为研制太赫兹多频段高灵敏度探测仪, 依靠太赫兹砷化镓平面肖特基二极管的非线性特性, 结合石英薄膜工艺, 设计了宽带 0.67 THz谐波混频器, 并分析了砷化镓平面肖特基二极管性能表征参数指标对太赫兹混频器性能的影响。 0.67 THz谐波混频器采用整体综合的设计方法, 结合电气仿真软件 ADS和电磁仿真软件 HFSS, 优化电路中不连续性微带与波导之间的电磁空间耦合效率, 以混频器的变频损耗为优化目标, 最终实现 0.67 THz谐波混频器仿真设计。 0.62~ 0.72 THz射频范围内, 混频器单边带最低变频损耗小于 8 dB, 本振功率小于 4 mW, 本振端口与中频端口、射频端口与中频端口之间隔离度大于 -30 dB。

太赫兹源辐射功率较低已成为制约太赫兹科学技术发展的主要瓶颈问题。为有效提高太赫兹源辐射功率, 提出了基于多双漂移雪崩管的分立腔体倍频方法, 在此基础上设计和实现波导结构的太赫兹功率合成器。在倍频器的输入端对各独立激励源的中频信号进行移相, 完成倍频输出的精确相位控制, 从而实现各单元输出的太赫兹信号同相位合成, 提高功率合成效率, 避免使用太赫兹频段移相器等部组件的问题, 降低实现复杂度, 易于实现。仿真和实测结果表明, 4路激励源太赫兹功率合成器的合成效率约 79%~89%。

为满足太赫兹无线通信系统对大容量基带信号处理算法的要求, 基于直接从多项式分解导出的传统滤波器并行实现算法, 通过矩阵变化推导出复杂度更小的快速有限冲激响应(FIR)滤波器并行实现。在此基础上通过张量积的表示给出了 2并行、 4并行和 8并行的转换公式以及实现架构。既而推导出 2N并行快速 FIR滤波器的通用实现公式, 并对比了优化前后的复杂度差异。最后给出了 64并行的快速 FIR滤波器的推导公式和具体实现架构, 以及优化前后的硬件复杂度对比, 64并行的快速 FIR滤波器算法资源消耗更少。

研究了 DAST晶体的有效二阶非线性系数和太赫兹发射性能。实验以 DAST-甲醇溶液的亚稳区范围为依据, 采用溶液降温法进行 DAST的生长。实验发现, 降温速率越快, 晶体的生长速度越快, 但晶体易发生多晶转变;在晶体生长后期, 采用较慢的降温速率, 有利于晶体厚度的增加。经磨抛后的晶体表面粗糙度能够达到光学测试等级(微米级)要求。经测试, DAST晶片有效二阶非线性系数平均值为 16.58 pm/V, 实现了频率范围 0.84~10 THz的太赫兹波发射, 并在

针对三维 (3D)大规模多输入多输出 (MIMO)系统中莱斯信道模型, 通过研究分析获得简单易行、频谱效率高的传输方案。考虑到莱斯信道中的散射信道获取较为困难, 而视距信道获取较为容易, 仅利用视距信道进行传输方案研究。首先通过用户调度算法解决了相邻用户之间干扰过大的问题, 从而提升了系统的和速率;接着充分利用 3D MIMO系统中水平和垂直维度的特点, 采用域选择的预编码方法消除不同用户间的干扰并最大化信噪比, 进一步提升了系统和速率。经过仿真验证, 提出的 3D大规模 MIMO传输方案比以往方案具备更大的频谱效率。

在基于非正交多址接入技术 (NOMA)的多用户多中继协作中继网络中, 为优先满足混叠信号中的时延敏感信息的服务质量 (QoS)需求, 对功率因子进行了简单分析, 进而找到了关于信道增益的解码限制条件。在给定中继的情况下, 根据解码限制条件建立用户集合, 进而找到可以使高QoS信号速率最大化的用户中继对作为最佳“用户 -中继”来传递信号。并且对该“用户 -中继”选择方案下的系统中断概率的表达式进行推导并求出了其渐进式。仿真结果验证了推导结果的正确性, 系统的中断概率随着节点数目的增多而降低, 而当信噪比趋于无穷时, 系统的分集增益取决于用户数目和中继数目。且与已有文献进行对比, 本文提出的用户中继匹配方案的中断性能相对较好。

