为在光强变化场景下实现目标的检测与跟踪, 研究了一种新方法。该方法综合集成了Vibe算法与粒子滤波算法的优点, 通过在改进 Vibe算法中引入光照补偿模型、重构粒子滤波模型, 解决了2种方法对光强变化的自适应性难题; 在局部三值模式 (LTP)中建立了一种自适应阈值方法, 并采用线性回归分类方法, 实现了目标跟踪。通过开发相应程序并将所提新方法的结果与标准结果进行对比验证, 验证结果表明: 新方法的偏差小于文中其他 3个对照方法的相应偏差, 该方法对光强变化场景下的目标检测与跟踪研究有一定帮助。

针对采用超宽带 (UWB)信号进行测距定位的无线协同定位网络, 建立目标节点信号发射功率与网络均方位置误差下限的函数关系模型。在目标节点发射总功率受限的情况下, 基于 Stackelberg模型, 结合粒子群算法, 对目标节点的发射功率进行优化分配。仿真表明, 提出的功率优化分配方案相比功率平均分配方案, 使网络均方位置误差下限降低了 3%, 实现网络定位精确度的提高。

针对工作周期 (DC)的无线传感网络 (WSNs), 研究人员试图利用任播技术降低传输时延和能耗, 并进行了深入研究。为此, 提出新的能效任播路由 (EEAR)。相比现存的任播路由指标, EEAR路由引用新的任播路由指标, 称为期望能耗 (EEC)。利用 EEC合理地选择转发节点集, 进而最小化传输数据包的能耗。仿真结果表明, 提出的 EEAR协议降低了能耗, 同时, 也维持了合理的时延和高的数据包传递率。

提出一种应用于 5G智能手机中结构紧凑的 16单元多频段多输入多输出 (MIMO)天线阵列。该多天线系统由 8个紧凑天线阵列对组成, 为了预留 2G/3G/4G天线的布局空间, 这 8个天线阵列印刷在智能手机的两侧边上。每个天线阵列对由 2个紧凑的间隙耦合环路天线组成, 分别布置在系统板的上、下两侧; 其中上侧天线工作在 LTE band 46(5 150~5 925 MHz), 下侧天线覆盖 LTE band 42/43(3 400~3 800 MHz)。测试结果表明该天线阵列具有良好的阻抗匹配和隔离性能。同时还对 MIMO一些包络相关系数进行了研究分析。最后研究了人手和头对整个天线性能的影响, 仿真结果表明, 在日常各种使用情况下, 该天线阵列也具有良好的辐射特性。

设计了一款新型的超宽带双极化电磁偶极子天线。采用阶梯型馈电结构代替传统电磁偶极子的 Γ形馈电结构, 半椭圆电偶极子代替传统矩形电偶极子, 从而获得了更宽的阻抗带宽。对该天线加工制作了天线样品并进行了测试, 仿真和测试吻合良好。该天线的 2个极化馈电端口阻抗带宽(驻波比 SWR<2)分别达到 90.8%(2.06~5.37 GHz)和 84.4%(2.08~5.12 GHz); 并在整个工作频段范围内, 该天线呈现良好的定向辐射特性和稳定增益, 2个馈电端口增益分别为( 8.6±0.8) dBi和(8.85±0.85) dBi。

从经典混响室的平面波叠加模型出发, 针对已有的概率统计模型不能模拟莱斯分布场环境的情况, 建立了改进型的平面波叠加模型。为了验证该模型的有效性, 用蒙特卡洛方法仿真了不同K因子下的各场量的概率密度函数 (PDF), 并用理想 PDF进行拟合。并进一步验证了当莱斯 K因子为零时, 莱斯分布场模型退化为经典混响室的场模型。最后考虑了模型的抽样参数(平面波叠加数和搅拌器位置数)对仿真结果的影响, 确定最佳的抽样样本, 从而获得稳定的 PDF曲线。

提出一种新颖的宽带频率合成器方案。采用直接数字频率合成器 (DDS)作为锁相环 (PLL)参考, 实现细步进; 在锁相环中加入一种新颖电路, 实现捷变频; 通过频率扩展方式, 实现宽带频率覆盖; 设计指标可兼顾 2~18 GHz的宽频带以及微秒的捷变频时间。分析了方案及设计中的技术难点, 并给出了解决措施。该频率合成器实测指标良好, 具有较强的工程实用价值, 可推广使用到各型雷达产品中。

