随着工作频率和带宽的提高，无线电近感探测器的测距精确度、目标识别能力和抗干扰能力相应提高，因此开展了D波段主动近感探测器的研究。基于120?GHz收发芯片TRA_ 120_001，对D波段近感探测器进行方案设计。为提高探测距离，设计了半球型透镜天线并制作了样品。搭建了角反射器为目标的旋转扫描下落实验场景。实验中，近感探测器在设定目标方向给出了触发信号，实现了近感探测功能，并验证了测高触发的能力。

根据几何光学和耦合波理论研究高功率回旋振荡管高阶模式在微扰圆波导中的准光传输特性，并编制出带有微扰结构辐射器准光模式变换系统的仿真程序，给出140 GHz回旋振荡管Denisov辐射器的设计方法及结果，分析其内部激励起的各模式的功率分布曲线和波导壁上的电流密度分布，得到扰动长度为60 mm，总长度为136.5 mm的Denisov辐射器结构，输出功率转换效率为99.1%，可满足140 GHz整管参数设计要求。并利用Feko软件对数值计算结果的可行性进行了有效验证，从而为热核聚变用回旋振荡管的研制打下技术基础。

效率是行波管(TWT)的重要技术指标，为提高某一0.22 THz折叠波导行波管的效率，需设计多级降压收集极。对注波互作用后的电子注信息进行分析，估算收集极效率最高时的电压设置。利用电磁仿真软件对三级降压收集极电极结构和电压设置进行仿真优化，得到效率大于87.5%，回流电流小于0.328 9 mA的轴对称三级降压收集极；在第二电极入口采用斜口结构进行仿真优化，得到回流电流小于0.075 mA的非轴对称三级降压收集极。结果表明，采用斜口结构可以有效降低0.22 THz行波管多级降压收集极的回流电流。

页岩是油气储层的主要类型之一，其微量有机质的准确表征是油气资源勘探中的一大热点和难点。利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对不同原油含量(ppm级)的页岩进行测试与分析，结果表明，太赫兹光谱响应与页岩有机质含量存在单调关系：随着原油浓度增加，单位厚度太赫兹时域光谱幅值衰减系数线性增加。结合有效介质理论，确定了太赫兹介电常数与200 ppm以下原油含量之间的线性关系。研究表明，太赫兹时域光谱技术可作为页岩中微量原油表征的有效方法，对提高油气资源勘探效率具有重要意义。

2019-08-09

针对第五代(5G)宏蜂窝移动对移动(M2M)通信场景需要高效率的信号传输模型，提出一种三维(3D)圆柱多输入多输出(MIMO)信道，反映分布区域宏蜂窝传播环境，其中三维圆柱作为信号传输中的干扰对象。接收端(Rx)位于圆柱模型的中心点，发射端(Tx)位于散射区域之外任意位置。接收信号由视距(LoS)传播分量的总和以及由不同物体反射的非视距(NLoS)传播分量组成，该模型能够充分适应各种5G无线通信场景。此外，本文结合莱斯衰落信道、均匀分布、高斯分布、拉普拉斯分布、冯米赛斯分布研究统计信道传播特性，即发射端和接收端在不同的运动方向和运动时间的空间互相关函数(CCF)、时间自相关函数(ACF)和多普勒功率谱密度(PSD)。发射端和接收端在不同时刻的传播特性数值的Matlab分析结果与仿真结果很好地拟合，证明了所提出的三维模型对于真实的5G宏蜂窝移动通信信道是切实可行的。

计算复杂度和估计精确度一直是波达方向(DOA)估计研究的重点。现有基于压缩感知的DOA估计算法与传统算法相比具有一定优势，但这些稀疏信号重建模型都是将角度空间等间距划分，仍存在算法计算复杂度较高和估计精确度较低的问题。针对这些问题，提出一种对角度空间网格进行部分细化的DOA估计方法。该方法包括裂变过程和学习过程，裂变过程通过产生新网格点对角度空间进行细化，学习过程通过迭代不断逼近波达方向。仿真结果表明，提出的算法耗时较少，而且在非常稀疏的初始网格划分的条件下(初始间隔为20°)，仍可以获得较高的估计精确度。