根据通信对抗仿真应用需要, 研究了基于 Multi-Agent的通信对抗仿真。根据战场环境、实际需求以及多智能体之间的协同合作, 分析并定义多智能体的属性、参数及行为, 参考“观察(Observe)－调整 (Orient)－决策(Decide)－行动(Act)(OODA)”环设计规则, 提出关于智能体个体价值最大化的四象限攻击 (QA)策略, 实现智能体的自主攻击。采用 Repast Simphony建模软件实现仿真, 通过 2D模型仿真方式全面观察效果并回溯分析算法的有效性, 根据蓝色通信方 Agent(BCA)被攻击数量测试使红色攻击方( RAA)攻击效用最大化的比例。通过实际应用测试, 发现此模型攻击率高, 可实现价值高。

导航定位中针对双频码相组合法 (MW)无法探测L1和L2载波同一历元发生相同周跳, 以及周跳探测后不能实现频率间周跳分离的情况, 提出了一种联合多普勒及 MW组合法的周跳探测改进方法。利用多普勒积分可对单频点进行周跳检测和修复的特性, 将传统 MW组合法与多普勒积分法相结合, 建立改进模型, 从而计算并分离出 L1和L2载波相位产生的周跳。用实测数据进行验证和分析, 对比了3种不同情况下改进方法的检测效果, 实验表明新算法能精确探测和分离出L1和L2载波相位中的周跳组合, 可以准确探测周跳发生位置及周跳数值, 并且能够探测和修复 1周以上的周跳, 有效提高了 MW组合算法探测与修复周跳的准确性和可靠性。

频率分集阵列多输入多输出 (FDA-MIMO)雷达由于其波束具有距离依赖特性而受到广泛关注。建立了FDA-MIMO雷达的回波模型, 将传统的特征空间(ESB)波束形成算法扩展到该体制雷达。针对该算法在低信噪比 (SNR)性能较差的问题, 提出了一种改进的 ESB波束形成算法。仿真结果表明该体制雷达能够抑制来自角度主瓣的距离依赖干扰, 并证明了新算法的有效性。

台风是一种路径和强度变化不确定性很大的、短暂的、能量很强的灾害性天气系统。卫星遥感特别是星载微波遥感不仅具有大范围、快速重复观测的特点, 而且具备全天候和全天时的优点, 受恶劣天气影响较小, 可以对台风活动路径进行较好的监测和预警, 是分析台风的一种有效手段。本文结合 3种微波卫星载荷：高级微波扫描辐射计 (AMSR)、TOPEX&Jason-1微波高度计和 WindSat全极化微波辐射计的数据, 初步分析了台风对海洋动力环境的影响, 结合与台风相关的海洋参数的卫星遥感测量结果, 给出了目前常用的微波散射计和微波辐射计海洋风场遥感的比较。对于多云情况下的海表面温度测量, 微波辐射计比红外辐射计更有优势。全极化微波辐射计还具有在恶劣天气条件下海洋风场测量能力。

针对无线传感网络 (WSNs)的节点定位问题, 提出无人机辅助的基于前馈神经网络的节点定位(UAV-NN)算法。UAV-NN算法利用无人机 (UAV)作为锚节点, 并由 UAV周期地发射beacon信号, 利用极端学习机 (LEM)训练单隐藏前向反馈的神经网络 (SLFN), 未知节点接收来自 UAV发射的beacon信号, 并记录其接收信号强度指示 (RSSI), 已训练的 SLFN再依据RSSI值估计节点位置。仿真结果表明, 相比于传统的基于 RSSI定位算法, 提出的 UAV-NN算法无需部署地面锚节点;相比其他传统的机器学习算法, UAV-NN算法通过引用 ELM, 减少了定位误差。

