Abstract:

基于单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜，构建了一种具有多频窄带共振效应的新型太赫兹(THz)超表面。深入分析了周期性微结构单元参数对超表面的共振特性的影响；通过仿真及理论计算对器件的共振耦合机理进行研究，二者具有较好的一致性。通过在超表面覆盖不同折射率的介质层，分析这种THz超表面器件的折射率传感特性，灵敏度分析结果显示，该超表面器件可实现最高64 GHz/RIU的折射率传感。

Abstract:

基于方形开口环与金属棒组合的超材料结构，提出一种新型透射式太赫兹偏振转换器件。研究了基本结构单元的不同组合方式对偏振转换特性的影响，并通过优化结构单元的相关参数，提高了偏振转换功能的工作带宽。最终在0.45~1.30 THz范围内实现了高效的X-Y方向交叉极化偏振转换，有望用于集成化太赫兹偏振转换器件的研究和应用中。

Abstract:

现有的大多数特殊波束(聚焦波束、艾里光束等)超表面通常采用金属结构单元，通过改变单元结构的尺寸和旋转角度等方式进行单一的波前调控，但对动态调谐波前的特殊波束超表面的研究很少。本文突破传统结构的壁垒，利用石墨烯独特的电可调性，构造出利用石墨烯费米能级动态调控波前的特殊波束超表面，可在动态调控波前上实现更灵活的自由性，满足更多、更复杂的相位需求。通过调控石墨烯费米能级获得不同的相位分布，动态调控焦点的空间位置、聚焦开关与焦点个数之间的切换以及影响艾里光束的参数等。所提出的动态调控波前特殊波束超表面可为太赫兹在高分辨成像、聚焦可调平面透镜、光学显微操作、激光微加工、光学子弹成型等方面的应用提供参考。

Abstract:

设计了一种全新的一维石墨烯-光子晶体(PhC)复合谐振结构，使用传输矩阵法(TMM)对其所支持的太赫兹Tamm等离子体激元(TPP)和腔体模式(CM)之间的强耦合效应进行理论研究。研究表明，用于表征耦合强度的Rabi分裂能随着光子晶体周期数的减小而增大；改变间隔层和腔体厚度以及石墨烯的费米能级时，也会影响Rabi分裂能。最后通过入射角度对耦合模式进行主动调控，当入射角处于0°~60°时，耦合模式的特性与偏振无关。本文的研究结果为太赫兹强耦合效应的研究和应用提供了新的思路。

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太赫兹波在生物医学领域具有非电离、无标签、实时等优点，因此在该领域具有巨大的发展潜力。为了解决介电常数相近的生物组织之间的区分问题，设计并制造了一种具有Fano共振特性的超材料，并进行太赫兹反射成像实验。模拟和实验结果显示，在0.82 THz下，该超材料的反射灵敏度达到132 GHz/RIU。该超材料不仅可以提高标准成像分辨率板的对比度，还可以将肌肉组织和脂肪组织之间对比度提高约7.5%。这些结果表明，该超材料能够显著提高生物组织切片图像的对比度，为今后太赫兹应用于临床组织样本奠定了实验和理论基础。

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以三氯蔗糖、赤藓糖醇、木糖醇3种人工甜味剂为研究对象，采用太赫兹时域光谱技术，结合多种机器学习和优化算法对甜味剂与面粉混合物的光谱数据进行系统的分类识别和定量回归研究。结果表明，麻雀搜索算法-支持向量机模型/支持向量回归模型(SSA-SVM/SVR)对混合物的定性及定量分析结果均达到最优，分类预测的准确率达到95.56%，定量回归预测的最佳回归系数R2为0.999 8，实现了3种甜味剂和面粉混合物的高精确度分类和定量分析，为人工甜味剂的快速检测提供了一种有效可靠的新思路。

