储并不断更新符号软信息, 通过舍弃度量较小的路径来降低更新软信息的运算量, 且软信息更新过程可以并行处理, 复杂度降低一半, 时延与维特比算法等价。仿真结果表明, 所提 LC-SOVA算法具有通用性, 适用于多进制部分响应 Multi-h CPM信号的软信息计算, 在级联低密度奇偶校验码 (LDPC)系统中, 该算法与 Max-log-MAP算法相比信噪比损失几乎可以忽略不计。

多址接入协议对无线网络的性能有极大影响, 并已成为实现高效无线通信的关键因素。为了提升动态信道分配 (DCA)协议的信道资源利用率, 设计了一种基于传输机会 (TXOP)传输机制的多信道介质访问控制 (MAC)(T-DCA)协议。由于 T-DCA协议实现简单, 可适用于分布式无线网络, 如 Ad-Hoc以及无线局域网络( WLAN)等。最后, 通过搭建 NS-2网络仿真平台, 验证了 T-DCA协议的优越性。仿真结果表明, T-DCA协议有效抑制了协议的冲突概率, 提升了网络吞吐量并降低了平均分组时延。

介绍了一种采用新颖谐振器的低相位噪声窄带压控振荡器 (VCO)的设计方法。该谐振器采用源与负载横向交叉耦合结构, 形成一个传输零点, 提高了谐振器的 Q值。该谐振器通过弱耦合与变容二极管连接, 从而实现电压控制滤波器通带中心频率调谐。利用该谐振器设计了一个窄带 VCO, 并在先进设计系统 (ADS)软件里仿真验证。该 VCO中心频率 6.15 GHz, 在调谐电压从 0到 15 V的范围内调谐带宽 60 MHz, 相位噪声在整个调谐范围内优于-132 dBc/Hz@1MHz, 输出功率为 8.4 dBm, 功率平坦度 ±0.1 dBm。

提出一种具有稀疏波纹结构的波纹喇叭天线, 仅有 2圈波纹, 结构简单, 易于设计加工。通过对天线参数的设计优化, 可实现平顶波束赋形, 在 ±40°的波束赋形范围内增益优于 5 dBi, 天线副瓣优于-30 dB, 整个工作频段内驻波比 (VSWR)优于1.8, 适用于高轨卫星星间通信。通过对一个Ka频段样品的加工、测试和结果比对, 验证了该设计方案的正确性。

微波能量传输以及无线通信系统中的天线设计, 追求剖面低、质量轻, 易与平面电路集成。基于此, 设计了一种具有谐波抑制功能的单馈背腔圆极化环缝天线。该天线工作在 5.8 GHz, 采用导波结构基片集成波导 (SIW)抑制表面波, 提高了天线增益。 SIW通过2排金属孔阵列集成在介质板上, 在介质板上蚀刻短路圆环缝隙, 辐射电磁波。采用 50 Ω微带线到 SIW过渡的背馈方式, 并在馈线上引入并联枝节, 有效抑制了高次谐波, 且实现了基于基片集成波导天线的谐波抑制。通过加工测试, 天线的轴比为 0.67 dB, 增益为6.9 dBi, 阻抗匹配良好, 前后比为 22 dB, 仿真结果与实测结果吻合良好。

微波对物质的加热涉及电磁、热、加热物的物理参数随温度变化等多种物理过程的综合作用。研究耦合电磁场、热传导和被加热物质物理参数方程构建多物理场方程组, 数值求解获得微波加热过程的温度变化。给出多物理场算法公式和计算流程, 以 2.45 GHz微波加热水为例, 多物理场仿真了该加热过程的微波功率分布、热量累积和温度上升, 设计和加工制作了微波加热实验装置。在工作频点 2.45 GHz处, 测试装置的回波损耗为 16.2 dB, 同时测试了输入功率 40 W时4个指定点处 60 s内的温升, 多物理场仿真结果与测试结果吻合良好, 验证了多物理场仿真的正确性。