数据传输是车联网(VANETs)实现交通安全的基础。然而, 车辆的移动、信号传输的衰减以及彼此间的干扰对链路的可靠性均有影响。为此, 提出基于动态传输距离的多跳稳定 (DTMS)路由。DTMS路由在选择下一跳转发节点时, 考虑到因衰减而导致的传输距离的变小, 先估计车辆动态传输距离, 再依据动态传输距离估计链路的连通时间以及距离因素, 然后, 计算邻居节点的权重, 最后, 基于节点权重值设置定时器, 进而竞争产生下一跳转发节点。仿真结果表明, 提出的 DTMS路由有效地提高了数据包传输成功率。

针对无线传感网预覆盖过程中存在覆盖盲区以及数据频繁重传而导致的节点覆盖抑制现象, 提出了一种基于拨备满足模型的无线传感网网络覆盖算法。设计一种新的无线传感网节点覆盖模型, 并构建覆盖指数、覆盖强度、覆盖均衡评估系数等评估维度, 快速评估节点覆盖质量。再计算覆盖均衡评估系数, 并采用拨备模型优化覆盖质量, 确定覆盖性能优越的备用工作节点。随后, 基于覆盖相似性原则评估工作节点覆盖性能, 设计了节点首次覆盖评估方法, 按节点移动路径依次评估覆盖指数统计均值, 并根据目标节点进入覆盖区域的先后, 逐次激活性能最佳的工作节点进行监测。仿真实验表明：与当前无线传感网常数节点覆盖方案相比, 所提方案具有更高的网络覆盖率、更短的覆盖启动时间和更少的工作节点数目。

通过星载低无源互调( PIM)馈源的创新设计, 结合某型号大功率馈源产品实例, 详细阐述了低 PIM馈源设计的仿真分析方法和试验验证结果。利用低 PIM扼流法兰抑制连接面处产生三阶交调频率的传导电流来抑制 PIM产物, 可降低 PIM值 40 dB以上;对于其他非三阶频率点的交调性能则通过传统的增强法兰压强的方式来改善。并与国外同类产品性能进行了比较, 充分证明了该设计的正确性和技术水平。

大气压电子束等离子体密度诊断用微波法和光谱法较为合适, 根据微波在等离子体中的传播特性, 利用微波透过等离子体时透射能量衰减和相位变化, 计算等离子体密度, 并与光谱诊断结果进行比较, 2种方法诊断结果基本一致。在微波诊断等离子体实验研究中, 发现空气湿度对大气压等离子体密度有显著影响, 利用大气化学模型仿真研究湿度对等离子体密度影响规律, 获得与实验测试一致的结果。

复合材料已广泛应用于现代航空航天、汽车和电子等行业。当复合材料用于腔体外层时, 其仅几毫米的厚度为基于时域有限差分 (FDTD)法的电磁屏蔽效能评估带来挑战。本文采用亚网格边界条件 (SGBC)技术, 结合 FDTD方法实现了对含复合材料薄层封闭腔的电磁屏蔽效能快速评估。计算了 3种不同含复合材料薄层封闭腔在 0.1.1 GHz内的电磁屏蔽效能, 并与基于全波分析方法软件的仿真结果进行对比, 二者计算结果吻合良好, 证明了采用该方法在复合材料封闭腔 SE分析方面的有效性。

生物柴油作为一种新型的清洁能源被越来越多人重视。现有利用化学法制备生物柴油方法, 普遍存在反应时间长, 能耗大, 环境污染严重等缺点。针对以上缺点, 设计了一种新型连续流的微波反应器用于制备生物柴油, 通过 COMSOL Multiphysics软件, 将电磁场、化学反应动力学、层流和传热传质进行多物理场耦合来模拟反应过程, 通过分析反应物流速对温度的影响, 盘管匝数、盘管螺旋尺寸以及腔体尺寸对能量利用率的影响, 整体优化反应器结构尺寸, 实现了 93.7%的微波能量利用率。