提出一种基于总体最小二乘(TLS)的外辐射源雷达直达波相消算法，该算法首先利用TLS获取直达波的数目和时延，再基于既得的直达波信息构建直达波子空间，最后将回波向该空间投影实现直达波相消。与传统扩展相消算法相比，该算法所构建的直达波子空间阶数低，精确度高，在相关处理时间较短或直达波幅度时变的情况下，仍具有良好的直达波抑制性能。仿真结果证实了算法的有效性。

针对传统方法不适用于欠采样条件下线性调频(LFM)信号在低信噪比(SNR)条件下带宽估计问题，提出一种基于分布式压缩感知(DCS)的带宽估计方法，利用同一信源多个脉冲的联合稀疏特性进行LFM信号带宽估计。首先构建LFM欠采样信号模型，其次利用DCS算法对LFM带宽进行联合稀疏重构，然后分析了所提LFM信号带宽估计方法性能，最后利用仿真验证了方法的可行性和有效性。

将三角形约束方法引入到合成孔径雷达(SAR)影像匹配中。利用尺度不变特征转换(SIFT)算子生成特征点；采用鲁棒性较好的随机抽样一致(RANSAC)算法剔除错误匹配点，得到更高精确度的同名点；最后利用SIFT算法得到的同名点建立Delaunay三角网。在同名相似三角网内，以三角形重心点作为内插的虚拟同名点，并对虚拟同名点进行归一化互相关(NCC)约束，剔除不满足阈值要求的虚拟同名点对，同时根据内插得到的虚拟同名点建立新的三角网，对三角网进行动态更新，用于获取更多虚拟同名点，直至满足匹配要求。实验结果表明，本文方法能够有效增加匹配特征点数量，提高雷达影像的匹配精确度。

针对四星时差定位系统，提出一种基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精确度分析方法。该方法基于四星时差定位原理推导三维定位精确度模型，理论分析时差测量误差与站址误差对该三维定位精确度模型的影响。通过仿真验证四星不同布站情况T型、Y型、方型及不规则型对定位精确度的影响，并进一步研究在不同布站情况下的基线长度、卫星轨道高度、目标高度等对定位精确度的影响。仿真结果表明，四星时差定位在Y型分布时具有最佳的定位精确度；并且定位精确度随基线长度与卫星轨道高度的增加而提高，随目标高度的增加而降低。

针对传统的相参积累方法对匀加速目标能量积累效果不理想的缺点，选取4种典型的相参积累方法进行仿真，研究不同变换积累方法对匀加速目标线性调频信号积累的特点，并通过实测S波段对海观测雷达数据比较脉冲数对不同时频分析方法能量积累的差异。结果表明：4种变化中分数阶Fourier变换(FRFT)的相参积累性能最好，能够有效抑制噪声，估计加速度，具有良好的时频聚集性，并且在一定范围内随处理脉冲数的增加，相参积累性能进一步提高。

针对小样本背景下，存在相干信号、相位及阵元位置误差，传统波束形成方法性能不佳的问题，提出了基于迭代自适应法(IAA)的协方差矩阵重构稳健波束形成方法。该方法利用IAA估计出精确的功率谱，并进一步利用IAA估计的功率重构干扰协方差矩阵。重构过程中，将积分区域缩小到三维立体环域，减少无用信息的影响，提高了干扰协方差矩阵的重构精确度。最后通过波束形成抑制干扰信号。由于IAA不依赖于信号的非相干假设，解决了相干信号存在下的方位估计和功率估计。仿真表明，所提出的方法在相干信号、少快拍、相位及阵元位置误差同时存在的情况下，相对于其他波束形成方法，具有最优的信干噪比(SINR)输出，表明该方法具有优良的抑制干扰性能。