为满足高功率微波测量需求, 设计一种 X波段宽带的波导定向耦合器。为达到宽带设计要求, 该耦合器采用多孔耦合结构, 利用切比雪夫分布函数得到每组耦合系数, 同时修正耦合臂引入的截止衰减影响, 根据耦合理论得到每组小孔的初始尺寸, 最后基于软件优化后得到满足预期设计要求的宽带耦合器。根据仿真结果, 该耦合器在 8.2~12.4 GHz频带范围内的耦合度为 40 dB, 带内波动小于 1 dB, 方向性优于 30 dB, 连续波功率容量达到 0.84 MW; 实测耦合度为 38~ 39 dB, 端口反射小于 -20 dB, 可满足 MW级高功率微波脉冲测量系统的应用需求。

V频段小型化集成接收前端主要实现对 V频段毫米波信号的低驻波、低噪声接收和产品小型化。采用多功能芯片与混合集成技术, 实现了毫米波接收信道的小型化集成。引进了微带正交耦合器, 构成平衡式分布放大优化射频接收端口输入驻波系数的设计思路, 替换了体积笨重的波导宽带隔离器, 减小了毫米波接收前端体积和重量。通过对V频段波导微带过渡探针的容错性设计, 降低了V频段毫米波接收前端的组装难度, 提高了接收前端的一次组装合格率。昀终实现批量化V频段小型化集成接收前端射频的输入驻波系数优于 1.6, 噪声系数优于 4.2 dB, 外形尺寸(含插座)33.4 mm×30 mm×12 mm。

针对近年来复杂电磁环境中强电磁脉冲攻击, 研究得出设备级强电磁辐照敏感度仿真分析方法。该方法采用 3D电磁场仿真及 2D电路仿真相结合的手段, 通过建立几何模型、定义材料参数、添加负载及激励源、放置监测探头等步骤, 最终仿真得出设备外壳内部及线缆上耦合电流的时域、频域特性。由仿真结果可知, 设备内部及线缆上耦合的电压、电流在极短时间内即可达到具有破坏性的峰值, 且其同时具备较宽的频谱, 从而可对多种电子设备造成毁伤。因此, 当电子设备处在复杂电磁环境强电磁脉冲攻击下, 必须采取一定的强电磁保护措施。本仿真方法也可适用其他通用电子设备强电磁辐照敏感度仿真分析。

根据超宽带 (UWB)纳秒电磁脉冲的基本特性, 采用模拟计算仿真与实验研究方法, 研究了超宽带纳秒电磁脉冲信号通过微波接收机带通滤波器的时域、频域传输特性, 初步认识了超宽带纳秒电磁脉冲通过带通滤波器传输特性规律, 它是对传统连续波 (CW)信号与脉冲调制信号通过微波带通滤波器传输特性技术的补充和完善。该研究成果为将来开发超宽带纳秒电磁脉冲在各类接收机中的应用提供技术基础。

外部电磁场辐照下飞机的电磁兼容分析和电磁效应评估, 需要进行飞机机舱的电磁耦合分析, 以评估其屏蔽效能(SE)。由于全波分析方法的巨大计算代价和高频响应敏感性现象, 统计电磁学理论的功率平衡 (PWB)方法更适用于飞机机舱的 SE分析。基于该方法开发了开孔腔体 SE分析程序, 通过和文献结果比较验证了程序的正确性和有效性。将其用于某飞机机舱在多种条件下的 SE分析。结果证明有助于掌握舱壁电导率、舷窗、载客量、内部接收天线等影响 SE的 情况。

为解决对无人机、平流层飞艇等空中移动目标无线输能时机载接收端整流天线质量大, 占居飞行器有效载荷多的难题, 设计了一种具有谐波抑制功能的共面波导轻薄圆极化整流天线。该整流天线采用集中式整流方式, 通过将整流电路直接集成在微带天线接地板上, 实现了质量轻, 尺寸小, 剖面低, 易共形的圆极化整流天线。该天线工作在5.8 GHz, 采用共面波导耦合馈电, 并在馈线上直接加载共面波导谐振结构进行谐波抑制, 具有较宽的工作带宽。整流电路采用倍压整流形式, 利用贴片电容作为直通滤波器进行直流滤波, 电路结构简单。该整流天线结构紧凑, 质量仅 6.28 g, 剖面厚度 0.5 mm, 最佳整流效率 63.84%, 测试结果与仿真结果吻合良好, 验证了该设计的可行性。

