2013年 第42卷 第5期
文中针对高超声速绕流场中驻点线上的CO2气体展开了辐射光谱的相关研究，分析了CO2 对 整个高超声速目标的红外辐射产生的影响。研究了以球体作为飞行本体，通过计算流体力学的方法，描述高超声速流场中驻点线的物理状态以及CO2的含量变化。以此为基础，通过逐线法计算了不同 飞行条件下绕流场中驻点线上CO2的辐射光谱。估算了发生烧蚀现象时，CO2的辐射光谱。通过理论 计算，发现在典型的高超声速飞行状态下，无烧蚀的纯空气高超声速流场中驻点线上CO2 的红外辐 射远小于飞行器本体的红外辐射。而在有烧蚀的情况下，激波层中的CO2的红外辐射将不可忽略。
红外景象投射是红外成像半实物仿真的关键技术，实时性是其重要性能指标。提出了一种红外景象投射系统设计方案，系统由红外图像生成和红外图像转换两部分组成。图像生成系统基于通用GPU实现，图像转换基于电阻阵列实现。根据仿真应用对像元规模和帧频的需求，采用反射内存网络实现图像数据传输和帧同步。通过红外图像帧周期测试，评估系统的实时性。测试结果表明，在Windows系统下红外图像生成帧周期不稳定，会出现随机性大幅度偏差。提出采用RTX的扩展的实时性设计，给出详细实现方案。试验结果表明：Windows系统中断响应的不确定性是影响图像帧频稳定的主要原因，基于RTX的实时性设计可以保证图像生成在帧同步控制下稳定地以200 Hz帧频运行。
超声红外锁相热像检测法是超声波激励与红外锁相热像检测技术相结合的一种红外无损检测方法。采用超声红外锁相热像检测法实现对金属板材构件接触界面类缺陷的检测，分析超声波激励构件缺陷的选择性加热过程。通过有限元仿真模型对热流在金属板材内部的热传导过程进行研究并分析超声激励参数对检测结果的影响；利用所建立的超声红外锁相检测系统对预制金属板材构件接触界面类缺陷中的裂纹缺陷进行检测实验，验证有限元模型的有效性。研究结果表明，加载中心位置远离缺陷时，裂纹缺陷幅值降低，相位不变；超声激励振幅（即初始静压）增加，缺陷处的幅值升高，相位基本保持不变；超声调制频率增加，缺陷处幅值降低，相位升高。通过对比仿真结果与实验结果发现，所建立的仿真模型能够较好地预测检测过程中的热流传递，并且能够用于超声红外锁相热像技术检测金属板材接触界面类缺陷检测结果的预测，为超声红外锁相热像技术激励参数的选择提供了指导。
针对美国网络中心机载防御单元（NCADE）的技术特点，提出了一种基于稀疏像素矢量化的红外成像制导末端瞄准点自适应选择算法。从分析助推段/上升段弹道导弹的结构和红外特征入手，将基于灰度直方图的全局迭代阈值法做以推广，提出了基于变换区域的全局迭代双阈值分割，有效地分离了尾焰和蒙皮部分；稀疏像素法的应用可完成对尾焰的快速矢量化，并能根据尾焰和蒙皮成像面积的差异，自动地采取基于蒙皮或基于稀疏像素法的两种途径进行瞄准点选择；单帧初步选择的瞄准点经过方向、距离的多帧判别一致后，最终确定瞄准点。仿真实验证明，文中算法无需人工参与，且中轴线的确定无需遍历所有的目标像素，实现了全过程快速、自适应的瞄准点选择。
太空目标表面温度受地球下垫面辐射的影响，在对太空目标的计算中通常将下垫面作为均 匀的热辐射平衡体，而受地物类型及气象条件的影响，地球表面的反射率和热辐射值随地理位置和季 节变化，文中介绍了下垫面热流的计算方法，并根据所获得的地表温度数据以及地物类型信息，采用 不同的下垫面处理方式，初步分析了地球下垫面的不均匀性对太空目标表面温度的影响。
甚长波指的是波长大于14 m的波段，该波段富含大量的信息，包括大气中的湿度和CO2的含量，以及云层的结构和温度的轮廓，这些对大气遥感探测是必须的。采用在CdZnTe衬底上液相外延生长的As掺杂p型材料上进行B+离子注入形成平面结，制成了在液氮温度下，截止波长达到14 m的单元变面积结构和小的焦平面器件。测试结果显示，甚长波器件有反向的开启现象，可能是甚长波器件表面发生反型造成的。单元变面积器件的测试结果显示，甚长波表面电流与体电流是可以比拟的，即表面漏电较大。而变温测试发现，甚长波器件在温度低于50 K时，隧穿电流占主导。在60 m60 m中心距的小面阵器件中，50 m50 m的光敏元I-V特性最差。