为适应5G通信的发展与现实通信系统的需求，假设一个更为通用的多跳协同无线通信网络场景，并分析了在该场景下的系统安全容量，得出该指标的积分解析解。同时，通过基于蒙特卡洛算法的计算机数值仿真实验，安全容量的积分解析解的正确性得到验证。最后，通过对数值仿真的观察与讨论，可以得到一系列关于多跳协同中继无线通信网络的安全性能的结论。

通过移动无人机(UAV)收集无线传感网络数据的方案已受到广泛关注，将感测的数据与产生此数据的传感节点位置关联起来是十分必要的。为此提出了基于无人机的强健节点定位算法(UAV-NL)。UAV-NL算法将UAV位置作为未知信息。传感节点接收由UAV在随机位置传输的beacon包，并记录接收信号强度指示(RSSI)矢量；通过理论推导2个RSSI矢量的范数距离与这2节点距离的线性关系；最后，通过RSSI值测距，并利用半定规划(SDP)算法估计节点位置。仿真结果表明，提出的UAV-NL算法即使在噪声信道条件下仍具有高的定位精确度。

通过车载网络(VAETNs)能够有效提高交通管理系统(TMS)的数据传输。然而，由于通信距离短以及车辆的移动，完成VANETs中的数据传输是一项挑战任务。为此，提出基于复杂网络指标的数据传输(MCDD)策略。MCDD策略依据二跳邻居的信息，并通过介数中心性和度中心性两项性能指标选择转发节点，进而降低开销和缩短传输时延。仿真结果表明，相比于基于区划分的全-分布式流量管理系统(FTMS)，MCDD策略的交通拥塞时间缩短了约48.95%，平均行驶速度提高了约8%。

为解决射频信号接收系统前端因强电磁干扰而发生的互调干扰、阻塞和饱和等问题，设计基于宽带匹配网络优化了一款高效率宽带接收机。该接收机模块工作频率覆盖整个S波段，其采用4线制SPI接口，根据上位机的指令完成链路控制。除此之外，采用7阶巴特沃斯低通滤波器设计，严格保证带内最佳平坦度和端口驻波比。实测结果表明，该接收机模块实现了100?kHz~6?GHz的信号放大和下变频，并以140?MHz和100?kHz~19.999?MHz的中频输出，具备内外部10?MHz参考时基自动切换功能。可见射频接收前端优化设计可实现对目标侦测频段内信号的高选择性跟踪预选，使接收系统对强干扰信号进行有效抑制。

低频电磁波具有较低的传输损耗，但是传统的谐振式天线往往尺寸较大，工程应用的难度很大。运流电流可以产生时变的辐射电磁场，并且工作频率不再受传统谐振天线的尺寸限制，这为小型化的低频发射天线提供了一种有价值的思路。通过理论计算，研究了振动电驻极体的电磁场和等效模型，通过仿真进行验证，并对基于电驻极体机械运动的小型化的低频天线进行了有益的探索。研究表明，振动的电驻极体可实现类似于微小电流元的辐射特性。

为了提高瞬变电磁系统回波辨识，设计一种新型的波形相似度算法，对接收到的瞬变电磁系统回波数据进行分析处理。针对因各种干扰因素采样到的回波数据变得难以区分、辨识，传统的回波处理方法效果不理想的情况，从空间向量的角度出发，将采样点作为评价指标，利用熵权法设置指标权重，综合各个评价指标，提出一种新型的波形相似度算法。通过大量数据实验分析，该算法在回波辨识方面取得了不错的效果，对部分厚度的辨识准确度达到了90%，具有较好的实用价值。

在激光打靶实验过程中会产生电磁脉冲(EMP)信号，测量这些电磁脉冲信号所使用的电场探头输出信号多数为微分信号，需要进行积分后才能得到测量结果。模拟积分器由于带宽限制，不能满足测量要求，需通过数字积分器完成积分。本文基于小波变换与傅里叶变换对数字积分器进行设计，采用小波软阈值法与低频去零漂法对微分信号中高频随机噪声及零漂误差进行处理。经过研究分析，可对上升时间小于100?ns的电磁脉冲信号进行积分，并取得较好的效果。

