Abstract:

无线通信、探测感知、安全检测、人工智能等民用和国防电子信息技术的不断快速发展与演进，对太赫兹(0.1~1 THz)技术提出了越来越迫切的应用需求。太赫兹波段具有丰富的频谱带宽资源，其宽带特性可以支撑未来6G高速率通信、新一代高分辨雷达系统性能的实现。同时，太赫兹通信和探测必须克服高频率、短波长所带来的高传播路径衰减、激增的无源器件与互连损耗以及有源器件功率生成和效率难题。本文将回顾太赫兹射频器件与集成技术的发展现状，阐述上海交通大学团队通过新型无源、有源器件与天线及其先进封装等技术方法，整体提升太赫兹前端系统性能的相关研究进展。

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汽车雷达基于电磁波信号感知路况，具有全天时、全天候、低成本等优点，是未来智能化交通和自动驾驶的重要传感器。其中，高精确度目标测距、测速，高分辨力角度估计和多扩展目标跟踪是汽车雷达领域的研究重点。本文针对汽车雷达波形、天线设计、测角算法以及目标跟踪算法等关键模块和主要设计思路进行梳理，结合雷达抗干扰、MIMO编码、扩展目标状态估计等技术难点，介绍并归纳了近几年代表性的文献，旨在为以后的研究提供参考和依据。

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抗辐射电子学是一门交叉性、综合性的学科，其研究的辐射效应规律、损伤作用机制、加固设计方法、试验测试方法、建模仿真方法等对极端恶劣环境中的电子系统的可靠工作至关重要。对核爆炸中子、γ和X射线，空间和大气高能粒子产生的各种损伤效应(如瞬时剂量率效应、总剂量效应、单粒子效应、位移效应等)的研究现状进行了系统梳理。对辐射之间、辐射和环境应力之间的协同损伤效应(如长期原子迁移对瞬时剂量率感生光电流的影响，中子和γ射线同时辐照与序贯辐照、单因素辐照的损伤差异，质子和X射线、中子辐照的损伤差异，γ射线辐照与环境氢气的协同损伤效应等)的研究进展进行了详细介绍。阐述了国内外在核爆、空间和大气辐射加固研究方面的最新技术进展。总结了国内外在地面实验室对空间、大气或核爆辐射各种效应进行试验模拟和建模仿真的相关能力。最后对21世纪20年代以后抗辐射电子学研究领域潜在的挑战和关键技术进行了展望。

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现有自组网通信和导航技术缺乏深度融合的框架和方法，在未来场景下难以保障未来“智慧城市”、“智能出行”等场景对通信感知的综合性需求，因此研究面向物联网、车联网等自组织网络的通感融合(ISAC)技术成为亟待解决的问题。本文针对自组网通感需求，提出了通信感知信号融合方法和技术方案，可在保障通信性能的同时提高测距感知估计精确度。针对自组网设备间、通感任务间资源需求冲突等问题，依据自组网集群业务需求，构建了保障通信需求的定位感知网络时频资源优化框架，设计了联合资源分配方案及相应迭代优化算法，实现有限资源情况下的高可靠、强稳定自组网协同感知能力。针对当前自组网通信模组存在时延高、网络覆盖范围小、感知能力缺失等问题，设计并搭建了通感一体化模块原型样机I型，可在卫导数据缺失下提供全网高精确度时钟同步，保障集群协同感知能力，并在长距离下提供自组网通信协同传输支撑，从硬件设备上为通感融合提供支撑。最终形成了一套包含通感信号融合设计、时频资源联合优化方案的自组网通信感知系统框架，并研制搭建了一套通感融合软硬件平台(含通感一体化原型样机4台)。在外场测试中，2 km内通信速率≥320 kbps，丢包率≤0.05%，感知精确度优于10 m。

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与广泛应用的以微波为代表的无线系统和以光纤为代表的有线系统相比，太赫兹除了其特殊的频谱特性外，人们期待太赫兹频段用于无线系统能突破微波系统的带宽限制，实现可与光纤系统相媲美的大带宽，并具有无线系统的灵活性和智能化。但如何实现宽带、智能以及具有较远作用距离的太赫兹系统，面临极大的挑战性。本文介绍了光电融合智能太赫兹的体系架构，重点讨论了基于光电融合的太赫兹源、接收检测、阵列天线以及太赫兹光电混频器等关键技术的国内外研究进展与进一步发展方向，以期解决单纯的电子学方式或光子学方式存在的难以克服的瓶颈限制。

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概述了微波无线能量传输系统的研究现状及其基本原理，从可提高波束能量的一些特殊口径场以及先进的天线技术角度，分别按Whisper波束、超增益天线、平顶波束、聚焦天线技术、非衍射天线进行介绍。最后对微波能量传输系统中发射技术的未来发展趋势进行了展望。

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短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点，在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平，以及作者近年来研发的行波管，频率覆盖E波段、W波段、G波段和Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率，在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场(PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究，为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。