连续 F类功放(PA)通过引入修正因子, 减轻功放对基波和二次谐波阻抗的要求, 从而扩展 F类功放的带宽。本文在连续 F类功放基础上, 提出一种新型修正型连续 F类工作模式。通过引入电阻性二次和三次谐波阻抗进一步扩展连续 F类功放的设计空间, 使其可实现多个倍频程带宽。基于此理论, 采用负载牵引方法对基波和谐波进行最佳阻抗提取, 结合实频技术设计功放匹配网络, 实现了一款超宽带高效率功率放大器。该功放在 0.4~2.2 GHz频段内, 饱和输出功率为 39.8~41.4 dBm, 漏极效率在 59%~79%之间, 增益大于 10 dB。仿真与测试结果良好, 验证了该方法的正确性。

170 GHz兆瓦级回旋管是热核聚变等离子体加热用电子回旋谐振系统最重要的功率源。在获得兆瓦级连续波输出功率的同时，收集极功率密度过大成为限制整管平均功率和脉宽进一步提升的主要问题。因此，设计了具备周期性变化的横向磁场扫描线圈组。通过仿真分析收集极内的电子注分布可知，采用该线圈组可以有效降低功率密度，从而保证整管稳定工作。同时，对不同电流相位的线圈组的性能进行对比分析，优化后的横向磁场扫描线圈组可使收集极平均功率密度由4.7 kW/cm2下降到0.29 kW/cm2，将被应用到未来170 GHz兆瓦级回旋管的热测中。

准光学馈电网络是一种多重复合电磁波信号分集传输方法，在射电天文、大气遥感、气象探测等方面应用日趋广泛。概括了准光学馈电网络的设计方法，介绍了现阶段国内外准光学馈电网络研究进展，分析了太赫兹准光学馈电网络发展重点。对准光学器件的研究和准光系统的高精确度集成测试将是今后发展重点。

轨道角动量(OAM)通信复用方法近年来被认为是一种提升通信容量的有效途径。基于国内外相关研究，阐述了轨道OAM 通信方法的发展；根据频率特点，分析太赫兹轨道OAM 通信方法的形式和应用优势，并进一步分析讨论了太赫兹轨道OAM 通信应用存在的问题和解决方式，特别是远距离大宽带情形下的分析，为未来技术发展和应用提供参考。

太赫兹滤波器是太赫兹系统的重要器件，然而它的快速准确设计是难点。基于遗传算法(GA)和有限元法的联合仿真，实现了太赫兹滤波器的快速准确设计。采用HFSS-MATLABAPI脚本库，利用HFSS 对于场仿真的精确性，同时在MATLAB 中基于遗传算法对结果进一步优化，降低了试探性优化的盲目性。采用该方法设计了210~230 GHz 带通滤波器，测试结果表明，带内插损均小于0.6 dB，带外抑制度大于30 dB，验证了该方法的准确性。

太赫兹雷达在测点目标时具有极高的分辨力。然而在多目标条件下，使用经典的线性调频波形调制可能会引起错误的差频组合，从而出现虚假目标。为此，提出一种工作在0.22 THz频段的改进波形，它由梯形波与三角波两部分组成。通过梯形波的上、下扫频计算速度-距离的模糊范围，并通过恒频段检测目标的相对速度。由于速度-距离交叉点的不匹配，虚假目标仍存在，而后续的不同调频斜率的三角波则能在其基础上完全剔除虚假目标。文中给出了这种体制的太赫兹雷达系统的架构，并通过近乎现实的仿真，证明在这种新型波形体制下，太赫兹雷达差频配对的准确度将得到大幅度提升。

对通信系统受干扰的模式进行分析和模式识别, 可以指导通信系统进行相应的自适应参数调整, 以具有更强、更有针对性的抗干扰能力。研究宽带通信系统, 利用多隐藏层的神经网络可以解决任意形式分类问题的特性, 构建一种基于功率谱谱图和双隐藏层神经网络的通信干扰模式识别方法, 可以对 5种常见的通信干扰进行快速的模式识别。仿真结果表明, 该通信干扰模式识别方法对干扰模式在不同的干噪比情况下能获得 99.6%以上的平均识别概率, 对除梳状谱干扰外的各种干扰模式识别准确率均达到 99.7%以上, 梳状谱干扰识别准确率达到 98.4%以上。该方法具备较稳定的识别能力, 可应用于干扰感知的流程中。