为研究户外配电设备对雷电电磁脉冲(LEMP)的防护能力，利用基于时域有限差分法(XFDTD)的全波三维电磁场模拟仿真软件对近场LEMP与户外箱变金属开孔外壳的耦合情况进行仿真模拟，得到3种正面具有不同形状散热孔阵的箱变在距回击点30 m处，其内部距开孔位置

当前图像融合主要通过图像特征取大的方法来融合图像系数，忽略了图像边缘特征的相关性，使融合结果中存在块现象和不连续现象等不足。为此，引入二代曲波(SGC)变换，设计边缘特征加权的图像融合算法。将输入图像通过SGC变换，分解出其低频和高频系数；采用区域能量模型，计算出图像所包含的能量特征，通过均值模型，计算出图像所包含的亮度特征。利用图像的能量和亮度特征，构造双特征低频系数融合函数，获取能量特征和亮度特征都较为理想的融合低频系数。利用Sobel算子对图像的边缘特征进行检测，利用检测结果构造边缘特征加权的高频系数融合准则，获取高频系数融合结果。最后，借助二代曲波逆变换处理融合系数，获取融合图像。实验测试结果显示，相对于当前融合技术，所提算法具有更好的融合效果，其融合图像具备更好的边缘连续性以及清晰度。

为了改善番茄表面缺陷分割的效果，采用多链球型结构宇宙算法。首先建立多链球型宇宙拓扑结构，每个宇宙体只能、最多与周围的3个宇宙体进行信息交流，以保持该宇宙出入流平衡；通过最优阈值分割番茄缺陷图像，使用一个分离元素作为结束图像分割的停止条件；最后给出了算法流程。实验仿真显示，本文算法对番茄图像表面缺陷分割结果清晰，对各类缺陷的正确分割率比较高。

由于图像之间存在光照变化巨大、部分遮挡和损坏等现象，稳健且高效的图像对齐仍然是一项具有挑战性的任务。为此，提出了一种改进的在线图像对齐算法。通过图像梯度方向(IGO)的主成分分析(PCA)来提供比像素强度更可靠的低维子空间，然后在IGO域中寻找对齐，使新到达图像的IGO对齐被分解为稀疏误差和从先前良好对齐图像上学习得到的IGO-PCA基的线性组合的总和，进而图像对齐问题可被建模为l1范数最小化问题。将该问题松弛为凸优化问题，并提出一种基于乘子交替方向法的凸优化求解算法。考虑IGO均值的偏移，基于增量奇异值分解自适应地更新IGO-PCA基。在大量具有挑战性的数据集上验证了所提算法的有效性。实验结果表明，相比于目前典型的尺度不变特征变换(SIFT)算法、稀疏和低秩分解(RASL)算法和变换Grassmannian鲁棒自适应子空间跟踪算法 (t-GRASTA)，本文算法的对齐效果更佳，对于图像的光照变化和遮挡现象等具有更强的鲁棒性。

为提高微小零件亚像素级定位效果，采用改进爬山算法。将目标区域向外扩展获得调焦窗口跟踪漂移图像，边界由像距和视角决定；然后优化爬山搜索算法得到最优收敛解，二维图像信息熵构成调焦图像评价函数；改进Zernike矩算法，通过高阶矩的模代替边缘参数，减少了计算量，卷积窗口矩阵构成Zernike矩的差值，提高定位精确度；最后给出了算法流程。实验结果显示，改进Zernike矩偶模板比奇模板边缘亚像素定位误差小，相比空间矩算法、多项式拟合算法、Zernike矩算法、区域生长算法和模板匹配算法，对规则形状定位误差均值分别减少了43.24%,21.62%, 32.43%,27.03%和56.76%；对不规则形状定位误差均值分别减少了39.02%,20.15%,26.83%,24.39%和51.22%。本文算法定位精确度较高。