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提出一种基于电场驱动的GaAs基微带超晶格高阶谐波产生的太赫兹倍频器，利用平衡方程方法分析了倍频器在磁场下峰值功率输出和在参数空间(E_dc,E_ac)的分布情况。研究表明，在(E_dc,E_ac)的参数平面内，磁场对二次和三次谐波功率的峰值影响不大，但磁场会拓宽谐波输出功率的峰值区域，提高在(E_dc,E_ac)参数空间内输出峰值功率的概率。当E_ac确定时，谐波发射功率峰值的位置会受到直流电场产生的布洛赫振荡频率f_B、交流电场产生的调制布洛赫振荡频率f_MB和磁场引起的回旋振荡频率f_c的影响而发生变化。研究表明，基于半导体超晶格的太赫兹倍频器是很有应用潜力的太赫兹波发生器件。

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雷达目标检测常面临复杂的杂波特性，经典的检测方法通常适合于某些特定的场景，当检测背景发生变化时，其检测性能急剧下降。为有效提升不同杂波背景下的检测性能，提出一种基于流形等距映射(ISOMAP)的矩阵信息几何检测器。该方法首先将信号检测问题转化为矩阵流形上两点之间的区分性问题；然后基于样本数据和流形等距映射原理，自适应地学习出矩阵流形的投影变换矩阵，将矩阵流形变换为可区分的低维流形，最大程度地保持每一个矩阵与其邻域内矩阵之间几何距离大小，增强矩阵流形的可分性；最后利用仿真杂波和实测数据对算法进行验证。实验结果表明，相比于经典的检测方法，所提方法能有效提升目标检测性能。

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随着移动通信技术的快速发展和更新换代，各行各业的信息化、智能化日益依赖于无线通信的强有力保障。因此，准确的信道信息、可靠的无线覆盖至关重要。射线跟踪技术面向不同行业的各类通信场景，通过建立有效的三维场景模型，以材料电磁参数、天线参数为基础，依托高性能计算引擎，将光学的射线技术引入电磁计算领域，能够准确地表征反射、散射、绕射、透射等多种电波传播机理及其对无线系统的影响。本文介绍了作者团队自主研发的高性能射线跟踪仿真平台，围绕高性能射线跟踪技术在智能交通领域的应用案例，阐述了射线跟踪技术在轨道交通、水路交通、公路交通等智能交通领域无线网络规划与优化、无线信道建模及信道特性分析等方面的技术优势，以期以自主可控的高性能射线跟踪仿真技术更好地助力我国交通强国战略的实施。

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无人机(UAV)在军事、商业和民用领域的应用日益广泛，随着无人机群数量的增加，对于安全、隐私和公共利益的影响也日益受到重视。因此，研究面向无人机群目标的探测技术显得越来越重要。目前国内外已经开展了多项无人机群目标的探测相关研究工作。本文研究了无人机群目标探测的研究现状以及面临的挑战；然后针对这些挑战讨论了无人机群目标探测架构技术的类型。针对集中式、单一手段难以满足无人机群精细化感知、态势评估需求，提供了面向无人机群目标的空地联合多域探测架构，该架构具体包括：组网雷达、分布式频谱被动监测设备、移动多光谱感知设备、移动频谱监测设备；结合了不同感知方式在不同距离、不同方位、不同粒度等维度的优势，通过级联、协同、融合方式突破了单域探测的局限性。最后对其中关键技术进行了分析与总结。

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3D打印通过流体材料或粉体材料的层片叠加，将CAD设计转化为三维实体零件，无需模具或机加工，凭借极大的设计自由度和生产效率，近年来逐渐用于工业产品的直接制造，在配件减重、模型验证、复杂结构一体化成型、零部件受损修复方面具有极大的优势。本文介绍了3D打印技术及其分类，举例分析该技术在航天器微波部件的应用情况，探讨其对射频器件制备的影响。最后，对3D打印在空间部件制造的关键问题和发展进行了展望。

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太赫兹调频连续波成像技术具有高功率、小型化、低成本、三维成像等特点，在太赫兹无损检测领域受到了广泛关注。然而由于微波及太赫兹器件限制，太赫兹信号带宽难以做大，从而制约了成像的距离向分辨力。虽然高载频可实现较大宽带，但伴随的低穿透性和低功率会限制太赫兹调频连续波成像系统的应用场景。因此，聚焦于太赫兹波无损检测领域，提出一种时分频分复用的114~500 GHz超宽带太赫兹信号的产生方式，基于多频段共孔径准光设计，实现超带宽信号的共孔径，频率可扩展至1.1 THz。提出一种频段融合算法，实现了超宽带信号的有效融合，距离分辨力提升至460 μm，通过人工设计的多层复合材料验证了系统及算法的有效性，并得到封装集成电路(IC)芯片的高分辨三维成像结果。

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基于逆合成孔径雷达(ISAR)图像序列的卫星目标姿态估计是一项具有重大意义且富有挑战性的任务。现有的估计方法通常是基于图像中关键角点或线性部件的提取，较难满足实时需求，且都未能充分利用目标成像特性先验。本文提出一种基于成像特性与回归网络的卫星目标姿态估计方法：提前确定各种姿态下的卫星目标成像特性，并作为后续数据集标注的理论基础；区别于传统的分类问题，建立一种适用于姿态估计的回归网络与估计框架。采用毫米波频段的电测仿真计算数据对所提方法进行验证，结果表明，单张图像中估计的平均姿态误差可以控制在3.5°以内。

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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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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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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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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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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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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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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。

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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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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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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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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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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。

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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。

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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。