空天通信信道时变性强且包含复杂干扰，而经典信道编码以高斯信道为假设设计，其直接应用将带来通信资源效率低、灵活性差、传输可靠性难以保障等问题.本文针对这一问题提出了一种基于基模图的广义稀疏随机编码构造及实现方法，通过在基于基模图随机编码架构上引入高维代数约束，提升了在极低码率下的编码纠错性能；进一步通过动态调整高维约束阶次和维数实现码率兼容，支持对信道非高斯特征以及传输业务需求的适配.测试结果表明，该编码可实现码率范围1/40~1可变、信息位长度104比特~20000比特可变、速率25 Kbps~10 Gbps可变的编译码，可在SNR=-37.1 dB（对应 E_b / N_{\mathrm{0}} = - \mathrm{0.79} \mathrm{d} \mathrm{B}）的低信噪比下实现误帧率优于1.0E-4的高可靠通信.

冯诺依曼计算机体系结构面临着“存储墙”的瓶颈，阻碍AI（Artificial Intelligence）计算性能提升.存算一体硬件结构打破了“存储墙”的限制，大大提升了AI计算的性能.目前存算一体计算方案已在多种存储介质上得到实现，根据计算信号类型，可以将存算一体计算方案分成数字存算一体方案和模拟存算一体方案.存算一体硬件结构使得AI计算的性能取得巨大提升，然而进一步发展仍面临重大挑战.本文对不同信号域的存算一体方案的进行了对比分析，指出了每一种方案的主要优缺点，也指明了存算一体技术面临的挑战.我们认为，随着工艺集成、器件、电路、架构，软件工具链的跨层次协同研究发展，存算一体技术将在边缘端和云端，为AI计算提供更加强大和高效的算力.

当带宽达到20GHz以上时（波长从15 mm到无穷小），高速高密度电子系统的内部电路电磁环境变得十分复杂，越来越难以建模和分析预测，进一步当带宽达到40 GHz以上时，电路电磁环境问题将变得更加尖锐.为在设计阶段能够对电磁作用过程、作用效应进行预测评估甚至控制，需要精确的建模方法和针对大尺度问题的快速计算技术，尤其是超大带宽超高速混合电路和集成电路.本文提出了基于混合电路环境电磁计算基础理论的跨尺度处理技术，通过惠更斯等效原理和电磁奇异性几何结构的电磁收敛降速机理的利用，解决了多维交叉多尺度电路电磁环境场路融合的高效率高精度建模技术挑战；利用惠更斯等效原理和基尔霍夫积分方程，在区域边界面上定义了惠更斯端口，提出了对于任意复杂PCB同时垂直方向和水平方向区域分解的一般方法，实现了任意PCB结构的分级分类处理和模块化封装，提高了高速高密度电子系统分析的灵活度；提出了基于几何结构电磁学多重本地本征展开的技术途径，发展了基于模式和区域分解分割的快速并行处理技术，通过电磁锐变区域本征描述及场分布的本征基函数表征，实现了高精度和高计算速度兼得，减少了复杂电子系统的计算时间和设计时间；统计数据表明，本文提出的方法在0~40 GHz大带宽频率范围内频偏误差为3.7%、幅度偏差为±3 dB.本文提出的PCB分级建模分析方法可以应用于高端电子通信系统设计，提升我国宽带高速数模系统的高效电路设计和环境电磁调控能力，缩短产品研发周期.

低空复杂风场通常指距离地面高度600米以下，局地风速、风向快速变化的风场，其全天候大范围精细探测是雷达科学、气象学等领域的长期难题.低空复杂风场的全天候雷达精细探测涉及传感器设计、三维风场反演和全天候融合等关键技术，本文从激光雷达探测、微波雷达探测、全天候融合及特征危害提取等方面对风场探测的技术内涵及研究现状进行了梳理，并分析了发展趋势，为低空复杂风场全天候精细探测技术发展与应用提供参考.

