2013年 第42卷 第8期
为了评估气动加热效应对红外成像型导弹产生的影响，通过理论分析导弹飞行过程中受到的气动加热变化规律，并研究实验室和大型试验测试数据，首次引入气动热效应建模流程并采用正态分布等方法建立了虚拟样机仿真模型，模拟导弹飞行过程中整流罩受到的气动热辐射与红外图像的变化过程，经过数字仿真、半实物仿真和大型试验验证，证明该方法建立的模型与实际情况相吻合，可以用来评估气动加热效应对产品性能造成的影响，进行信息处理算法改进。
以正硅酸乙酯为硅源，采用酸碱两步催化法经过溶胶-凝胶和冷冻干燥制备出SiO2气凝胶基材，并在凝胶老化过程中添加三乙胺盐酸盐得到兼具中远红外吸收特性的硅基复合气凝胶。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮吸附-脱附和傅里叶红外吸收光谱对气凝胶的结构和性能进行了表征。结果表明：胺盐在硅气凝胶网络结构中穿插结晶；基材的比表面积、最大孔容和平均孔径分别为524.5 m2/g、1.2 cm3/g和9.2 nm，复合材料的比表面积、最大孔容和平均孔径分别为37.93~138.7 m2/g、0.08~0.28 cm3/g和7.1~8.8 nm；基材和复合气凝胶的表观密度分别为0.25 g/cm3和0.35~0.51 g/cm3；复合气凝胶在中远红外窗口具有宽频吸收的特性，且随着三乙胺盐酸盐含量的增加，中红外相对吸收强度成比例增强。
针对现有文献在卫星红外特性研究时忽略其物性参数随温度变化对红外特性的影响，首先建立了卫星温度场的理论计算模型；然后利用有限元法进一步推导了卫星太阳翼的物性参数随温度变化时卫星温度场的求解方法；接着建立了卫星红外辐射出射度与红外辐射强度空间分布的计算模型；最后计算分析了太阳翼物性参数随温度变化对自身温度和红外特性以及对卫星整体在3~6 m和6~16 m两个波段红外辐射强度空间分布的影响。文章的研究结果对于提高空间目标红外特性的计算精度以及空间目标的红外探测具有参考价值。
细水雾对热辐射有着强烈的散射和吸收，可用于舰船等军事目标的红外隐身。将水雾视为吸收、发射、各向异性散射介质，通过谱带离散处理水雾的非灰特性，利用Mie氏理论计算离散谱带内的平均光学系数，建立了8~14 m红外辐射在细水雾中的传输模型，并利用有限体积法进行了分析计算。研究发现，采用均值粒径假设计算辐射透射率时会有一定误差，应用数量矩均值粒径时Sauter粒径误差最小，线性平均粒径误差最大；水雾自身辐射与内散射对透射率的影响较大，计算中应考虑；提高水雾浓度，减小均值粒径，可有效抑制透射率。
在充分研究焦平面热成像系统欠采样成因的基础上，分析了ANN法和基于信息理论的光电成像系统欠采样混频评价方法，把欠采样混频看作是系统的噪声，并和其他系统噪声一起加到MRTD模型中，给出了包含欠采样噪声的MRTD模型。对比含欠采样噪声的MRTD模型仿真数据与文献中实测MRTD数据，该模型对MRTD仿真结果与测量数据走势基本一致，能够用于评价欠采样混频对热成像系统性能的影响，但模型的精确性还需要进一步修正。下一步将通过测量各种型号焦平面热像仪的MRTD，对含欠采样混频的MRTD模型进行修正。
针对国内诱饵弹半实物仿真技术和红外制导技术研究的迫切需要，提出了针对诱饵弹干扰特性的有限元建模方法。通过分析诱饵弹的工作机理和运行状态，借助有限元方法建立诱饵弹的温度流场分布和空气变阻力运动特性模型，并通过仿真实验验证所提出模型的有效性和正确性，该方法不仅能为红外诱饵弹的设计和红外制导算法的研究提供依据，也对红外半实物仿真系统的搭建有重要指导意义。