相比传统热像仪，偏振热成像系统在反伪装方面具有独特优势。在热成像系统前加入偏振片后其作用距离会发生变化，以此为切入点文中深入研究了偏振热成像系统的作用距离。建立了偏振热成像系统的噪声等效温差模型、最小可分辨温差模型和作用距离模型，推导出偏振热成像系统相对非偏振热成像系统的作用距离增益系数，计算分析了偏振热成像系统探测伪装坦克模型时的偏振对比度、辐射对比度和作用距离增益。结果发现探测伪装坦克时，偏振对比度比辐射对比度大得多，而偏振热成像系统的作用距离比不加偏振片时也要大，体现出偏振热成像系统的独特反伪装能力。
在分析材料热弹塑性效应的基础上，用红外热像仪对Q235钢试件在拉伸过程中的表面温度进行测量，获得了不同应变率条件下试件表面温度分布及随时间的变化；确定了Q235钢全程拉伸真应力-真应变曲线，以此作为材料本构关系对拉伸过程中的热塑性效应进行数值模拟，讨论了应变率、系数、对流换热系数等对试件表面温度的影响。结果表明，应变率越大，变形过程中的热损失越小，从而由塑性变形产生的温升也越高；由拉伸过程中颈缩区域的温升最高、颈缩区域向试件两端温升逐渐降低的分布特点，则可说明在同一时间内塑性变形越大、越集中的区域，其温升也越大。文中的数值计算结果表明，用现有的有限元软件对材料热塑性效应进行数值分析不失为一种有效的研究方法。
为了解决在精确测量面源烟幕对小视场成像的干扰效能时，单束激光视场小、使用扫描方式时无法解决与烟幕扩散同步的问题，设计提出采用多个低功率的相同激光器，经过光束均匀化扩束整形排列形成激光器阵列，实现对烟幕透过率的空间探测，利用成像传感器测量烟幕的空间透过率的相对变化率。利用这种方法使用33均匀扩束激光光束阵列可以在113.4 m距离上实现面积为2.8 m2.8 m的面源烟幕测量，成像CCD视场为1010，灰度值小于230时的相对变化率误差不大于0.5%。
采用脉冲气体放电可以实现连续波氧碘化学激光器的脉冲化输出来获得高峰值功率。提出了面阵滑闪火花预电离电极结构并解决了大体积辉光放电问题。将这个电极结构应用到脉冲氧碘激光器中，获得了单脉冲能量为4.4 J，脉宽为58 s，峰值功率为75 kW的脉冲激光。脉冲峰值功率与连续波平均功率之比为63。研究了发生器的P和输出耦合镜透射率对激光特性的影响。
Yb：YAG晶体比Nd：YAG晶体更适用于产生和放大具有Hz量级重复频率的高脉冲能量激光。报道了LD泵浦低温工作的Yb：YAG脉冲固体激光放大系统。整个系统由再生种子源、预放大器和主放大器3部分组成。晶体用铟和金箔作为导热层压到金属热沉上，散热方式采用传导冷却，低温环境由液氮冷却热沉来保证。实验结果表明：当晶体温度控制在150 K时，装置得到了3 J@10 ns，10 Hz的1 030 nm脉冲激光能量输出。研究了低温真空环境下介质膜的损伤等因素对泵浦参数的要求，最后分析了进一步提升脉冲能量所需要解决的问题。
利用解析法分析了激光二极管（LD）侧面紧耦合泵浦固体激光器中泵浦光强分布特点，其增益分布与发光单元发光面处的束腰半径、激光二极管等间距环绕个数、泵浦源与晶体表面的距离、晶体棒半径和工作物质的吸收系数有关，通过调整泵浦参数可以实现中心强边缘弱的泵浦光分布。采用LD紧贴于Nd：YAG的紧耦合双侧面对称泵浦技术，对侧面紧耦合泵浦微型激光器进行了相关研究，实验上实现了激光二极管泵浦固体激光器（DPL）的微型化。
首先简要介绍了相干激光测风雷达和数字滤波器组的工作原理，然后重点分析了余弦调制滤波器组。余弦调制滤波器组具有实现简单、占用资源少等特点。信号通过滤波器组后可分解成若干个窄带子信号，目标的多普勒频率将落入其中一个子带信号中，针对这一子信号进行处理可获得较高的信噪比。利用Matlab设计出了8通道余弦调制滤波器组，然后对回波信号进行处理，从仿真结果和实测信号处理结果可以看出：该方法可以判断并抽取出多普勒频率所在的子带信号。