磁共振成像 (MRI)是一项重要的医学成像技术, 在人体组织器官的诊断治疗方面被广泛应用。在脑肿瘤的临床诊断应用中, 如何实现脑肿瘤图像的有效自动分割是一个研究的难点和重点。利用多个自组织神经网络 (SOM)构造一个并行自组织神经网络 (CSOM), 将肿瘤图像的分割问题转化为并行自组织神经网络的分类问题。实验表明, 并行自组织神经网络的应用, 有效提高了分割精确度, 有利于自动分割的实现。

传统无线网络协议栈存在硬件兼容性弱、内存和 CPU占用率高、函数接口复杂等问题, 采用此类协议栈将提高项目开发的软硬件成本。设计一种轻量级分层协议栈, 通过协议栈架构的分层设计、底层的开放式设计、函数的可重入设计等, 使其具有低系统资源占用率、高可移植性和多网卡协同工作的特点。采用 IAR EW8051,KEIL MDK,STM32CUBE等作为软件平台, 进行协议栈程序的开发与测试。测试结果表明, 该协议栈代码量小, 可应用于 CC1100,CC2500,SI4463, SX1278等无线芯片, 且能有效应对复杂环境下的信号干扰, 提升点对多通信效果, 有较高的实用价值。

在视频监控领域, 视频采集与处理的图像数据都是视频颜色编码方法 (YUV)数据格式, 而传统的静态 YUV图像处理技术存在处理速度、处理质量、应用范围不能同时得到保证等问题。文章提出的基于进阶精简指令集机器 (ARM)架构处理器扩展结构 (ARM NEON)的静态 YUV图像缩小技术, 在视频监控领域中广泛应用于图像的压缩存储和样片采集。该技术使用的是 ARM的Ambarella S2硬件平台和 Linux操作系统, 采用 64字节对齐块状处理方式来达到。相比于传统的压缩存储技术, 该技术速度要快 2到3倍, 且压缩后图像清晰。仿真测试结果表明该技术具有代码效率高, 处理速度快, 输出图像质量高, 适用环境适应性强的实际应用价值。

研究一种高效的异常驾驶行为正确识别分类的识别方法, 对预防由于异常驾驶行为导致的交通事故具有重要意义。提出了一种新的基于协方差流形的异常驾驶行为识别方法。首先提取图像的纹理、颜色和梯度方向特征, 以克服基于单一特征识别驾驶行为的不足; 并利用协方差流形进行多特征融合, 以消除特征冗余以及不同特征数值悬殊对图像识别的影响; 最后使用多类 LogitBoost分类器进行分类识别。针对相同检测目标的正确识别率可达 98%以上, 对不同检测目标的正确识别率可达 70%以上。实验结果表明该方法有效提高了驾驶行为识别的效果。

在现代高密度集成设计的标准下, 场路协同分析法以其高效而精准的电磁兼容 (EMC)分析能力, 广泛用于系统级封装 (SiP)技术设计中。基于网络散射参数理论, 建立场路协同分析法的等效模型, 分析其工作原理, 并以射频 SiP中放大器表贴芯片的应用为例, 从 Matlab理论计算与模型仿真的角度, 验证模型的准确性。进一步针对大功率射频 (RF)器件集成中 EMC问题进行研究, 发现通过改变互连结构自身因素, 如改变互连线的长度、形状、间距等, 或通过改变外在因素, 如改变腔体大小、添加隔条、调节互连结构的位置等, 可改变单元结构间的耦合情况, 从而规避强耦合、自激等 EMC问题, 大幅提高系统的性能。

提出了一种基于 DSP TMS320F2812数字控制的平均电流型交错并联升压型功率因数校正(Boost PFC)变换器。重点提出了 150 kHz/Phase开关频率下的控制算法与改进的采样算法, 并对电压、电流双环数字控制回路进行分析与 PI补偿设计。基于 Matlab/Simulink对并联交错 Boost PFC数字控制系统进行建模仿真, 并制作 300 W输出功率的样机, 成功对 Boost PFC控制系统进行了验证与实现。

