针对通信链路连通情况下,由于误码率过高铁路专用数字移动通信系统（GSM-R）的服务质量（QoS）不满足通信需求的问题,通过对GSM-R路测数据的挖掘分析,研究了接收信号电平、同频干扰和列车运行速度这3个关键参数,提出满意通信概率模型,进而设计基于该模型的切换算法,以降低平均切换次数并尽可能地保证较高的QoS.经建模仿真,表明该算法在获得满意通信的同时,切换次数可以达到1,切换延迟小,切换位置接近两基站中间点,明显优于传统的基于电平强度的切换算法.

为改善差分跳频系统的抗部分频带干扰性能,提出一种噪声归一化合并差分跳频接收机模型.采用矩生成函数法推导了非理想噪声功率估计条件下系统误符号率的联合上界.将信道建模为瑞利衰落信道,同时考虑了加性背景热噪声的影响.数值和仿真结果验证了理论分析的正确性.研究结果表明：在噪声估计不存在严重偏差时（估计误差因子满足0.1<λ<3.0）,噪声归一化合并差分跳频接收机在最坏部分频带干扰下的性能优于乘积合并和线性合并差分跳频接收机,且当噪声估计值略低于理想估计值时（0.2<λ<0.6）,系统误符号性能优于理想噪声估计条件下的误符号性能.

为了解决在大数据量的情况下实现高效检测与跟踪的难点,提出一种室外动态未知环境下自主车的多障碍实时检测与跟踪的算法.由于Velodyne 64线三维激光雷达具有数据量大、精度高等特点,采用其与相机结合感知环境.算法结合从图像处理中得到的道边信息将原始激光雷达数据的感兴趣区域转化为栅格地图,在地图上采用区域标记和模板匹配的方法进行聚类和特征提取,检测得到盒子模型的障碍物,并进行障碍物跟踪.为了避免在多障碍物的情况下出现虚警和漏检,基于多假设跟踪数据关联和卡尔曼滤波来跟踪连续多帧的障碍物.本算法在自主车平台上能够以每帧100 ms实现准确、稳定地检测和跟踪.

通过推导视觉里程计中运动参数估计的不确定度,分析了视觉里程计的定位精度.采用矩阵扰动理论,准确计算了基于最小二乘法运动估计算法给出的6个自由度运动参数估计的不确定性,此方法的计算复杂度为O(1).采用扩展卡尔曼滤波器对视觉里程计和惯性测量单元数据进行融合优化,获得了更加准确的机器人定位和姿态信息.融合实验结果表明,融合后的闭合误差比单一的视觉里程计闭合误差减少近49.5%.

为在高铁列车通信中应用无线宽带接入技术拓展车地无线通信系统,分析在此场景下的衰落模型.在高速铁路车地无线通信基本架构的基础上,分别从无线信道自由空间模型、两径模型、简化路径损耗模型等方面研究高铁无线信道的路径损耗、阴影衰落模型.通过实测数据分析和建模衰落信道,表明车地通信中无线信号传播在大尺度范围内近似于服从自由空间模型.基于实测数据,推导高铁车地通信中的中断概率表明,无线信道参数决定中断概率曲线、最低接收功率决定车地通信最大距离.与中断概率一样,小区覆盖范围曲线也由无线信道主要参数决定,但最大车地无线通信距离值与中断概率下的取值约有10%的差距.

针对传统的硅基微加工技术因依赖掩模光刻技术而柔性化程度低的不足,以石英玻璃为基底、金为微电极材料体系,利用微笔激光直写组合加工技术制作了带有微区温控特性的多电极阵列系统.实验结果表明：金电极导体线宽44 μm,膜厚12 μm,平均电阻率1.2×10-6 Ω·cm,电极阻抗随频率的升高而降低,在低频时表现为容抗特性,具有较好的阻抗重复精度；用于微区温控的环形加热电阻在15～28 V,通电电压对微区加热温度的关系具有较好的线性控制能力,环形热敏电阻在15.0～80.0 ℃范围内的电阻温度系数值为2 805×10-6/℃,温度响应性能满足应用要求.