根据红外探测器的结构特点和传热学理论，研究激光干扰机的激光器对探测器的损伤效果。以InSb探测器为例，设定入射激光从顶层辐照，结合各层之间热传导效应建立分层热模型。考虑激光在空间上的分布为高斯分布，给定初值和边界条件，利用Matlab偏微分工具箱进行建模仿真。重点研究了辐照距离、辐照时间和激光器功率等因素对探测器损伤效果的影响，给出了相应的仿真结果。当连续激光功率为50 W、距离为200 m、辐照时间为3 s时，对探测器的损伤效果主要是软损伤，受激光功率密度所限，未能造成永久性破坏。
窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量和冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz，因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义。以780 nm的半导体激光器稳频为例，介绍了目前广泛使用的各种半导体激光稳频技术的基本原理及试验方案，如消多普勒饱和吸收光谱稳频技术、消多普勒双色谱稳频技术、调制转移谱稳频技术、调频光谱稳频技术和频率-电压转换稳频技术，并对各种稳频方法的性能和特点进行了分析。
DF/HF化学激光器需要体积庞大的压力恢复系统才能够工作。为了综合考虑激光器和压力恢复系统一体化设计，对DF/HF化学激光器的两种喷管的内流场采用了CFD技术进行了模拟，比较了它们的总压损失的差别和内流场的不同，并讨论了这种不同对整个激光器性能的影响。计算结果表明，细喉道的喷管不但有利于减小激光器增益发生器的尺寸，而且它的总压损失近似于标准喷管，从而不会增加激光器后部压力恢复系统的体积。
建立了四频差动激光陀螺水晶片弹光效应和旋光性交互作用的理论模型，并指出了该模型的求解方法和步骤。首先，计算在应力作用下新旧主轴坐标系的变换矩阵以及在新主轴坐标系中水晶片的逆介电张量和旋光张量，然后计算实验室坐标系与新主轴坐标系之间的变换矩阵，求出实验室坐标系下水晶片的逆介电张量和旋光张量，根据水晶片的简正模方程和物质方程就可以求出其应力作用下沿波矢方向的简正模和相应的折射率。通过数值实例计算了四频差动激光陀螺中波矢与主轴不同位置关系时水晶片在波矢方向简正模椭圆度和相应折射率随应力的变化，对分析四频差动陀螺温变零漂的产生机理和水晶片的安装具有一定的指导意义。
对脉冲CO2激光在不同重频模式下损伤K9玻璃进行了实验研究。采用输出能量为10 J，脉宽为90 ns，重复频率在100 Hz至300 Hz之间连续可调的脉冲CO2激光器，对K9玻璃样品进行了激光损伤实验，观察到两次不同重频条件下样品的损伤形貌。实验结果表明，重频越高，对样品的损伤程度就越严重；应力损伤成为K9玻璃激光损伤的最主要的原因，在重频强激光的辐照下，K9玻璃表面出现强烈的等离子体闪光，伴随明显的熔融气化破坏，并形成等离子体爆轰波。爆轰波对玻璃材料产生了严重的力学冲击作用，这种应力作用足以对K9玻璃造成毁灭性破坏。运用有限元分析对激光辐照K9玻璃的温度与应力分布进行仿真，其计算结果与实验基本吻合。
对现有的粗糙度比较样块和其他典型粗糙目标进行了后向光散射特性的实验。实验结果表明，当入射光为632.8 nm波长时，随着入射角的增大，不同的被测目标的散射强度变化得比较明显。如果被测目标的表面斜率均方根比较接近，可以发现它们整体的散射光强度变化趋势几乎一样，而且它们的偏振度也相差不大。表面斜率很小的被测目标，相对其他被测目标，其散射光光强明显大很多，其偏振度也是最大的，说明相对光滑的表面探测到的后向散射光强度比相对粗糙表面探测到的散射光强度大得多。文中关于典型粗糙表面后向散射偏振特性的研究结果对于探讨进行目标识别的理论及应用方面有一定的价值。
研究了一种新型光学聚合物，环烯烃共聚物在0.1～3 THz波段的折射率和透过率特性。借助Solid works软件设计了一款焦距为100 mm、有效孔径为1.75英寸的双凸球面透镜，并设计了制造透镜的模具。通过热压塑成型工艺制造了Topas COC太赫兹透镜，分析了温度和加热时间对透镜面型的影响。利用Zemax软件模拟分析了透镜在太赫兹波段150 m、300 m和600 m的波长、厚度、曲率半径和折射率对焦距的影响。研究表明：利用该技术制造的Topas COC透镜面型光滑、精度高、结构无缺陷、性能优良满足系统线性和紧凑的设计要求，在可见光区和太赫兹波段能够发挥准直和聚焦的作用。