矩阵运算广泛应用于实时性要求的各类电路中, 其中矩阵求逆运算最难以实现。基于现场可编程门阵列 (FPGA)实现矩阵求逆能够充分发挥硬件的速度与并行性优势, 加速求逆运算过程。基于改进的脉动阵列的计算架构, 采用一种约化因子求逆的优化算法, 将任意一个 n×n阶上三角矩阵转换成对角线为 1的上三角矩阵, 使得除法运算与乘加运算分离开来, 大大简化矩阵求逆运算过程。以一个 4×4阶上三角矩阵求逆为例, 在 Xilinx ISE平台下, 采用 Virtex5 FPGA完成算法实现与功能验证, 在 14个周期内, 使用了 2个除法器, 3个乘法器与 4个加法器实现整个矩阵求逆运算。相比于经典的脉动阵列架构, 仅占用近一半资源的同时, 性能提升了 26.43%; 相比于集成更多处理单元 (PE)的脉动阵列实现方式, 在性能近乎不变的情况下, 耗费的资源缩减到 1/4, 大幅度提升了资源利用率。

设计了一款应用于无线脑电信号 (EEG)检测系统的射频发射机芯片。该发射机采用标准的 0.18 μm CMOS工艺设计, 主要包含锁相环 (PLL)和功率放大器 (PA)模块。锁相环电路中采用新型 16/17预分频器结构以提高分频器的工作频率, 同时压控振荡器采用数字调谐与模拟调谐相结合的方式拓宽了频率输出范围。测试结果显示, 锁相环输出频率范围为 2 225~2 580 MHz, 锁定时间约为 49 μs, 发射机采用高效率 E类功率放大器, 最大输出功率达-3.14 dBm。发射数据采用二进制启闭键控 (OOK)调制方式, 最大传输速率可达 5 Mbps。

介绍了一种基于现场可编程门阵列 (FPGA)的低功耗可配置浮点快速傅里叶变换 (FFT)处理器的设计, 可进行 4点、16点、64点以及 256点运算。采用按频率抽取的基 –4算法和基于存储器的单蝶形结构。对蝶形运算单元进行优化, 减少乘法器的数目, 降低了功耗。存储单元采用乒乓存储结构, 提高了数据的吞吐率。同时, 采用浮点运算提高了处理器的运算精确度。该处理器采用中芯国际 (SMIC)0.18 μm工艺库进行综合, 功耗为 0.82 mW/MHz, 并在 ACX1329-CSG324 FPGA上实现。

提出一种适用于无源超高频射频识别 (UHF RFID)标签芯片的时钟产生电路。电路使用 N型金属-氧化物-半导体 (NMOS)栅极电压取代了复杂的比较器电路作为比较电平, 精简了电路结构, 降低了电路功耗, 减小了版图面积; 使用二极管方式连接的 NMOS管作温度及工艺补偿感应管, 利用其栅压变化控制充放电电流, 使其在不同工艺角下, 当温度在较大范围内变化时, 均能实现输出频率稳定。采用中芯国际 0.18 μm工艺进行仿真验证, 结果表明：当电源电压为 1V, 基准电流为 130 nA时, 电路功耗仅为 447 nW; 在工艺角由 ss变化到 ff的过程中, 输出频率偏差不超过 2.43%,; 温度在-40~90 ℃范围变化时, 输出频率偏差小于 0.99%, 适合无源射频识别标签芯片使用。

采用 SiC衬底 0.25 μm AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管工艺, 研制了一款 S波段 GaN单片微波集成电路 (MMIC)Doherty功率放大器, 在回退的工作状态下仍可以保持较高的效率, 可用于小型基站。为减小芯片尺寸, 采用无源集总元件替代四分之一阻抗变换线; 在输入端没有采用功分器加相位补偿线的结构, 而是设计了一种集总结构的电桥来提高集成度。脉冲测试表明, 在 3~3.2 GHz频率范围内, 饱和输出功率大于 10 W, 在回退 6 dB处的功率附加效率 (PAE)为 38%, 芯片尺寸为 4.0 mm×2.4 mm。