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随着脉内特征识别、信号分选等电子侦察技术的发展，雷达波形设计正面临严峻的挑战。幅度调制作为一种新型脉冲调制方式，能够增加信号时域的复杂性，提升波形的反识别能力。本文提出一种幅相联合编码雷达波形，通过幅度相位联合调制提升雷达波形的复杂度，具有良好的反侦察潜力；利用幅度上的稀疏采样特点，提出匹配滤波与压缩感知相结合的回波信号处理方法处理此信号，有效提升低信噪比条件下的检测概率。最后通过仿真实验证明了所提幅相联合调制雷达波形设计与处理方法的有效性。

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低轨卫星物联网(IoT)作为空间信息网络的重要组成部分，由于其星座规模激增，卫星平台动态性强，终端数量多，在与其他通信系统进行干扰分析及协调时，存在干扰计算复杂度较高的问题。实际中，物联网终端的分布与地理和人口高度相关，但由于单颗卫星覆盖面积大，面临多种密度和部署终端，采用静态遍历计算的方式将带来运算量爆炸。本文从同频干扰产生的机理出发，以区域化发射场强作为密集物联网终端上行集总干扰的建模核心，并引入泊松点过程(PPP)分布模型对地面终端进行等效建模，使区域化的上行集总干扰仅与分布参数及发射参数有关，而与终端确切位置、数量均无关。仿真结果表明，本文方法与传统链路分析结果相比误差较小，对不同数量终端的拟合性能均较好，并能有效降低长时分析的计算复杂度，能够用于高效干扰分析与计算。

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现有高功率激光装置中瞬态磁场测量装置未考虑屏蔽性能和信号还原。为了准确地对打靶后产生的瞬态磁场进行分析，根据瞬态磁场的频率范围和特点，基于电磁感应原理，采用黄铜作为屏蔽材料，利用皮革作为绝缘材料，设计并研制了一款适用于高功率激光装置中瞬态磁场测量的传感器。频率响应达到500 MHz，完成了相应瞬态磁场的测量，为高功率激光装置的电磁干扰、电磁兼容方面研究提供了测试手段和数据支撑。

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带有频变负载的传输线系统的瞬态响应分析是电磁兼容领域的一个重要内容，特别是对于频变负载网络较为复杂或内部结构不清晰的情况，其瞬态响应的分析较为困难。本文首先在采样频率点处对频变负载端口导纳进行测量或计算得到相应的采样导纳，并采用有理函数逼近的方式对端口导纳进行等效；之后采用矩阵束(MPM)方法求解出有理逼近函数所需的极点和留数，并将其代入到分段线性递归卷积(PLRC)技术中，实现传输线和频变负载连接点处电压的分段线性递归卷积表达；最后，结合传输线方程实现带有频变负载的传输线系统的瞬态响应分析，并通过2个算例对所提方法的性能进行验证。结果表明，所提方法在计算精确度上具有明显的优势。

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随机测试(ST)方法是一种不确定性量化方法，已有的ST方法还不能处理具有任意分布随机变量的情况。通过Gram-Schmidt正交化算法为任意分布随机变量构建混沌多项式基底，对ST方法进行拓展，使其可用于任意分布随机变量的情况。将拓展后的ST方法用于传输线场线耦合分析中。在场线耦合的计算中，由于辐射场的不确定性，入射波极化角、方位角与仰角存在不确定性，因此传输线的响应也呈现出不确定性，导致随机场线耦合问题。针对输入参数服从任意分布的情况，应用ST方法对传输线场线耦合响应进行不确定性量化。对模型的输出响应进行多项式混沌展开，通过求解展开系数得到模型响应的统计信息。结合单随机变量和多随机变量场线耦合算例，得到传输线电压响应的统计信息。最后对比蒙特卡罗模拟方法，验证了ST方法的正确性和高效性。

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在非线性非平稳信号的分析、处理以及特征提取中，希尔伯特-黄变换(HHT)是一种高效的自适应分析方法，在工程领域中有着广泛应用。本文利用经验模态分解(EMD)和变分模态分解(VMD)方法对近海摩托艇的水声信号进行对比分析，发现水声信号能量主要集中在低频段。与高频段相比，其振幅相对较大。EMD方法在分析这类信号时，会产生模态混叠，因此不能有效分解信号和提取特征；而VMD方法可有效降低模态混叠现象，能够成功提取其信号特征。研究结果表明，VMD方法在船舶水声信号处理分析及特征提取时更为有效，为复杂水声信号的处理提供了一种可行的技术参考。