互联网作为国家信息基础设施的重要组成部分，已经在各个领域发挥着巨大的作用.随着其规模不断扩大和应用持续深入，我们也面临着意图不一致的网络行为可能导致的灾难性危害.为了确保互联网的正常运行和网络行为的一致性，我们迫切需要可部署的网络验证技术，以确保网络运行时的行为与网络运维人员的意图一致.当前已经有许多关于网络验证技术的研究，这些研究帮助用户实现自动检测网络错误，并进一步分析错误产生的原因.然而，为了满足互联网规模不断扩大的需求，可扩展性问题成为在互联网部署网络验证技术的一项重要挑战.即如何在满足时间和空间复杂度约束的前提下，快速发现并排查网络策略的错误，真正将网络验证技术应用于实际，成为一个研究热点.本文从数据面验证和控制面验证两个方面出发，深入研究和总结了现有的网络验证研究工作，并探索了基于时空优化的可扩展性技术，对这些方案的特点进行了系统性分析.最后，本文总结和展望了网络验证可扩展技术的未来研究趋势，为该领域的研究人员提供一定的参考.

地球表面有约71%的面积被江河湖海等水体覆盖，陆地上的成像也会受到云雪雨雾等水体影响，但是，当前常见的机器视觉科研工作和应用系统基本只围绕空气和真空介质中的视觉任务展开，涉及不同形态水体的视觉工作没有得到系统的研究.涉水视觉（Water-related Vision）作为涉水光学技术在视觉领域的具象化体现，重点研究光与水的物质相互作用及跨介质传播过程中，涉水视觉影像信号智能处理与分析方面的科学问题，以及先进智能涉水视觉装备研制方面的工程技术问题.本文从“为什么大海是蓝色的？”这一具有普适意义的问题出发，系统介绍了水对光的吸收、散射、衰减作用机理，对涉水视觉任务造成的影响，以及现有的涉水图像处理与解析方法.本文基于水体光学特性及成像退化机理，介绍了团队在探索涉水成像和图像解析等涉水视觉关键技术及装备方面的成果，先后研制了全海深超高清相机“海瞳”、全海深3D相机、全海深高清摄像机等，形成了从色彩、强度、偏振、光谱等全方位、体系化的水下观测解析装备研制能力，填补了我国全海深光学视觉技术的空白，推动了我国涉水视觉领域技术的升级，应用价值和社会效益显著.

随着超低功耗（Ultra-Low Power，ULP）物联网（Internet of Things，IoT）系统的发展，采用能量注入技术的快速启动晶体振荡器因对IoT系统功耗影响巨大而逐渐成为研究热点.能量注入技术可以显著降低晶体振荡器的启动时间和启动能量，但是对注入源的精度要求苛刻.为了扩大注入频偏容限以及实现高注入效率，本文提出了一种基于延迟锁定环的相位误差校正技术.该技术将注入频偏容限扩大到2%，启动过程的非注入持续时间仅为4个周期，实现了高效注入.本文所述晶体振荡器采用40 nm CMOS工艺设计并流片.在1.0 V电源电压下采用24 MHz晶体进行测试，当注入频偏高达2%时，实现了7.2 μs的启动时间，启动能量为5.1 nJ.相比同频偏下的传统注入方案，启动时间缩短了297倍.

基于分治和按需传输思想的分块传输技术是解决三维全息视频流传输的有效手段.然而，现有的分块方案要么缺乏自适应机制，要么不适用于移动实时通信场景.为此，本文提出了VVSTiler（Volumetric Video Streaming Tiling selector），一种面向全息视频通信的自适应分块传输方法，能够在动态且有限的计算和带宽资源下最大化视频的观感质量.具体而言，本文对不同粒度的分块方案带来的影响进行了初步研究，发现细粒度的分块方案可提高动态网络资源的利用率，粗粒度的分块方案可保证视频编解码效率和鲁棒性.基于此，本文构建了考虑预测视口、可用计算资源以及网络带宽等上下文信息的视频观感质量优化问题，并设计了一个高效的求解方案以支持在线的分块粒度决策.本文在8iVFB（8i Voxelized Full Bodies）标准数据集上将VVSTiler与当前主流的分块传输方法进行了比较.实验结果表明，VVSTiler在有偏差的视口预测情况下实现了高达60.4%的视频观感质量提升，在较准确的视口预测情况下平均每帧视频节省了27%的带宽资源.