条纹非均匀性是线扫红外焦平面阵列和非制冷凝视型红外焦平面阵列成像系统中一种特殊的固定图案噪声。提出了一种基于实际场景和非均匀性分离的模型方法，能够在单帧内实现条纹非均匀性的校正。通过局部窗口模版遍历相邻列的误差函数，得到其非均匀性校正参数估计，并依据相邻两帧相关性的继承性，完成条纹非均匀性的校正。通过对模拟条纹非均匀性和实际图像的实验和理论分析，结果表明，文中算法能够显著提高条纹非均匀性校正效果。
在红外探测系统总体方案设计中，为了能够快速而准确地了解众多参数对性能指标的影响，针对其重要参数作用距离进行了研究。首先分析目标与背景的对比辐射强度在像面上产生的电子数，其中考虑了滤光片的光谱透过特性和点扩散函数与像元的相对位置对系统能量集中度的影响；然后基于红外光学系统成像链路物理特性，定量研究红外光电系统的时域噪声和空域噪声在像面上的辐照度。基于图像目标信噪比检测判据给出了综合各种噪声条件下针对红外点目标的作用距离计算方程。最后，以航空平台上一套中波红外凝视探测设备为例来进行作用距离的计算和分析。通过示例验证了作用距离计算方程简单可行，可针对不同条件、地域对红外成像系统作用距离进行预估。作用距离计算方程可以帮助使用者在设计初期阶段确定不同参数对红外探测装置性能的影响。
基于光学相控阵理论和钛扩散铌酸锂光波导的导模特性，提出了一种新型阵列集成光波导应用于光学相控。根据光束传输法（BPM），并结合现有半导体工艺水平及参数，对该阵列波导的导光特性，损耗特性以及耦合特性进行了仿真计算，最终给出了相控阵的结构设计参数。结果表明，应用该集成阵列波导的光学相控阵结构可实现光束连续精确定向偏转，偏转角度可达4.5，相位控制半波电压小于6 V，其系统光学控制单元损耗低且响应速度快。
为提高激光跟踪发射系统激光发射指向精度，提出了一种通过测量发射激光后向散射光尖来修正激光发射指向误差的方法。在介绍系统光机结构及后向散射相关理论的基础上详细论述了光尖探测距离与视差的关系，根据天气情况和长期测量经验获得良好天气、中等天气和较差天气三种天气状况下光尖探测距离，进一步得出三种天气状况下视差修正量。在良好天气状况下，利用预定空间轨迹误差修正方式进行实验验证，对比光束后向散射法与靶板测量法所测得的激光发射指向精度，在预定的空间轨迹上两者测量误差为2.5，实验证明，利用光束后向散射法可以大大提高激光发射的指向精度。
研究了掺铥光纤激光器的不同谐振腔结构方式。使用LD泵浦，分别采用双色镜和端面反射、高反光纤光栅和端面反射以及双色镜和低反光纤光栅构成激光器谐振腔，均获得了超过Stokes极限的斜效率。其中双色镜和端面反射腔结构下获得了最高斜效率56.9%，对应的量子效率为142%。三种腔结构下，激光光谱线宽由激光器系统所采用的反射腔的光谱特性所决定。在双色镜和端面反射腔结构下，激光器在双色镜的高反带宽内随机起振，光谱较宽；在使用光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔的高反射腔镜和低反射腔镜的情况下，激光器都获得了2 m处的窄线宽输出，线宽受限于所使用的光纤光栅的反射带宽。
针对短脉冲激光入射一维非均匀参与性介质问题，计算了非均匀体的大小、位置以及吸收和散射系数对边界出射信号的影响。依据各参量敏感系数的变化，确定了信号采样的时间范围。利用共轭梯度法对非均匀体进行多参数同时反演。数值模拟结果表明，对同一非均匀介质，不同的入射位置会得到不同的敏感系数，且各参数敏感系数明显变化的时间段不尽相同，但多数变化信息包含在两倍脉冲穿越时间内。在反问题计算中，推荐选用两倍脉冲穿越时间内的信号作为采样数据。共轭梯度法能较为准确地实现介质多参数同时反演。随着测量数据误差的增加，反演结果与真值之间的偏差增大。敏感系数值较小的参量，其反演计算结果误差较大。