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采用微波暗室静态测量数据动态反演，获取了两类模拟弹道目标在典型战情下的全极化雷达散射截面(RCS)回波序列。针对该时间序列具有的典型非平稳性、拟周期性特征，直接利用谱分析法提取进动周期效果较差等问题，本文在预处理环节利用小波方法进行降噪和加强进动通带细节；针对仅利用单一通道进行特征提取所面临的提取精确度不高、极化信息利用不充分等问题，分别利用主成分分析法和极化不变量法进行全极化通道融合处理。实验结果表明，利用极化信息提取方法明显优于单极化通道提取方法，在无噪观测环境下误差小于0.002 Hz。

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以包含多种附件的液体和气体管道为对象，开展复杂结构管道声发射信号的衰减特性研究。通过采集不同流量压力下管道本体的声发射信号，分析其幅值衰减规律，并用DB8小波包与快速傅里叶变换(FFT)研究管道声发射信号成分变化。通过采集阀门、法兰、流量计等6种管道附件前后的声发射信号并分析衰减规律，发现对声发射信号衰减影响最大的管道部件为电磁流量计。之后重点分析了法兰上螺栓连接紧固程度对信号幅值和频率成分的影响，实验结果表明，螺栓紧固程度越高，声发射信号衰减越小。本文的相关研究结论对工程中进行输油或输气管道进行声发射检测时的传感器布设决策具有集成化的参考价值。

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在复杂的空间电磁环境下，电路受宇宙射线、单粒子的影响较大，因此器件的可靠性至关重要。反熔丝现场可编程门阵列(FPGA)是以反熔丝为基本编程结构的一次性可编程器件，编程后状态不可翻转，具有非易失性、高保密性、高可靠性、抗辐照等优势，非常适用于航天航空等领域。本文给出一种基于国产反熔丝FPGA(RS422)的抗辐照波控单元设计方案,以国产反熔丝FPGA芯片为核心，给出系统电路的工作原理、实现框图，解决空间电磁环境下雷达阵面控制问题，并进行了相关实验。实验结果表明，在5 MHz波特率下，RS422传输延迟小于码元周期，且对144单元移相组件的布相时间小于500 μs，达到设计指标要求。

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微机电系统(MEMS)惯性开关在引信领域有广阔的应用前景，但可用于引信工作环境的低g值型MEMS惯性开关较少。对此，为低发射过载的弹药引信提出一种低闭合阈值的MEMS惯性开关设计方案，满足引信识别低g值冲击信号的功能需求，实现稳定接通引信电源的功能，同时具备抵抗引信工作环境中高过载的能力，提高引信可靠性。依据触发信号特征和引信工作环境提出设计要求，对惯性开关的振荡模型进行理论分析，阐明惯性开关结构尺寸对开关性能的影响规律，给出开关整体设计方案，并应用ANSYS有限元软件对设计结果进行仿真验证。仿真结果表明，所设计的惯性开关能够监测幅值为20g、脉宽为1 ms的冲击信号，开关响应时间小于1 ms，电极接触时间长于30 μs，抗过载性能达到12 000g，满足性能指标要求。

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选择有效的方案实现智能电网中的双向实时通信至关重要，电力线载波(PLC)技术提供了一种适合中国国情的低成本解决方案。介绍了OFDM PLC调制技术的优势，通过分析低压电力线通信信道输入阻抗，建立了低压电力线载波模块系统模型。并在关于电力线信道的研究基础上，设计了基于低压电力线的高速载波模块。测试结果表明，该载波模块设计方案具有较高的接收灵敏度和抗噪声能力。

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随着互联网的应用发展，用户对带宽的需求日益增大。同时，伴随着宽带接入技术的发展，终端可以同时具有多条网络链接，然而传统传输控制协议(TCP)采取单路通信，因而造成资源浪费。为此，IETF专门提出了多路径TCP(MPTCP)来实现TCP的多路传输，从而提高链路利用率和协议鲁棒性。本文对国内外MPTCP的最新研究成果进行了总结，包括MPTCP的体系结构、路由和拥塞控制等内容，可为国内研究者进一步深入研究提供参考。