在天线方向图测试中, 紧缩场测试 (CATR)是远场测试的一种有效替代手段, 但多径效应的存在, 会显著影响紧缩场测试的精确度。本文提出一种能在紧缩场测试中有效消除多径效应的方法。该方法把待测天线 (AUT)沿任意特定方向等距移动, 进行多次测量, 不同位置测得的多径信号会有不同的相移因子, 利用这些相移因子构造一范德蒙特矩阵, 对该范德蒙特矩阵直接求逆, 可得到被测单元对所有信号的响应输出, 其中, 零度方向的响应输出即为待测单元的方向图。仿真及测试数据偏差均小于 0.5 dB, 表明该方法可以对多径效应进行有效的消除。

为提高低分辨力红外图像的分辨力, 提出了一种红外图像超分辨力算法。该算法训练2个随机森林模型：红外图像训练第 1个模型、配准的多传感器图像训练第 2个模型。采用自适应边缘提取算法提取红外图像与可见光图像的边缘, 计算输入的低分辨力红外图像块与对应的高分辨力可见光图像块之间的相关系数。根据相关性选择合适的重建模型, 用选择的模型重建高分辨力红外图像块, 并整合为高分辨力红外图像。实验结果表明, 与超分辨力随机森林算法相比, 算法重建的高分辨力红外图像具有更高的客观指标, 峰值信噪比 (PSNR)平均提升了 0.09 dB, 并且获得更为清晰的主观视觉效果, 更接近原始图像。

为了解决当前图像匹配算法主要是通过像素点间的距离信息来实现特征匹配, 忽略了图像间的方差信息, 导致匹配结果中存在较多的错误匹配等不足, 本文提出了一种基于拉普拉斯特征制约与方差度量的图像匹配方法。首先, 引入 Harris算子, 对图像特征进行粗提取, 并利用像素点的拉普拉斯特征, 删除伪特征点, 对粗提取的图像特征进行优化, 获取更为准确的图像特征。然后, 依据图像的梯度特征来计算图像特征的方向信息, 以此建立特征点的邻域, 通过求取该范围内的 Haar小波值, 从而得到特征向量。采用区域方差模型对图像的方差信息实施度量, 并联合特征点的欧氏距离, 对特征点进行更为准确的匹配。最后, 采用随机样本一致性 (RANSAC)机制对特征匹配结果实施优化, 剔除其中的错误匹配, 从而完成图像匹配。实验结果显示：较当前较为先进的匹配算法而言, 在旋转、缩放等几何变换干扰下, 所提算法具备更高的匹配准确率, 维持在 90%以上。

为了解决图像伪造检测算法在定位篡改内容时忽略了不同颜色分量之间的关系, 使其对图像特征描述不足, 导致其识别结果中存在误检与漏检等情况, 本文提出了基于多元指数矩与欧式局部敏感哈希的图像伪造检测算法。引入高斯低通滤波, 消除可疑图像中的噪声;随后, 将滤波图像分割为一系列的重叠圆形子块, 改善其对旋转等内容操作的鲁棒性;基于四元指数矩 (QEM), 计算每个圆形子块的 QEM, 以提取相应的鲁棒特征, 将其组合成特征矢量;采用欧式局部敏感哈希机制, 生成每个子块对应的哈希序列;计算任意两个相邻哈希元素之间的空间距离, 通过与预设阈值比较, 完成所有子块的匹配;最后, 借助随机样本一致性方法来剔除错误匹配, 通过形态学处理, 定位出篡改内容。实验数据显示：较已有的伪造检测方法而言, 在各种几何内容修改下, 所提算法具有更高的伪造检测准确性。

针对稻米品种无损鉴别需求, 利用高光谱技术分析了 3种稻米样品的光谱图像特征,

为了解决图像系数融合问题, 设计了基于非下采样 Contourlet变换与特征投票机制的遥感图像融合算法。采用色相饱和度 (HSV)变换从多光谱图像中提取其亮度成分。随后, 对该亮度成分与全色图像进行非下采样 Contourlet变换, 以计算相应的高频、低频系数。再建立特征投票机制, 完成低频系数的融合。通过构造高频系数融合规则, 获取融合高频系数。最后, 对融合系数进行处理, 生成融合图像。实验结果显示, 所设计算法具有更好的光谱特性以及清晰度。