以变压器油中溶解的H2,CO,CH4,C2H6,C2H4和C2H2故障气体为例,通过化学热力学理论计算了固体氧化物燃料电池(SOFC)的理想输出电压,证明了SOFC对多种故障气体的可检测性.分析温度和压强对SOFC输出电压的影响,结果表明:SOFC的工作稳定性取决于高精度的温度控制系统.利用电化学动力学理论建立气体物质的量与输出电压之间的关系,通过计算发现气体物质的量与输出电压包络之间存在线性关系,从理论上证明了SOFC对故障气体的线性检测特性.设计了基于SOFC和色谱柱的实验平台,实验结果验证了SOFC检测器具有良好的重复性和线性检测特性,基线稳定,C2H2最小检测体积分数为0.08 μL/L,并可同时检测多组份可燃气体.

针对已有的变步长自适应滤波算法对噪声干扰敏感的问题,提出改进的变步长最小均方误差自适应算法,该算法对误差的自相关时间均值估计做遗忘加权补偿,并改步长因子固定范围约束为动态变化约束,一方面克服了单纯采用自相关时间均值估计调整步长所导致的步长因子快速衰减,获得了较快的收敛速度；另一方面相比基于Sigmoid函数的变步长算法,具有更平滑的步长变化和更低的稳态失调噪声.在改进算法中引入Eckart加权进一步抑制了自适应滤波器权系数伪峰,采用滑动窗遗忘加权降低了计算复杂度.将新算法及其Eckart加权应用于自适应时延估计仿真实验,结果表明：相比于已有的2种参数固定条件下的变步长自适应滤波算法,改进算法获得了更好的高斯噪声和突变噪声干扰下的时变时延跟踪性能.

针对视觉里程计(VO)因累积误差导致运动姿态估计存在的偏差,提出实时扩展卡尔曼滤波器姿态估计模型,利用惯性测量单元(IMU)结合重力加速度方向作为垂直方向参考,对视觉里程计航向、俯仰和侧倾3个方向姿态估计进行解耦,修正姿态估计的累积误差；根据运动状态采用模糊逻辑调整滤波器参数,实现自适应的滤波估计,降低加速度噪声的影响.实验采用高精度的全站仪作为真值,并结合多种地形环境,实验结果表明：50 m内跟踪的累积误差低于0.3 m,有效地提高了视觉里程计的定位精度和鲁棒性.

针对皮卫星及其星载计算机不同于大型航天器的需求与软、硬件体系结构，提出一种具有抗辐射加固功能的实时操作系统（RTOS）设计.该操作系统的内核、文件系统、协议栈及相应应用编程接口的设计采用了精简的结构与功能，以及有针对性的可靠性技术；同时，面向操作系统自身、处理器与外设寄存器，以及存储器，设计了基于存储器加固、操作系统自检与硬件监测的抗辐射加固与故障检测、隔离、恢复机制.提高了星载计算机和皮卫星的可靠性.测试与试验验证表明，该操作系统功能正确，性能满足需求，抗辐射特性有效，资源消耗符合I级降额要求.目前，该操作系统已被应用于某皮卫星型号.

针对FSK调制信号在离散短时傅里叶变换(DSTFT)解调算法中的同步问题,通过分析比较2FSK信号的谱图与码元偏移之间的特定关系,提出一种基于谱图的同步新算法,即将信号接收过程分为码元起始点捕获过程和码元跟踪过程,针对不同的接收过程采用不同的同步算法.MATLAB仿真结果表明：在相同信噪比的情况下,采用基于谱图的同步算法比其他同步算法解调的误码率更低.该同步算法已用于实际的NAVTEX接收机中,接收灵敏度满足NAVTEX检测标准：当输入信号强度为-107 dBm时,误码率小于4%, 并且接收机已成功接收、解调出国际通道信息.

为了减少纳米器件量子细胞自动机(QCA)电路的线交叉数和电路综合时采用的门电路类型,在介绍QCA细胞结构、逻辑器件、模块化设计技术以及最佳通用逻辑门ULG.2的基础上,提出基于模块化技术的最佳通用逻辑门ULG.2的QCA电路实现方案.利用最佳QCA通用逻辑门ULG.2设计了全加/减器、全比较器和4选1数据选择器.所设计的QCA电路均用QCADesigner软件进行模拟,结果表明：该电路不仅具有正确的逻辑功能,而且某些性能得到了很大的改善.特别地对于4选1数据选择器,与已有的多数门和反相器直接设计的电路相比,细胞数、QCA线交叉数分别减少了31.8%和62.5%.