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针对传统测量方法和测量仪器无法准确测量失真正弦波或非正弦信号有效值的问题，提出利用美国AD公司的真有效值检测单块集成电路AD536A测量任意高频信号真有效值的方法。从理论上说明平均值测量法测量的有效值与真有效值的区别，分析了当前有效值测量方法的缺点，设计了真有效值检测电路。实验表明，该测量方法和检测电路能实现对任意高频信号真有效值的测量。

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针对目前井下人员定位系统存在的问题，提出一种基于步行者航位推算的辅助定位方法。利用低成本的惯性测量单元(IMU)和磁力计，设计稳定的姿态与航向参考系统(AHRS)，利用惯性导航的相关理论，并通过分析人员步行姿态，进行零速修正(ZUPT)，组成步行者航位推算系统，对井下人员进行实时航位推算。以实验室大楼走廊模拟井下矿道环境进行航位推算实验，实验结果表明，本方法对人员行走距离和方向做出良好的推算，能成为现有井下定位的有效补充，提高人员定位精确度。

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针对微应变片的高精密度、高线性度、高稳定度及较高增益的测量要求，采用仪用放大器AD625为核心器件，通过将精密匹配的电阻对安装于器件的恒温位置的巧妙设计，尽可能地消除电路中存在的共模电压，由于电路布局使匹配电阻的温度变化基本一致，也极大地降低了温度漂移的影响，从而获得了一种适用于微应变计测量的高性能差动放大电路，其增益的线性度达到约0.01%的水平，共模抑止比达到129 dB。

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太赫兹光电子学的兴起推动了太赫兹波产生、传输和探测3方面理论和器件的快速发展。通过调控亚波长金属结构与太赫兹波相互作用的特异光学响应，太赫兹超材料和超表面器件已在太赫兹光束整形、导波和调制方面显示了巨大的潜力和优势，并可能推动太赫兹光源和探测器的发展。进一步发展和丰富太赫兹超材料和超表面器件，也将对太赫兹波在传感、通信和雷达等应用方面产生有益影响。本文综述了首都师范大学超材料与器件课题组近年来在太赫兹波段开展的基于超材料和超表面材料的光谱调制器件、光场调制衍射光学元件和主动光学元件的工作，介绍了超材料与器件的基本物理理论以及相应的实验研究成果，希望能够推动超材料与超表面太赫兹调制器件的发展与应用。

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因对半导体器件进行安全、快捷、无损伤的辐射效应研究及验证的迫切需求，激光模拟辐射电离效应方法应运而生，并得到了国外科研界的推动和认可。相比于大型地面辐射模拟装置，激光模拟方法具有许多独特优势，可为深入认识半导体器件辐射效应，开展有针对性的抗辐射加固设计提供重要的补充手段，其研究在理论和应用方面均具有重要意义。本文简要叙述了γ射线、激光与半导体器件相互作用产生电离效应的主要机理，归纳了激光模拟的物理基础和主要特点，总结了国内外发展的情况，深入分析了当前研究存在的问题，并提出了开展研究可以采取的手段和方法。最后展望了未来值得进一步探索的研究内容和方向。

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介绍了太赫兹频段引信天线的优缺点与背景需求。为实现太赫兹频段引信天线工程应用，分析了介质透镜天线在太赫兹频段的工作原理及应用特点，采用H面喇叭嵌装介质透镜天线形成太赫兹频段引信天线，可以有效缩短H面喇叭天线的纵向尺寸。并利用透镜的偏焦技术形成不同波束倾角的引信天线，对不同波束倾角的太赫兹引信天线进行了仿真计算，仿真计算结果验证了该技术方案的可行性。

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针对ISO14443,ISO15693和Tag-it等多种协议，提出了一种新型的基于高级RISC微处理器(ARM)的射频识别系列通用射频卡读卡器的电路设计，并使用加密模块实现了在操作过程中对数据流的加密。介绍了系统组成、工作原理和工作流程，给出了加密电路和射频网络的详细硬件设计，对该设计结果进行了测试及分析，结果表明该电路能对有效范围内的多种类型的卡准确无误地读写和加密。