在内场31.5 m的距离进行了YAG脉冲激光干扰CCD成像系统实验，首次出现了规律性圆形条纹。通过对实验过程、圆形条纹中心相对强度分布和成像特性结果分析，确定规律性圆形条纹产生的条件稳定，且是光学系统固有的；规律性圆形条纹与干扰亮斑成像特性不同。针对可能产生规律性圆形条纹的多种衍射和干涉，结合圆形条纹中心亮斑大小、圆形条纹位置分布、圆形条纹相对强度分布、成像特性和产生的可能性，进行了理论分析和实验结果对比。研究结果表明：实验中规律性圆形条纹为光学系统胶合透镜上下表面反射激光所产生的等厚干涉条纹。
距离选通水下激光成像系统是一种基于时间标记原理的水下光电成像系统，它能够有效抑制水体后向散射光的干扰，提高目标探测距离，具有较高的军事和民用价值。在距离选通水下激光成像系统中，ICCD可能接收到的光信号包括水体后向散射光、目标反射直射光、以及目标反射光的前向散射光。建立了ICCD接收信号光能量的几何模型，在给定开门时刻和选通门宽参数条件下，给出了通过点扩散函数计算ICCD像元上所能接收到的目标反射光的直射光及其所引起的水体前向散射光能量的方法，以及通过水体分层计算水体后向散射光的方法，定义了距离选通水下激光成像系统信噪比，分析了目标距离对信噪比的影响并给出了仿真结果。
根据线性调频信号的特点和光外差探测的原理，推导了合成孔径激光雷达外差探测的输出信号表达式。针对点阵目标模拟了条带工作模式时的数据图像，先对距离向进行傅里叶变换后校正剩余视频项，再对方位向进行相关运算，进而实现了目标图像的重构。推导得到了目标图像在距离向和方位向的解析表达式，分析了目标图像在距离向和方位向的强度分布曲线的特点及其对成像的影响。分析了影响图像分辨率的因素和改进方法，为优化算法和系统设计提供了参考。
针对激光主动探测技术对光电装备造成的探测威胁，提出了一种基于减弱猫眼效应的隐身技术。以夜视仪物镜为例，运用矩阵光学追迹法对这种隐身技术作定量分析，并用实验进行验证。研究结果表明：猫眼效应回波强度容易受到侦察环境和系统装配误差等因素的影响，例如：光敏面倾斜、离焦。因而，在有限改变光电设备光学结构及降低成像质量的前提下，人为地的制造一些装配误差可以减弱系统的猫眼效应，从而达到隐身的目的。这一技术能有效减少自身在军事对抗中被敌方侦察打击的概率，具有一定的军事参考价值。
为了提高毛细管放电类氖氩46.9 nm软X射线激光的强度，研究了工作介质中气体的掺杂对激光强度的影响。研究表明，在纯Ar中掺入适量的He显著地提高了激光的输出强度。通过对比在Ar中掺入Ne、N2以及Kr等其他气体的实验，系统地分析了He的掺入对等离子温度的影响，找到了在特定工作气压下最佳的掺杂比，有利于进一步提高毛细管放电46.9 nm软X射线激光的强度。在放电等离子体极紫外光刻（EUVL）光源研究过程中，也采用了在Xe中掺入适量He的方式以提高13.5 nm的输出强度。
为进一步提高机载光电探测设备的激光测距能力，设计了基于制冷型雪崩管探测器激光接收电路。根据制冷型雪崩管探测器的特性，控制输出最佳的TEC制冷功率，降低探测器工作温度，使探测器稳定工作在最佳状态，从而减小探测器噪声电压，提高系统的探测灵敏度。实验结果表明：入射光功率在80 W加45.6 dB衰减时，探测器制冷前后对比，其探测虚警率从8.57%下降到0.49%。该探测电路应用于新型机载光电探测系统中，将极大提高其远程测距能力。