手术烟雾是微创手术过程中对患者和医师健康产生危害的重要来源，也是手术风险控制中的重要环节。现阶段对这一复杂流体现象的仿真在精确性和可交互性等方面都有一定局限。通过改进的涡粒子方法将传统的流体模型与基于无网格的算法相结合，实现了面向微创消融术的手术烟雾仿真。该方法将传统模型在计算烟雾流体时因数值耗散而丢失的流体细节以涡量约束力的形式重新耦合进流体方程中，实现了对包括小尺度涡在内的流体细节的还原。同时通过GPU并行加速的方法和基于患者医学图片重建的三维模型实现了可交互式的仿真。仿真结果展现了较高的真实性和流体细节，实现了良好的计算优化及程序拓展性，为未来应用中的手术规划及训练奠定了基础。

针对工业过程控制中阀门定位器阀位控制不精确，易造成阀门阀位往复波动不稳定现象，设计了一款气动智能阀门定位控制电路板。其中硬件设计以微处理STC12C5A60S2为核心并输出双极性PWM(脉宽调制)脉冲驱动压电阀，外围电路包括电源转换电路、I/V转换电路、A/D采样电路、按键和液晶显示电路等；软件设计由于阀门控制及执行过程是非线性时变的系统，很难建立精确数学模型，所以控制系统采用模糊PID(比例积分微分)控制算法替代常规PID控制。通过软件硬件两方面改进设计，可以有效避免阀位波动不稳定现象，稳定过渡时间只需1.2?s且系统无超调量；在Matlab中，采用阀门各机构所建立数学模型的传递函数及阀位实测数据进行仿真。通过波形对比，得出所设计的阀门定位器控制电路板，能使阀门控制更加稳定、快速、准确。

针对无线自组网按需平面距离向量路由协议(AODV)路由度量的单一化而引起的节点能耗枯竭,形成的网络区域化以及路径拥塞问题，提出一种多度量路径选择机制的路由协议――M-AODV. 以AODV路由协议为基础，在路由发现阶段，根据设定的能量阈值和接收信号强度阈值选择能量较高和信号强度较强的节点作为路由节点；在路径选择阶段，首先根据物理层的接收信号强度、拥塞度和跳数计算每段链路稳定值，其次将每段路径稳定值进行累加得到整条路径的稳定值,最后选择稳定值最大的路径作为最优路径. 使用NS2.35仿真软件仿真，结果表明：改进后的协议与AODV相比在端到端延时缩短了近30%，在数据包传输率、吞吐量和节点存活率方面优于AODV和I-AODV-SE路由算法.

针对无线传感网络(WSNs)的数据传输问题，提出基于转发区域调整的能效地理位置路由(FAEG). FAEG限定了数据包的转发区域，构建候选转发节点集，并从节点集中选择权重大的节点传递数据包；通过节点剩余能量和离目的节点距离信息计算节点权重，使剩余能量大和离目的节点近的节点具有优先传递数据包的资格，提高了路由稳定性. 节点遭遇路由空洞时，则调整转发区域，在更广范围内选择传输数据包的节点. 仿真结果表明，提出的FAEG降低了能耗，并提高了数据包传递率.

大规模的netflow训练数据集是构建高质量、高稳定网络流量分类器的必然要求. 但随着网络流特征维数的提高和数据集规模的扩大，无论是网络流的分析处理还是基于支持向量机(SVM)的分类器模型的训练，都无法在有效的时间内得到有效的处理结果. 本文基于Hadoop云计算平台，采用MapReduce技术对SVM网络流量分类器进行分布式学习和训练，构建CloudSVM网络流量分类器. 通过对来自校园网出口镜像的近2 T的大规模网络流量的跟踪文件的分布式存储和处理，对抽取的样本数据集进行分类，实验验证了基于Hadoop平台分布式存储和并行处理大规模网络数据集的高效率性，也验证了CloudSVM分类器在不降低分类准确度的情况下可以快速收敛到最佳，并随着大规模网络流样本的增加，SVM分类器训练的时间趋近平稳.