结构磁共振影像 (sMRI)作为一种非入侵式的脑成像方式为人们理解阿尔茨海默病 (AD)的患病机制提供了很大的帮助, 目前已有大量研究利用从 sMRI中提取的特征进行 AD的识别。为了充分利用图像信息提取 AD相关的特征, 提出了一种简单易用的基于人类脑网络组图谱的脑区划分进行特征提取的方法。选取美国阿尔茨海默病神经影像组织 (ADNI)数据库中的 226例正常被试 (NC)和227例 AD患者的sMRI数据作为研究对象, 提取每个个体脑网络组图谱中各脑区的平均灰质密度作为特征, 利用支持向量机 (SVM)对NC和AD患者进行分类, 通过 10折交叉验证的方式得到了 85.2%的平均分类准确率。后续的统计分析发现, 海马、杏仁核及梭状回等脑区的平均灰质密度对 NC和AD患者的识别贡献很大, 且这些脑区的萎缩程度与患者的认知能力密切相关。利用最小绝对收缩选择算子 (LASSO)对个体的简易智力状态评分 (MMSE)进行预测, 预测结果与真实值间存在显著的正相关 (r0.65, p0.001)。研究结果表明, 基于脑网络组图谱脑区划分提取的脑区平均灰质密度特征可以有效地对 AD患者进行识别, 并可以用来评估个体的认知水平。

\确定出生缺陷高危致病基因类型, 推进遗传性疾病早期筛查和生育指导, 对于先天性听力损失等出生缺陷的一级预防具有重要意义。本文采用通用数据挖掘工具, 应用其决策树算法分析了近千例 GJB2基因突变检测的临床数据, 建立了听力出生缺陷的致病基因辅助筛查模型。通过研究模型树的结构和样本分类结果, 发现模型树中有 5组分支获得了纯净的听力损失阳性样本。此外, 每个分支构成的基因位点的状态集合与临床研究证实的致病基因突变状态相一致。该决策树方法建立的筛查模型可以协助医生从临床大数据中快速筛选出致病基因的类型。

为了进一步分析预测福建平潭 (FJPT)站变动速度场的变化趋势, 进而掌握其运动变化特征, 基于 2010年至 2018年 FJPT站东向速度和北向速度时间序列, 对其进行平稳性检验。经过检验可知, 其为非稳态随机非单调性时间序列, 故结合灰色系统 Verhulst模型对其未来 10年的东向和北向年平均动量进行预测。预测结果表明, FJPT站速度从西到东及从北向南不断向南、东部偏转, 使站速度从近西北向运动偏转到东南沿海地块南侧地区为东南运动, FJPT站绕东南沿海块体做顺时针旋转。

通过车联网 (VANETs)协同控制车速和交通灯是智能交通系统的核心技术一。提出基于VANETs交通灯的车速控制优化(VSCO)方案, 通过 VANETs对交通信号灯进行时间优化, 并对行驶经过交通信号灯的车辆进行规划, 进而降低交叉口黄灯困境 (YLD)相关的事故, 减少 CO2排放以及车辆的等待时间。实验数据表明, 相比于传统的固定时间交通灯机制, VSCO方案减少了车辆等待时间和燃油排放。

为了有效避免无线传感网络 (WSNs)中的热点问题, 常利用移动信宿收集数据。信宿依据预定路线遍历预定的驻留点 (RPs)。而其他传感节点就将数据传输至离自己最近的驻留点。因此, 构建最优的 RPs非常重要。为此, 提出基于智能水滴的信宿路径规划 (IWD-SPP)算法。提出 IWD-SPP算法的目的在于延长网络寿命, 并最小化转发数据包的能量消耗。利用智能水滴算法构建最优的 RPs, 规划信宿的移动路径。仿真结果表明, 提出的 IWD-SPP算法在能量消耗和网络寿命方面的性能优于同类算法。