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超宽频带传输在短距离内(通常10 m范围内)利用自身的带宽优势，可以通过较低的能量(功率谱密度小于-41.3 dBm/MHz)和较大带宽(超过500 MHz)进行高速通信(100 Mb/s以上，理论上可以达到1 Gb/s)。超宽频带通信技术与多入多出技术的结合还可以进一步增加通信容量。作为超宽带通信应用中重要的一环，超宽频带天线的优化设计显得尤为重要。超宽频带天线为带宽超过500 MHz或相对带宽大于20%的宽频天线。本通信选取最具代表性的Vivaldi天线为例，通过统计优化算法对多目标任务进行优化，得到130 mm ×100 mm尺寸天线的-10 dB带宽达2.4 GHz。该设计方法对宽频带、多参数天线设计有较好的借鉴。

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为了提高调制器的灵活性和可扩展性，设计了一个中心频率和符号速率可调，且支持多种调制体制的高速通用数字调制器方案，并能产生中频为80 MHz，带宽为7.936 5 MHz的正交相移键控(QPSK)信号和16QAM(正交幅度调制)信号。集中论述基于软件无线电的通用调制算法、符号映射原理和高速成形滤波模块的具体实现。测试结果表明，该方案开放性好，结构简单，体积小，具有一定的实用性和通用性。

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TMS320DM642平台上实现TCP/IP通信，可为嵌入式多媒体系统的网络应用提供技术支持。分析TMS320DM642芯片功能和LWIP(轻量级网络协议)层次结构，通过LWIP的移植，实现TMS320DM642非NDK(网络开发者套件)解决方案的TCP/IP网络通信，实例验证了LWIP移植方法的有效性。

Abstract:

伪码跟踪环的设计是实现非相干扩频接收机的关键环节。为了实现非相干扩频接收机的伪码跟踪，设计了能量归一化的延迟锁定跟踪环，给出了环路的实现结构及环路参数的计算方法。分析了非相干扩频的特点，指出环路设计的关键点，在此基础上阐述了码环鉴别器、环路滤波器、超前滞后码发生器的设计及实现方法，并给出一套具体的实现参数。Modelsim仿真结果及FPGA实测数据表明所设计的环路能对伪码进行精确跟踪。

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高速数据采集系统是现代雷达信号处理不可缺少的重要组成部分。文章以宽带侦察接收机信号处理为应用背景，论述了一种基于带通采样的高速数据采集系统的设计方案。该方案以Xilinx公司Virtex-5系列FPGA为平台，控制高速模数转换器ADC08D1000，完成数据采样、传输、存储、信号处理功能，并选取高速FIFO作为存储设备，解决数据率转换问题。该系统实现了软件、硬件设计，测试结果验证了方案的可行性。

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作为一种快速精确进行超越函数运算的方法，坐标旋转数字计算(CORDIC)算法在现代工程实践中获得了广泛应用。本文简要介绍了该算法的基本原理，给出了具体的计算方法，并以双曲正余弦函数的求取为例，给出了CORDIC算法在FPGA中的实现方法，在集成综合环境(ISE)平台上进行了仿真。结果表明，由于采用了流水线结构，算法精度较高，实时性较好。另外，通过Matlab相应的算法进行了仿真，得出迭代次数和计算误差之间的关系曲线，有助于实际应用中选择迭代次数。

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空间光调制技术广泛应用于阈值开关、高速光互连、光逻辑运算等领域，对光信号的实时快速寻址有极高的要求。与电寻址方式相比，光寻址采用并行寻址，速度快，分辨率高，具有更大的优势。但在实际应用中，如何实现快速稳定的光寻址成为空间光调制的关键。本文以ZnO薄膜作为光导层，构造光寻址液晶空间光调制器，更好地实现了对读出光光强和相位的二维空间分布的调制。