利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）在室温下对两种抗肿瘤维生素类药物维甲酸和叶酸在0.2～1.8 THz范围内进行了光谱测量，得到对应的吸收谱和折射率谱，发现叶酸和维甲酸在太赫兹波段都有明显的特征吸收峰，可作为其在太赫兹波段的指纹谱用于药物分子识别。同时，采用Gaussian03软件进行了单分子的密度泛函理论模拟，模拟中采用B3LYP结合高斯型基组6～31 G（d，p），理论计算与实验结果基本吻合。另外，采用Gaussian-View3.0对叶酸和维甲酸在THz波段的特征吸收峰进行了指认。结果证明：利用太赫兹光谱技术结合密度泛函理论模拟对两种抗肿瘤维生素类药物分子识别及其新药研制具有一定的参考意义。
以可调谐CO2激光差频非线性GaSe晶体为例，在共线相位匹配方式下，计算了oe-e和oe-o两种相位匹配方式下的角度调谐特性、有效非线性系数、走离角和允许角。结果表明：GaSe晶体可产生73.84～3 000 m的太赫兹波，且有效非线性系数为41～54 pm/V；走离角在1.771～10.63之间；所允许的最大发散角为13.95～94.7 mrad，对入射光的方向性要求较高。对于500 m以上的太赫兹波，两种匹配方式除有效非线性系数外没有大的区别。模拟结果对于开展基于激光差频技术产生太赫兹的研究具有重要的指导意义。
由于太赫兹波具有独特的性质，使得太赫兹成像技术成为目前的研究热点。太赫兹层析成像可以获得物体横截面的分布信息并可获得物体的三维重构图像，因此也受到了广泛关注。文中对连续太赫兹层析成像进行了仿真研究。分别使用滤波反投影算法（FBP）和改进的联合代数重建算法（MSART）进行图像重构，并且分析比较了高斯低通滤波（GLPF）以及数学形态学等数字图像处理方法对改善重构图像质量的效果。仿真结果表明：在文中的仿真条件下，使用MSART算法及相应的图像处理方法所需的最少投影方向数可以达到9，与真实成像实验结果相吻合。
利用化学腐蚀方法，在低阻值p型单晶硅片上制备了火山口形、准纳米孔柱形和多孔形三种形貌的多孔硅薄膜。以空气为参考基准，0.2～10 THz时域光谱显示，火山口形样品在0.2～6 THz的透射强度下降了约1/2，另外两种样品强度下降了约1/5。火山口形、准纳米孔柱形样品呈现低通滤波特性，多孔形样品呈现级联带通特性。准纳米孔柱形样品截止频率比火山口形样品和多孔形样品提高了3 THz左右。样品的频谱出现多处吸收峰，峰的位置与薄膜的几何结构尺寸有关。实验结果表明：多孔薄膜的形状和几何结构尺寸改变了p型单晶硅的太赫兹波段透射强度、吸收频率和截止，该材料可以成为从太赫兹波段至可见光波段的宽频段探测材料和调制材料。
研究被动太赫兹图像的降噪算法，提出了一种改进的均值滤波算法，在原有均值滤波算法的基础上加入了阈值的概念，由被动太赫兹扫描成像的技术特点确定了滤波模块的形状，并根据图像评价参数信息熵确定了滤波模板的最佳尺寸。实验表明该算法对于被动太赫兹图像具有良好的降噪效果，可以在保留成像目标信息的基础上滤除图像背景中的噪声。该算法提高了图像质量，增加了对隐匿物的辨别能力，从而为被动太赫兹成像技术在安检工作中的应用提供了必要的保证。
针对相控阵天线中基于光纤的微波光子移相器原理进行研究，并设计了新型方案，通过引入可调分光器和保偏光纤，降低了移相器的复杂性和相干干涉损耗，在对光纤长度的精度要求上有很大改善，从而提高了可实现性，增强了移相器的可控性。研究了分光系数和频率对信号相位和幅度的影响，实现了超过140的相移。最后通过设计数控电压源实现对分路器驱动电压的调整，从而改变两路光纤的光分量，最终实现对输出信号相位的数字控制。该新型微波光子移相器方案易于实现，并具有一定的创新性。