针对低功耗有损网络 (LLN)中由于节点部署不均匀易导致负载不均衡的问题, 提出一种基于负载均衡的高能效 LLN路由算法 (EELB-RPL)。通过将链路质量、传输时延、节点剩余能量、吞吐量以及拥塞检测因子等因素相结合选出最优父节点;再通过调整溪流计时器, 使节点根据网络拓扑密度调整自身抑制机制, 避免了抑制不公平性导致负载不均衡。仿真结果表明, 所提算法与现有算法相比较, 能够有效实现负载均衡。其中, 数据包投递率提升了 14.6%, 根节点吞吐量提升了28.5%, 网络平均寿命提升了 8.96%。

为了准确评定平面度测量误差, 采用改进粒子群算法。建立平面度误差评定的数学模型;对基本粒子群算法改进, 包括基于双 sigmoid型乘积隶属函数的惯性权重控制过程、基于 Triangle函数的自适应调节粒子位置过程、适应度函数选择方法;给出了算法终止条件以及算法流程。实验仿真显示改进粒子群算法收敛较快, 与其他算法相比平面度误差结果比较小, 30次实验平均值为 9.496 μm;标准差为 0.048 2 μm, 相比其他算法较小, 有效提高平面度测量精确度。

传统差分吸收光谱法 (DOAS)对于 H2S气体浓度检测原理简单, 检测精准, 反应速度较快, 但在低浓度、光程较短的环境中会产生较大的误差。本文在传统的差分吸收算法的基础上, 采用遗传算法对低浓度 H2S气体进行反演, 但遗传算法容易发生过早收敛, 从而陷入局部最优, 因此设计了灾变优化后的遗传算法对 H2S气体浓度进行反演。结果表明, 该方法对低浓度 H2S气体有较高的测量精确度, 与传统的差分吸收光谱法结合可得到更宽的检测范围。

半导体电子器件中质子的扩散会导致器件性能下降。然而, 迄今为止关于质子在氧化物中的扩散机制目前尚未完全清楚。本文从原子层面研究了质子在 a-SiO2中的扩散行为。采用从头计算分子动力学模拟方法, 计算得到了质子在 a-SiO2中的扩散系数和活化能。同时, 观察到了质子扩散路径。研究发现, 质子主要是通过与 a-SiO2中的氧原子形成和解离化合键的形式进行扩散。本文提出了质子在 a-SiO2中扩散的 2种方式：跳跃扩散和旋转扩散, 并分别计算了这 2种扩散方式所需要的势垒。

ZnO/GaN异质结带隙宽度较宽, 制约了对可见光的吸收。为研究 Ag对ZnO/GaN异质结可见光吸收的影响, 在 (1-100)非极性面上构建 GaN/ZnO异质结, 并用 Ag分别取代不同位置的 Zn和Ga原子, 采用第一性原理计算 Ag掺杂对ZnO/GaN异质结稳定性、电子结构、光学性质和带边位置的影响。研究结果表明：Ag掺杂ZnO/GaN异质结形成能为负值, 结构稳定; Ag置换Zn和Ga使带隙宽度由2.93 eV分别减小至 2.7 eV和2.3 eV, 吸收系数和光电导产生红移, 有利于可见光的吸收, Ag掺杂ZnO/GaN异质结具有良好的光催化活性。

锂电池及其应用近年来逐渐成为研究热点。以提高电池管理系统 (BMS)对电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的估算精确度为目标, 在建立二阶 Thevenin等效电路模型基础上提出一种能在线协同估算电池荷电状态和健康状态的改进扩展卡尔曼滤波算法。通过分阶段脉冲放电实验, 并利用最小二乘法求得模型参数。在动态应力测试工况 (DST)下借助 Matlab对比分析了改进扩展卡尔曼算法在 SOC和 SOH估计精确度、错误初值时算法收敛性、算法复杂度等方面的性能。实验表明, 利用该算法可以精确估计出各采样点处的 SOC和 SOH, 误差低于 1%;且在初值不准确情况下, 运行算法可快速收敛至真值附近, 算法估算结果的准确性与模型参数的微调无关, 鲁棒性较好。