基于时间反演技术的基本理论和时空聚焦特性,本文研究了高分辨率成像算法和无线输能技术。在现有的成像技术中,为了得到目标清晰的像需要使用大量的探测单元,并且噪声对成像结果影响严重。特别地,当信号在有耗色散媒质中传播时会发生失真,以致更加难以精确地定位目标。另外,在研究热门领域——无线输能中,采用电磁波进行无线输能可以增加能量传播距离,但功率收集效率较低,而现有的改善功率收集效率的方法大多只适用于单元结构相同、规则排布的天线作为功率发射阵的情况,并且一次只能实现对单频的波束控制,这就增加了计算成本和限制了适用范围。本文针对上述问题提出解决方案。主要创新性成果如下:首先,针对一些具有代表性的时间反演算法进行了分类研究,包括传统时间反演镜法、迭代时间反演镜法、时间反演算子分解法和时间反演多信号分类法,并与在成像领域中同样发挥着重要作用的后向投影算法进行了对比研究。其次,针对传统成像方法中使用探测单元较多会增加系统复杂度、数据处理量以及噪声会严重影响成像结果的问题,提出了两种解决方案。第一种方案是子阵列波形相似性的时间反演成像算法,该算法是采用三种方式对收发系统进行子阵列构建,利用子阵列之间接收到的时间反演回波信号的波形相似性来获得目标位置。另外,在子阵列所接收的信号中,利用噪声之间、噪声与有用信号之间不相关,而目标散射体位置处的聚焦信号相关的这一特性有效地抑制了噪声。第二种方案是从时间聚焦的角度出发,结合接收到的时间反演回波信号与探测脉冲之间的波形相似性实现对噪声的有效抑制。该方法是利用经过目标散射体反射的时间反演信号与探测脉冲相似,而经过非目标散射体反射的时间反演信号与探测脉冲不相似的这一特性,通过选择与噪声不相关的探测脉冲来达到抑制噪声的目的,并且该算法利用聚焦时间的均值差的和作为成像函数来大幅度地提高成像分辨率。经过实际测量实验发现,当只有少量探测单元存在的情况下,上述两种方案都表现出了良好的性能。然后,针对电磁波在有耗色散媒质中传播会出现失真,从而无法获得目标散射体精确位置的问题,提出信道补偿的时间反演成像算法。该算法利用时间反演技术可以自动补偿在目标散射体处的相位失真,而在非目标散射体处无法自动实现相位补偿的特性,再根据前面讨论的相似性加权幅值补偿建立新的补偿函数,该补偿函数可以实现在目标散射体处的补偿效果要远大于在非目标散射体处的补偿效果,这样在少量探测单元存在的情况下也可以利用该方法在有耗色散媒质中获得目标精确的位置。另外,该方法还采用了信号在目标散射体位置处的聚焦时刻所对应的幅值作为成像函数,进一步地提高了成像分辨率。最后,针对无线输能中功率收集效率低的问题,考虑到时间反演技术在探测成像领域中表现出来的优越性,提出利用时间反演技术来提高无线输能的功率收集效率。本次研究的场景均选用室内环境,并采用IEEE室内非视距信道模型来模拟室内环境。在二维室内空间中,采用不同种类的信号作为待充电设备的充电请求信号,通过对比分析功率发射天线直接发射脉冲和发射时间反演电磁波时,待充电设备处的功率收集效率和功率谱,发现当发射时间反演电磁波时入射到待充电设备处的功率,与直接发射脉冲相比,高出了近一个数量级,功率收集效率也得到了明显的改善。同时,验证了时间反演技术提高功率收集效率的能力与发射波的种类无关。在三维室内空间中,利用时间反演技术实现了对天线辐射类型在待充电设备方向的自动匹配,使该方法适用于由不规则排布的、单元结构不同的全向天线组成的功率发射阵的情况,增加了该方法的普适性。并通过一次时间反演和傅立叶操作得到宽频激励信号,与传统方法中一次只能对单频实现波束控制相比,大大减少了优化时间和计算成本。除此之外,该方案还通过对时间反演后的充电请求信号加权有效地抑制了由于观测仰角不同而引起的干扰。并且,利用该方法可以对三维室内空间中多个任意放置的待充电设备同时进行无线输能。