激光与材料的能量耦合系数是研究激光与物质相互作用的基础。金属在空气中与激光相互作 用时，其能量耦合系数远大于理论值。文中以金属铁为例，研究金属氧化膜对激光与材料的能量耦合系 数的影响。利用温度场计算结果，结合铁在空气中的氧化规律，计算了激光辐照下氧化层厚度的增长及 氧化放热的影响；利用多层膜反射理论，结合氧化层厚度变化，分析了氧化膜导致的激光吸收增强效应，并将计算结果与实验结果进行比较，结果符合很好，证明了模型的合理性。计算结果表明，激光辐照期 间，氧化放热对温度场的贡献很小，就工程应用来说可以忽略，而氧化层带来的吸收增强效应影响较大，不能忽略，辐照一段时间后，激光耦合系数可以用氧化物的理论计算耦合率近似表征。
针对光楔型退偏器输出光偏振态存在的条形带状分布问题，文中通过增加晶体斜面结构和 光轴方向复杂组合，设计和制作了一种具有增强偏振态二维无序分布特性的光学晶体退偏器，增强了 偏振态在二维通光平面内的无序分布。仿真和实验显示，出射光在通光平面内偏振态连续条形带状 分布明显减弱，有效改善了退偏光的偏振态二维分布均匀性。晶体斜面结构和光轴方向的组合越复 杂，偏振态二维分布将会越无序，退偏效果也越好。
介绍了一种实现低成本、高功率、高散热性能耿氏管的工艺制备流程，利用分子束外延生长技术（MBE）在高掺杂的InP衬底上生长n n+型的一致性掺杂外延结构，在外延结构正面利用电子束蒸发Ge/Au/Ni/Au作为器件阴极和电镀金制备作为散热层，背面通过化学湿法腐蚀形成台面（MESA）。在不同的温度下进行了退火对比实验，研究了阴极合金形成良好欧姆接触的温度条件。结果表明：退火温度为450 ℃时形成的金属电极的接触效果最好。关于耿氏管的正面反面制备工艺简便易行，利用Ge/Au/Ni/Au制备金属电极得到了良好的欧姆接触性能，用氯基溶液进行了湿法腐蚀实验得到了较好的垂直台面（MESA）。该制备方法有望实现优良性能的耿氏器件。
TMT（Thirty Meter Telescope）望远镜是一台R-C式的30 m口径光学红外望远镜，其三镜为椭圆形平面镜，口径为3.594 m2.568 m，质量达到1.8 t，三镜系统需要把来自次镜的光折转到望远镜两侧耐氏平台上的一系列科学仪器上，具有跟踪和快速定向功能。支撑系统包括底支撑系统和侧支撑系统，根据TMT对三镜的面形要求，提出了底支撑系统采用18点Whiffletree结构，通过优化分析，面形RMS值达到118.5 nm。针对侧支撑系统，提出了基于kinematics原理的12点支撑方式，侧支撑作用下的面形RMS值为4.7 nm，两者综合作用下的面形RMS值优于77 nm。按照支撑系统方案，设计了一种满足一定质量和体积要求的支撑系统结构。
随着光电经纬仪的跟踪精度、图像像质质量等技术指标的提高，使光学系统的装调和检测要求也随之提高，传统的装调方法不能够满足新形势下经纬仪的安装精度需求。文中介绍了一种应用干涉仪对经纬仪系统主镜的装调和检测方法，分别从主镜的装配、调整、镀膜、光轴中心检测与校验对主镜的装调思路进行分步骤介绍。应用ZYGO干涉仪对主镜系统检测，从传统的刀口仪、显微镜的定性检测方法上升为使用ZYGO干涉仪对系统的定量检测。检测测试结果说明，应用干涉仪对经纬仪光学系统的检测完全满足光学设计的指标要求，从观察70～80 km航空飞机和5000 m目标靶图像看到目标的图像清晰，图像的边缘对比度好，满足使用要求。干涉仪在经纬仪光学系统主镜装调中的应用，满足高精度经纬仪的需求，从而提高主镜装调精度。
在红外探测中，传统红外焦平面阵列以及单像元扫描式探测器的像元难以分辨更精细的红外光强分布，为了提高红外探测的分辨能力，采用灵敏度高且可以将红外光分布转化为可见光分布的碳纳米管薄膜作为红外激光的接收器，把红外光探测转化为可见光探测，并以此为基础设计了一个折返式的光学成像系统进行红外光高分辨探测。优化并使用柯克式镜组降低了因球面反射镜曲率半径引起的大场曲，从而提高了系统成像质量和分辨率。通过光学设计优化得到了具有高传递函数值（MTF）、低场曲的折反式系统，从而使高分辨率的红外探测系统成为可能。