针对无线传感网络的安全路由，提出能效和安全多跳路由(ESMR). ESMR路由通过密钥共享策略，提高路由防御恶意节点的性能. ESMR路由先依据节点的位置将网络划分不同区(Zone)，在每个Zone内，依据邻居节点位置划分多个簇；然后，每个Zone的簇头向基站传输数据，并依据密钥共享策略对数据进行加密. 仿真结果表明，相比于同类路由，提出的ESMR在网络寿命、吞吐量、能耗以及端到端时延方面的性能得到有效提高.

为提高对数据集的加密效果和保障数据集的安全性，在分析传统非对称密钥(RSA)算法运行原理及其参数选择、素数判定条件的基础上，提出了改进RSA算法. 为进一步提升加密速度，引入数据加密(DES)算法. 首先利用DES算法实现明文数据集的加密，并针对密钥进行RSA加密；在此基础上，在明文和密文空间中，利用加法同态过程对密文进行计算，并通过对结果的解密操作得到相应的明文计算结果. 实验结果表明，与基于传统RSA算法或DES算法的加密方法相比，该方法的加密效率和抵御攻击成功率更高，加密过程耗时5~6 s，抵御攻击成功率保持在95%上下，说明该方法能够有效保护隐私数据集的安全.

水下传感网络是开发水域环境的有效技术手段. 但在水下环境传输数据，信号衰减快，通信链路质量差，降低了数据包传递率. 提出基于链路质量和位置的协作(LQLC)路由. LQLC路由引用协作路由思想，利用链路质量和节点能量信息，构建候选转发节点集；再从候选转发节点集中选择具有最优链路质量的节点作为转发节点；最后在候选转发节点集中选择离转发节点最近的节点作为协作节点. 仿真结果表明，提出的LQLC路由提高了数据包传递率.

新型封装堆叠(PoP)封装存储器的结构与常规封装不同，导致现行破坏性物理分析方法不完全适用于新型PoP存储器. 对新型PoP存储器结构分析，找出了影响新型PoP封装存储器可靠性的典型缺陷. 以某型号PoP封装存储器为例，运用3D-X-ray、金相切片、叠层芯片分离、非顶层芯片内部检查等关键技术，提出了一套适用性强、效率高的综合性破坏性物理分析方案，并通过实例验证了新型PoP封装存储器可靠性评估方法的有效性，同时也为后续标准的修订及其他先进封装器件的破坏性物理分析提供依据和帮助.

设计了一款Q波段的双通道多功能单片电路，其内部集成了威尔金森功分器、六位0.5?dB步进数控衰减器和单刀双掷开关. 在设计过程中，开关单元电路采用三级并联结构，有效降低电路插入损耗，提高隔离度；数控衰减器单元采用多节并联T型结构，改善高频段插入损耗和衰减精确度指标. 通过以上设计方法，该单片电路在40~50?GHz插入损耗为10?dB，隔离度为26?dB；能够实现幅度控制步进0.5?dB，最大衰减量31.5?dB.

针对多层陶瓷结构(MCS)介质缺陷的超声检测(UT)技术开展了研究. 首先，以多层瓷介电容器(MLCC)结构为例，通过薄层反射理论计算并证明了UT对空洞和分层等介质缺陷检测的适用性和有效性，即较低的频率对极薄的空隙也有很强的反射信号；同时，给出了C-Scan检测参数建议，包括等效焦距、表面波时间、门限和增益. 其次，对MCS进行了实际的UT检测验证，表明50 MHz是最佳的筛选频率. 最后，给出了A-Scan判别缺陷的理论依据和渡越时间定位缺陷纵深定位的方法，并通过制样检测进行了验证.