针对功率开关管在未箝位电感性开关转换时会反复发生雪崩击穿,引起器件参数退化的问题,对一种20 V N型横向双扩散MOS器件(NLDMOS)在关态雪崩击穿条件下导通电阻的退化进行研究.通过恒定电流脉冲应力测试、TCAD（technology computeraided design）仿真和电荷泵测试,分析研究导通电阻退化发生的区域及退化的微观机理,并针对实验结果提出2种退化机制：(1) NLDMOS漂移区中的空穴注入效应,这种机制会在器件表面产生镜像负电荷,造成开态导通电阻Ron的减少；(2)漂移区中的表面态增加效应,这种机制会造成载流子迁移率的下降,引起Ron的增加.这2种机制都随着雪崩击穿电流的增加而增强.

通过设计2种不同微机械热电堆红外探测器阵列结构,对微机械热电堆红外探测器阵列性能进行研究.阵列器件采用二维的面阵列结构,单元探测器分别以串联和并联2种方式分别组成阵列,微机械热电堆的热电偶材料采用N型多晶硅和铝,结构支撑膜为氧化硅-氮化硅-氧化硅复合介质膜,悬浮绝热结构通过前端XeF2干法各向同性硅腐蚀工艺制作.采用XeF2干法工艺对器件进行最终释放,器件成品率得到了很大的提高；热电堆的材料及制造工艺都与标准CMOS技术完全兼容,降低了器件的制作成本,并且能够适用于器件的批量生产.试验结果表明:并联方式的阵列可以实现红外探测并行扫描的功能,串联的阵列则可以进一步提高红外探测器的输出电压及探测率,但不能提高器件的响应率.

利用分子束外延（MBE）对双轴应变SiGe局部区域外延生长和表征进行了研究.图形窗口边界采用多晶Si侧墙，多层SiGe薄膜分段温度生长.采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线双晶衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和位错密度测试等多种实验技术，结果表明：薄膜表面窗口内双轴应变SiGe薄膜厚度和Ge组分得到精确控制，垂直应变度达到1.175%，其表面粗糙度为0.45 nm，SiGe位错密度为1.2×103 cm-2.由于采用多晶Si侧墙，外延材料表面没有发现窗口边缘处明显位错堆积.实验证实，采用该技术生长的局部双轴应变SiGe薄膜质量良好，基本满足SiGe BiCMOS器件制备要求.

为了解决传统的移动多目标跟踪计算量大、实时性差的问题,针对阵列天线提出一种基于锁角环路的多目标跟踪算法.该算法利用正交波束空间矩阵,对多个目标的分布范围进行初始定位,并以此作为锁角环路的初始状态；在得到方位的粗估计后,采用基于空间相关器的锁角环路,对快速移动目标源进行自适应的实时跟踪,该算法既保证了环路在任意初始状态下都能进入锁定状态,又提高了环路的跟踪性能.仿真表明：该算法在跟踪多个空间目标时不但具有较高的精度,而且有很好的实时性.同基于PASTd的跟踪算法相比,在性能相近的条件下,有效地降低了计算复杂度.

研究了基于InGaAsP/InP应变多量子阱片的氩等离子体诱导量子阱混合工艺方法.当等离子刻蚀机（ICP）的射频(RF）功率为480 W、ICP功率为500 W、处理时间为1 min时,ICP处理过程中氩（Ar）等离子体对量子阱片的刻蚀深度小于牺牲层的厚度500 nm,晶格缺陷将产生在牺牲层内.样品在纯氮气条件、不同温度下快速退火2 min,缺陷扩散至量子阱层诱发量子阱混合.不同实验条件的样品PL光谱表明：随着退火温度和ICP功率的增加,量子阱片的光致发光谱（PL）峰值波长会发生显著的蓝移,分别在750 ℃和500 W时趋于饱和；此时获得的蓝移为110 nm,PL强度为原生片的55%,量子阱层仍保持了较好的晶格特性.

为了提高离散余弦变换（DCT）在视频图像编码中的效率,根据DCT对非水平/非垂直残差信号较敏感的特点,从改变残差信号分布的角度出发,提出一种重排DCT方法.对待编码的残差图像块进行像素位置重排,使得残差信号的方向与水平或垂直方向相一致；对重排后的图像块进行2维DCT,从而减少DCT系数的高频分量,提高压缩效率.实验结果表明:在不考虑重排信息的情况下,重排DCT比传统DCT性能提高020～030 dB；在考虑重排信息的情况下,重排DCT比传统DCT性能提高005～020 dB.