大口径轻质反射镜的重力环境下高精度检测是目前的一个难点，由于其轻量化程度高，绝对刚度低，在重力环境下，支撑形式的不同对光学检测结果影响巨大。提出了一种以提供提拉牵引力的方法实现光轴水平支撑测试的解决方案，通过一系列的滑轮组的自适应调整，获得预定义的力学支撑，实现轻质反射镜光轴水平状态重力环境下的高精度面形测试。有限元力学分析结果表明，依据本方法开展的光轴水平状态检测，能够有效减少重力引起的光轴竖直和光轴水平两种状态下的面形变化RMS值差异，其差异值小于0.003 （=632.8 nm）。文中所提出的方法具有良好的可实施性，它可推广应用到其他大口径轻质反射镜的检测支撑的设计中，为此类大口径相机的研制提供技术基础。
空间太阳望远镜（Space Solar Telescope，SST）主光学望远镜（Main Optical Telescope，MOT）口径达1 m，以2.8'1.5'视场对太阳成像，将获得0.1～0.15的高空间分辨率和高信噪比图像。SST MOT对日局部视场观测时系统所接收到的超千瓦热量，成为对望远镜成像产生极强影响的热源和杂散光源。基于SST MOT的特殊工况与需求，提出了MOT主镜筒在消杂光设计过程中需要兼容考虑叶片结构的热效应，讨论了同时影响该结构的几何结构特征函数（Geometry Composing Function，GCF）与辐射角系数的关联因素，确定了叶片结构热控与消杂光兼容设计的目标与评价体系。借助热分析软件计算了SST MOT主镜筒内因叶片结构不同几何参数变化后引起的系统温度的变化趋势，从热控角度对叶片结构的几何设计提出了建议：叶片优先采用垂直型结构、有效高度尽可能小，且叶片与主镜轴向间距应大于425 mm。文中探索的叶片结构热效应与杂散光效应兼容分析的方法也可为其他太阳光学望远镜的综合优化设计提供参考。
以优化系统整体性能为目的，针对弹载跟踪系统，设计了一种基于共形光学整流罩的红外光学系统。首先，根据载弹信息，通过数值仿真计算及相关验证风洞试验，得到共形整流罩外曲线；通过优化分析，得到整流罩内曲线。应用Wassermann-wolf方程，结合Zernike多项式像差分析方法，设计两片固定式校正片，用于校正共形整流罩带来的附加像差。选择F=2的制冷型中波红外探测器，设计折反式成像光学系统，通过ZEMAX软件优化共形光学整体系统，并进行了公差分析。共形光学系统焦距120 mm，冷阑效率100%，设计传函在各视场范围内均大于0.6，公差分析后，均大于0.4。通过成像测试试验，结果表明，共形光学系统成像质量良好，满足跟踪设备对光学成像系统的要求。
分光膜在倾斜使用时会存在较强的偏振效应，通常采用各种措施来减小这种偏振效应的影响，但基本上只能在单一波长或较窄波段范围内实现消偏振分光，其波段范围几乎不超过50 nm。根据设计要求运用解析法设计出一个合适的初始膜系，再在所设计的初始膜系基础上，运用TFCalc膜系设计软件采用解析法、Needle和变尺度优化法综合设计了45入射1 260～1 360 nm波段7：3消偏振分光膜，分析了该设计膜系的监控曲线以评价其可镀制性，并采用德国莱宝APS1104型镀膜机对所设计的膜系进行了实际镀制，获得了性能优良的45入射宽波段7：3消偏振分光膜。
太阳模拟器作为航天科技卫星空间环境模拟和太阳能电池检测与标定的必要模拟设备，越来越受到人们的关注。太阳模拟器滤光片作为模拟器的核心部件，通过对模拟器光源滤光，可以得到不同的太阳光谱辐照度。文中研究的AM0滤光片通过对氙灯光源滤光，可以得到大气层表面的太阳光谱辐照度分布。根据标准AM0光谱辐照度曲线和标准氙灯辐照度曲线，得到AM0滤光片透过率曲线。在此基础上对滤光片进行膜系设计和镀制，得到了满足国标A类标准的AM0滤光片。对滤光片进行了紫外辐照实验和高温烘烤实验，研究了其光学稳定性，所镀制的滤光片光学稳定性优于目前使用的滤光片。