程序分析在软件开发和维护中发挥着关键作用.然而，传统基于逻辑的程序分析方法在处理现代复杂、大规模和动态特性丰富的软件系统时往往效果有限，其根源在于软件系统中的不确定性.研究人员针对具体的程序分析问题提出了一系列新的技术，其特征是在传统逻辑分析的基础上结合概率信息来捕获软件系统中的不确定性.通过总结和抽象这些已有工作，本文提出了贝叶斯程序分析框架，其核心思想是结合程序分析和贝叶斯统计推断，通过建模和更新关于程序的概率分布来推断有关程序行为的信息.贝叶斯程序分析采用概率逻辑编程来同时处理概率信息和逻辑信息，用统一的方式捕获了现有的多项不同工作，也能泛化到程序缺陷定位和差异调试等非传统程序静态分析任务上.本文给出了贝叶斯程序分析框架的定义，展示了该框架在程序分析和相关领域的应用，并展望了未来发展方向.

微滴喷射在印刷电子领域有广阔的应用前景，可以在一台设备上完成天线介质基板与导电图案的一体化成形.打印功能器件的表面形貌质量对其电性能有着显著的影响.本文针对微滴喷射三维打印中存在的表面形貌质量难以控制的问题，提出了一种基于预测控制的打印零件形貌补偿方法.首先，基于液滴的逐层堆积行为，建立打印零件形貌预测模型，该模型使用矩阵元素更新描述零件形貌逐层演化，从而准确预测多层打印零件存在的边缘塌陷与表面粗糙度大等形貌缺陷.然后，基于该模型建立预测控制器，通过调整后续层打印图形，实现打印零件形貌缺陷的高效率补偿.采用开环打印与补偿打印的对比实验验证了该方法的有效性.实验结果表明，补偿打印方法使打印零件表面粗糙度下降了66.80%，边缘塌陷量下降了43.22%，有效补偿了打印零件的表面形貌缺陷.最后，采用微滴喷射三维打印工艺制作了微带贴片天线.采用本文提出的补偿打印方法制造的介质基板表面粗糙度低于开环打印样件，从而保证了天线射频层的高质量连接.经测试，其S11（回波损耗）参数与方向图更接近仿真结果，从而证明了本研究在印刷电子中的意义.

我国电力基础设施已经发展成为具有高度信息化、自动化、智能化特征的信息物理融合系统.信息-物理交互在显著提升电力供给效率和性能的同时，也引入了新型网络安全威胁，通过发生于信息域并明确作用于物理域的跨域攻击，可造成电力基础设施系统性瘫痪，继而引发大面积停电事故，而当前孤立的信息侧或物理侧防御体系难以有效应对跨域攻击威胁.本文介绍了电力系统面临的信息物理跨域攻击威胁现状，分析了传统防御方法面对跨域攻击时存在的不足，提出了一种信息物理协同的跨域攻击防御架构，在针对跨域攻击传播的不同阶段，从感知、辨识、阻断三个角度设计了防御方法，通过算例验证了所提信息物理协同防御架构能够有效保障电力系统安全稳定运行.

要素协同是协同作战发展的必经之路，杀伤链的动态重构是其典型特征.本文针对平台协同难以满足复杂作战任务需求的问题，提出了异构平台要素协同的解决思路和理论方法.首先分析了要素协同关系复杂性、协同能力不确定性两个难点问题；其次基于反馈机制的可重构架构对复杂作战网络进行建模，提出了杀伤链算子的要素动态重构、协同序参量的效能定量评估方法；最后基于仿真场景实现杀伤链的动态构建与重构，可指导要素协同的算法设计与工程实践.