基于Petri网的替换运算,提出基于工作流网的库所替换规则,并定义工作流安全库所替换网,进而研究基于稳固工作流的安全库所替换网系统对替换前的Petri网系统特性的保持性问题,研究表明：用稳固工作流网对原Petri 网系统的安全库所进行替换之后,得到的替换网系统能保持原网系统的活性、有界性、可回复性；同时,若原Petri网系统是安全的,则替换网系统是有界的,但是由于工作流网本身不具备公平性、持续性等性质,替换网系统不能保持原Petri网系统的公平性和持续性．

为了提高皮卫星系统的设计冗余和可靠性,太阳能电池板可以复用为粗太阳敏感器.由于具有全空间视场,这一灵活的配置对周边光源有较强的敏感性,因此,在地球反照光干扰下,测量精度不高.在这一特定情况下,研究了改进的姿态确定算法,以提高卫星的姿态测量精度.根据反照光影响下电池板的实际输出情况,重新讨论Wahba问题,提出太阳能电池板定姿的新损失函数,并推导了该函数最小二乘意义下的最优姿态确定方法.与基于Wahba模型常用的四元素估计法（QUEST）相比,该模型的定姿算法具有更高的精度.蒙特卡罗仿真表明：该算法的平均定姿误差比QUEST小17%,误差标准差比QUEST小57%．

为了实现更优化的时序电路低功耗设计,提出一种新的基于门控时钟技术的低功耗时序电路设计方法,设计步骤为：由状态转换表或状态转换图作出各触发器的行为转换表及行为卡诺图；根据实际情况对电路中的冗余时钟进行封锁,综合考虑门控时钟方案在系统功耗上的收益和代价,当门控代价过高时,对冗余的时钟实行部分封锁,得到各触发器的冗余抑制信号；将前一步骤中的保持项改为无关项,作出各触发器的次态卡诺图,得到激励函数；由冗余抑制信号和激励函数画出电路图,并检验电路能否自启动.以8421二-十进制代码同步十进制加法计数器和三位扭环形计数器作为设计实例,经Hspice模拟与能耗分析证明,采用该方法设计的电路具有正确的逻辑功能,并能有效降低电路功耗,与已有方法设计的电路相比,能够节省更多的功耗或者提升电路性能.

面向音频多声道虚拟环绕处理的应用,提出一种改进离散余弦变换(MDCT)域的头相关传输函数(HRTF)高效滤波算法.通过MDCT的多相滤波结构分解,得到MDCT域滤波矩阵,再根据矩阵稀疏表征的思想,以及HRTF的频谱动态范围大的特点,对MDCT滤波矩阵进行动态邻域优化,有效地提高了MDCT域滤波的效率.通过大量的实验对比表明：该方法较以往的MDCT域滤波方法大大降低了运算复杂度,且保持滤波结果的一致性；该动态邻域算法与传统时域﹑频域处理方法相比,主观质量差异较小；该方法大大降低了虚拟环绕处理的算法复杂度,尤其适合采用MDCT编码的压缩音频格式.

提出了一种室温封合玻璃微流控芯片的新方法.利用毛细作用将熔化的石蜡液体填充开放的玻璃微通道,冷却后石蜡固体形成牺牲层材料.用UV胶作为黏接剂来封合玻璃基片和盖片.用紫外光通过掩模对UV胶进行选择性曝光, 使玻璃基片和盖片被UV胶黏接在一起.加热除去石蜡牺牲层后,得到微通道表面性质基本一致的玻璃微流控芯片.此芯片已成功用于氨基酸的电泳分离.此方法还可实现电极在玻璃芯片上的集成.

针对网络传输中整帧丢失的情况,提出了一组基于编解码端联合控制的错误隐藏机制.在解码端,通过运动连续性假设,从前一帧恢复出相应的像素值,针对剩余的无效像素点,将整帧以4×4块进行划分并且分类,使用块预测匹配以及帧内插值,恢复它们的像素值.在编码端,采用长期参考帧和短期参考帧相结合的方法,通过信道的反馈信息,对参考帧进行调整,抑制错误的扩散.实验证明,该方法不论在主观视觉还是客观峰值信噪比（PSNR）上都取得了很好的效果,而且有效地抑制了错误的扩散；同时计算复杂度不高,能很好地满足实时性要求.