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针对传统的油田GIS系统存在的不足，包括客户机/服务器(C/S)模式运维不便，无法在线实时绘制兴趣点(POI)，不能根据区域进行分割定位等方面，提出了相应的解决方案，设计并实现了基于AJAX+JSON+HTML5组合技术的浏览器/服务器(B/S)架构油田信息查询系统。实验结果显示，POI实时绘制功能和区域分割功能提高了交互性，丰富了用户体验，满足油田应用的实际需求，为多元化网络服务的发展铺垫了道路。

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对于THz频段的检测器，当器件的尺寸远远小于检测信号的波长时，可以获得快速的响应速度，但耦合信号的能力会下降。为了提高检测器的信号耦合能力，需要借助天线收集信号。因此天线的性能直接决定着器件的响应频段及灵敏度等参数指标。六氮五铌(Nb5N6) 微测热辐射计太赫兹检测器采用平面集成天线的方式来耦合信号，平面天线通过微加工技术，经过光刻、剥离等过程，集成在基片上，Nb5N6置于平面天线的中心。针对0.32 THz的中心频率，尝试采用电容耦合信号的设计方法，提高了Nb5N6的信号耦合能力。

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为实现高频地波雷达中的多目标跟踪，有效利用多普勒量测改善系统性能，采用多假设数据关联算法的多目标跟踪系统，提出了多普勒速度优先的二重波门设置和基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的多假设算法。基于EKF的多假设算法，直接利用EKF过程中得到的参数更新观测向量方差，计算假设的概率，实现多假设数据关联。建立仿真场景，验证了二重波门设置能有效减少杂波干扰，并将基于EKF的多假设算法与独立假设下引入多普勒速度的关联算法比较，结果表明基于EKF的多假设算法在高频地波雷达这种较高杂波密度条件下效率更高，捕捉航迹和滤除虚假点迹的能力更强。

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针对GMSK混合信号的单通道盲分离问题进行了研究。由于不能直接采用逐幸存路径处理(PSP)算法对GMSK混合信号进行分离，考虑对GMSK信号作线性近似处理，使得GMSK混合信号适用于PSP算法。该算法通过在符号序列和信道参数组成的联合空间进行最大似然估计，保留最优路径，输出符号对，从而获得分离信号。仿真结果表明，使用PSP算法对GMSK混合信号进行分离的误码率性能略优于粒子滤波算法误码率性能，但复杂度远低于粒子滤波算法。

Abstract:

针对汽车牌照的自动识别中倾斜问题，对Hough变换提出了新的用法。首先，根据灰度确定汽车图像中车牌的位置和范围，取出包含车牌的子图像；然后对子图像中的点作二级Hough变换算法，计算出子图像中主要直线的角度，该角度被认为是车牌的倾斜角度；最后，用插值旋转的方法进行校正。仿真实验验证了本文算法的有效性。

Abstract:

基于代理签名理论和前向安全签名理论，提出了一个前向安全的强代理签名方案，其安全性建立在求离散对数和模合数求平方根是困难的这两个假设的基础上。此方案同时对代理签名人和原始签名人的权益提供了保护，攻击者即使在第i时段入侵系统，也无法伪造第i时段之前的签名，因而具有较高执行效率和较强的安全性。

Abstract:

利用小波方法去噪,是小波分析应用于实际的重要方面。小波去噪的关键是如何选择阈值和如何利用阈值来处理小波系数,通过对几种去噪方法比对分析和基于MATLAB信号去噪的仿真试验,验证了小波去噪的优越性。通过对现场采集到的输油管线压力信号去噪处理,结果表明,该方法可以有效去除噪声。

Abstract:

从普遍接受的三个基本假设出发，讨论环境因子的定义和失效机理不变的约束条件，重点综述环境因子的研究现状和常用方法，并探讨引入反应论模型解决环境因子预测问题的可能途径。

Abstract:

从硬目标灵巧引信方案设计的角度出发，提出并分析了影响高G值加速度计所敏感的加速度值的几个关键因素：目标介质、着角、着速、加速度传感器安装位置、运载平台等对弹体倾彻性能的影响；在分析的基础上，对硬目标灵巧引信进行了初步的方案探讨；最后，给出了一设计实例。