星敏感器像移模型是星图运动补偿算法的关键技术，也是动态星模拟算法中的重要组成，它为高分辨率星敏感器的全链路运动模糊的建模仿真提供支撑。首先，借助正态分布的静态星像能量模型，引入星像移速度，得到匀速运动星像的能量分布函数。其次，为了获取星像移速度，研究了两种解算方法：（1） 基于坐标系转换的星像移模型；（2） 基于星光矢量旋转的像移几何模型。最后，建立仿真环境，通过调整积分时间、三个姿态角变化率、发射时间、地点、观星时弹体姿态角等输入参数，可以获取弹载星敏感器在轨运动时观测星像的重要仿真数据：如导航星信息，像移大小、方向，灰度分布，信噪比等。这对星图运动补偿算法的研究和评价都显得十分必要。
为提高两轴双框架导引头稳定平台的隔离度，设计了导引头控制系统。在惯性空间基础上，建立了导引头的隔离度模型，分析了影响系统隔离度的主要因素。根据对系统摩擦性质的分析，建立了系统的摩擦模型，并确定了摩擦补偿算法。采用极点配置和超前滞后的方法设计了控制器，并通过仿真和实验的方法验证了摩擦自适应补偿算法的可行性。俯仰单通道仿真结果表明，摩擦自适应补偿算法能准确估计出模型参数，且在弹体扰动幅值为1，频率为2 Hz时，系统在摩擦自适应补偿后，俯仰框隔离度提高了97.14%。实验结果显示，在弹体扰动幅值为1，频率为2 Hz时，导引头俯仰框和偏航框的隔离度分别为1.58%和1.81%；在弹体扰动幅值为3，频率为3 Hz时，导引头俯仰框和偏航框的隔离度分别为2.84%和2.15%。
通过将导弹剩余飞行时间的幂函数引入到目标函数中，实现了对经典弹道成型制导律的扩展。针对扩展弹道成型制导系统，将导引头和驾驶仪动力学简化成一阶形式，分别引入导引头角速度零位误差、角度零位误差、导引头角噪声以及目标闪烁噪声，利用无量纲化技术和伴随函数法，给出了制导系统无量纲位置脱靶量和角度脱靶量伴随模型。仿真结果表明，为了消除导引头角速度零位误差对脱靶量的影响，要求制导系统具有较长的末导时间和较大的指数n；当末导时间达到系统总滞后时间常数的15倍左右时，导引头角度零位误差引起的位置脱靶量收敛到零附近，角度脱靶量收敛到与角度零位误差大小相等、方向相反的稳态值；随着末导时间的增大，导引头角噪声及目标闪烁噪声引起的位置和角度脱靶量均趋向于不为零的稳态值，指数n越大，脱靶量越大。最后分析指出，制导动力学越慢，角噪声引起的脱靶量稳态值越大；滤波器频带越宽，闪烁噪声引起的脱靶量越大。
欠采样方法为实现全数字化接收、降低激光测距系统复杂性提供了有效途径。针对传统欠采样数字同步解调法引入干扰大的缺点，为提高系统的测量精度，提出了欠采样频域谱分析鉴相法。方法基于Nyquist采样谱分析鉴相思想，通过对欠采样后搬移到低频的频谱成分进行分析获取相位信息实现鉴相，在抵抗干扰方面具有较好的性能。在加入信噪比40 dB、杂散频率、0.1 MHz频率偏移、2次谐波的综合影响因素后的仿真结果表明，在1 MHz测距速率下，欠采样谱分析鉴相法精度为0.13，调制频率80 MHz时测距精度为0.68 mm，优于传统的欠采样数字同步解调法。因此，欠采样谱分析法更适用于高速、高精度的数字化相位差测量，提出的实现方案具有实际意义。
为了解决航空武器对地攻击弹丸终点测量系统的测量精度问题，提出了运用交汇测量法测量目标的瞬间空间位置，并采用多目标动态检测算法完成了在图像序列中同时提取所有动态目标的功能。该算法针对图像中包含较复杂背景情况下，动态目标的提取和位置测量，从而加强了动态目标测量系统的精确性和快速性。经实验证明，系统可正确提取出现在视场中的激光点目标，在检验打击点测量的结果与真值的误差时，图像脱靶量的测量精度优于1 pixel，图像脱靶量测量分辨率为0.5 pixel。
为了解决对太阳辐射测量仪器的检测问题，提出一种高精度的气象辐射标定系统。重点阐述了系统中太阳模拟器聚光系统、光学积分器的优化技术；详细论述了影响太阳模拟器均匀度的积分器像差以及积分器投影镜组的离焦效果，并提出最佳离焦量的经验公式，设计了准直光学系统，并用LightTools软件对系统进行仿真；最后，对系统中的太阳模拟器进行测试。测试数据表明：该太阳模拟器可模拟一个太阳常数，辐照面范围为200 mm，辐照不均匀度在60 mm范围内小于1%，在（60-200）mm范围内小于2%，不稳定度优于1%/h，满足气象辐射标定系统的要求。