针对全球定位系统 (GPS)卫星信号具有随机性及干扰工程实现成本的问题, 讨论了窄带干扰性能优化问题。关于如何抵消卫星信号随机性问题, 仿真分析了单频信号不同干扰位置分布与窄带线性调频 (LFM)信号带宽设置对 GPS接收机的干扰效果; 关于如何降低干扰工程实现成本问题, 采用了多个干扰代替单个干扰的方法进行实验分析。仿真结果表明, 当采用昀佳干扰位置或GPS信号带宽内均匀、随机分布等方法可一定程度消除卫星信号随机性带来的干扰不确定性; 采用多信号代替单信号可相应地降低干扰所需总成本。

联合北海波项目 (JONSWAP)谱海面主要由风速、风区、谱峰因子等参数确定, 针对模拟 JONSWAP谱海面时相关参数的数值确定的需要, 利用双叠加方法生成了满足 JONSWAP谱分布的三维海面, 分析了谱峰因子和方向集中度参数的取值对海面几何模型的影响; 然后利用物理光学法仿真分析了 JONSWAP谱海面的平均后向散射系数随谱峰因子以及方向集中度参数的变化关系。仿真结果表明, 谱峰因子对海面平均后向散射系数影响小于 1 dB, 方向集中度参数对海面平均后向散射系数影响大于 5 dB。因此得到了在研究 JONSWAP谱海面的电磁散射时, 谱峰因子可取为平均值以及方向集中度参数取值需要根据海浪的成长状态确定的结论。

为适应当前装备更新换代, 更好发挥作战效能, 从雷达应用的角度研究了空战中有源干扰条件下的功率管理措施。以实训数据为基础, 采用数值模拟方法, 分析机载雷达功率管理对电子战侦收的影响, 得出雷达“隐身”距离、雷达最大探测距离以及电子战最大侦收距离三者之间呈等比关系。在此基础上对比分析了雷达“隐身”距离与“烧穿”距离之间的关系, 得出本机雷达具备明显信号隐身优势时应尽早采取功率控制措施, 在均势状态下慎用甚至不用功率管理, 以避免雷达同干扰对抗过程中丧失能量优势, 导致抗干扰能力显著降低。研究结果为机载雷达使用提供一定的参考依据。

针对点目标扩展函数 (PSF)不能有效分析复杂目标在毫米波近场多入多出 (MIMO)雷达成像中的散射机理问题, 研究了一种基于近场物理光学散射计算数据的毫米波 MIMO雷达成像模拟方法。该方法利用近场物理光学方法, 获得包含阵列构型和目标散射信息的近场计算数据, 并通过近场 MIMO成像处理器实现近场 MIMO成像的全过程模拟。利用 D波段“ T”字型二维稀疏 MIMO阵对复杂的三维目标开展了近场成像实验, 仿真和实验结果表明, 模拟结果与实际成像结果有很好的一致性。该方法能够分析近场 MIMO成像系统的成像性能, 为近场 MIMO成像的阵型设计提供支撑, 揭示复杂目标的近场散射特性与成像机理。

雷达在目标检测和跟踪时常面临地杂波、海杂波、气象杂波等复杂强杂波的干扰, 而雷达回波信号经过传统的动目标显示( MTI)和恒虚警( CFAR)检测处理后的剩余杂波, 在距离-时间(脉冲)上的二维分布与目标非常相似, 无法区分。对此, 提出一种基于杂波综合特征评估的雷达目标点迹过滤方法, 综合考虑目标与杂波在幅度起伏、距离/俯仰/方位相关性、相位变化等多维特征的不同, 利用综合特征因子评估区分目标和杂波。最后, 利用雷达实测数据对所提方法进行验证。结果表明, 杂波有效抑制率较传统方法有显著提升。

频率步进雷达(SFR)导引头通过在频域进行带宽合成, 距离分辨力显著提高, 可以分辨出复杂目标的细节特征, 从而进行抗干扰分析与目标识别。在进行 SFR回波信号仿真时, 要求回波模型能符合并反映目标的细节特征, 目标不能等效为点目标, 而散射中心提取法则意味着散射点的舍弃和合并, 对目标的细节描述并不准确, 为此提出基于 FEKO的复杂目标回波信号产生方法。根据频率步进雷达信号时域特征, 推导出直接利用 FEKO的散射场数据进行时域回波计算的数学模型, 并使用 FEKO提取目标在各种入射角度下的散射场幅度和相位信息进行存储, 在仿真时直接调用散射场数据进行时域回波计算, 从而得到复杂目标的高拟真度回波信号模型, 在空空导弹数字仿真、半实物仿真和抗干扰研究中具有实用意义。