针对常规红外检测信号的脉冲相位法没有考虑测量噪音，简单的Fourier变换对数据信息的挖掘不足、利用率不高的问题，提出在处理中引入非高斯特性分析，应用三阶累积量和双谱估计对信号进行分析，提取发生损伤时信号的特性信息，得到分辨完好区域与损伤区域的特征判据。给出信号分析中三阶累积量和双谱的定义，分析其幅值和相位的对角切片谱在提取损伤特征方面的优势，最后对比分析两者在实际检测中的效果。结果表明：利用该方法具有良好的抗高斯和非高斯对称分布型噪音的优点，且运算量小、计算速度快。同时，弥补了传统脉冲相位法中幅值谱不宜使用的缺点。
针对卷烟近红外光谱高噪和高冗余特点，提出了一种基于随机森林（RF）和主成分分析（PCA）的特征优选方法RF-PCA，建立了5种不同质量级别卷烟的分类模型，并和其他方法进行了比较。该方法能够有效地对高维数据样本进行分类，用于甄别卷烟品质真伪。特征选择可以过滤与分类不相关的特征，而通过PCA方法可以消除冗余特征的不良影响，并可进一步降低特征维数。实验表明：RF-PCA方法能有效地剔除近红外光谱数据中的噪声特征和冗余特征，提高了分类效率。
为建立通用、客观的融合图像质量评价方法，在分析图像质量评价与融合图像质量评价关系基础上，给出了图像质量评价与融合图像质量评价的一般表达式。依据信息理论和结构相似度评价方法，对建立的4种客观评价指标，采用4种融合方法获得的36幅融合图像进行了主观评价实验，统计分析结果显示，结合人类视觉系统的客观评价方法优于熵、交互信息量等评价指标，但仍未达到高度的主客观一致性，说明构建通用、高效、主客观一致性好的融合图像质量评价指标存在较大难度，同时对可能存在的原因进行了分析。
新型楔环贫点阵光电探测器有利于微小型视觉系统的实现，然而它采集的图像分辨率极低，不能反映与目标外在形状相同或相近的特征。为了使该探测器及其图像能够应用于目标识别，提出一种独特的形状恢复方法。以楔环中心为原点旋转探测器，获取一系列原始低分辨率图像，通过最小二乘线性插值对目标形状进行初步恢复，利用嵌入边缘指示函数的两级水平集演化算法去除图像噪声，可得到最终的高质量的目标形状。实验表明，文中提出的形状恢复方法行之有效，形状恢复率达95%。
弹道导弹主动段拦截中对导弹跟踪精度要求很高，如何将多种主动段探测装备得到的数据进行融合得到更加精确的数据是当前亟待解决的难题。针对此问题，文中研究了导弹预警卫星与雷达融合跟踪，提出了一种基于Bayes理论的弹道导弹主动段融合跟踪算法。该算法分别建立了导弹预警卫星和雷达对主动段探测模型和跟踪模型，应用POFACETS软件仿真了一种类型弹道导弹，并将其获得的导弹RCS数据应用到算法中，提高了算法的准确性。仿真实验表明，该融合跟踪算法可以获得比多个传感器算术平均值更精确的结果，具有较高的可靠性。
提出了一种基于重心原理的求取目标最小外接矩形的快速算法寻找主轴法。利用重心原理确定水平主轴与垂直主轴的初始位置和旋转中心，根据水平主轴确定目标的初始外接矩形，在水平主轴和垂直主轴构成的锐角区域内，旋转外接矩形，找到面积最小的外接矩形，作为寻优目标。该算法利用重心原理确定的主轴初始位置非常有效，缩小了搜索区间，减少了整个寻优过程中的旋转次数，并且仅旋转用直线方程表示的主轴，大大减少了运算量，有效提高了运算速度，可以快速找到目标的最小外接矩形。
点集匹配是计算机视觉和模式识别领域中的一个经典NP问题。膜计算为自然计算的新分支，旨在从单个细胞或组织及器官等细胞群的结构和功能中抽象出新的计算模型或计算思想。在嵌套结构膜优化算法的基础上，提出了一种新的基于膜计算模型的点集匹配算法，结合点集匹配问题的特点，算法引入了三种新的启发式搜索规则，在一定程度上进一步提高了匹配的正确率。与传统优化算法相比，这种新的方法具有更好的全局搜索能力，因此，能够获得点集匹配问题的较好解。实验结果表明，该方法对点集匹配问题的求解是有效的，具有较高的匹配精度和较好的稳定性。