为了使光电侦察平台满足现代战场复杂的电磁环境要求，对某型光电侦察平台进行了电磁屏蔽设计。电磁屏蔽技术是抑制辐射干扰、提高系统电磁兼容性的最有效手段之一。分析了光电侦察平台在进行电磁屏蔽时的技术难点，根据其特有的技术难点，提出了一些实际可行的解决措施。对改进后的光电侦察平台进行了电场辐射发射（RE102）试验测试。测试结果表明经过合理的电磁屏蔽处理，可使光电侦察平台电场辐射发射值降低约10 dBV/m，提高了光电侦察平台的电磁兼容性。综合采取屏蔽、接地及滤波等技术手段，可使光电侦察平台的电磁兼容性满足GJB151A-1997中的规定。
基于0.5 m CMOS 工艺，设计了一款应用于便携式激光雷达测距仪的单芯片全集成前置放大电路系统。该芯片主要由前置跨阻放大器（TIPA），差分电压放大器（DVPA），带隙基准源和其它接口电路构成。其中如何设计最适用于激光雷达测距信号处理系统的前置跨阻放大器和差分电压放大器是文中重点关注的对象。测试结果表明，该芯片的跨阻增益可达87.27 dB，-3 dB带宽952.8 MHz，输入等效参考噪声电流17.64 pA/Hz1/2。芯片面积为2.816 mm2（包括焊盘面积），功耗为106.9 mW，其中输出缓冲级功耗占75%。
覆盖宽度是全景式航空相机的重要指标，深入分析了摄影起始角误差对全景式航空相机所得图像锯齿效应的影响。在介绍全景式航空相机工作方式及工作时序的基础上，分析了所得图像边缘差异占覆盖宽度的比值与目标倾斜角、横向扫描角及摄影起始角误差之间的关系。全景式航空相机工作时，通常对摄影起始角设定预留恒定角度值，该方法会造成较大的摄影起始角误差。为了减小该误差，提出了改进迭代算法：在每帧成像时记录摄影起始角误差，并利用该误差对下一帧图像进行修正。最后给出了实验结果。结果表明：采用传统算法和改进迭代算法时，摄影起始角误差均方根值分别为0.045和0.005，值范围分别为[0.009 1，0.014 8]、[0.001 0，0.001 7]。改进迭代算法将摄影起始角误差降低为传统算法的1/9，对应最大值为0.001 7，满足工程需求。
航空相机焦面组件是机载电子设备中具有严格温度要求的重要组件，其工作期间温度过高产生的热噪声和暗电流将导致成像质量下降。讨论分析了某型航空相机焦面组件热设计的特点，采用封装有相变材料的相变温控系统进行散热，根据结构特点和导热路径，给出了热设计方案。采用有限元数值分析方法，建立了热平衡方程和热分析计算模型，应用热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行瞬态仿真分析，给出了组件的热响应性能。热分析结果表明：焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～31.1 ℃、18～28.2 ℃。所获得的分析结果能够满足热控指标要求。最后通过热实验对采用相变温控系统的热设计方案进行了验证，验证实验结果与数值分析结果吻合较好，结果对比最大偏差均不超过5%，验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。实验过程中焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～32.3 ℃、18～29.6 ℃。
为了解决星上图像整合电路工作频率过高而造成的成像系统工作不稳定的问题，在相机的结构上进行创新，提出了一种基于FPGA平台实现的星上TDICCD遥感图像实时合成压缩方法。首先，介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理；然后，针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点，采用基于行的2D-DWT整型提升算法，提出了比特平面和编码过程全并行的EBCOT结构，实现了在对图像数据进行整合的同时进行图像的近无损压缩；最后，搭建试验平台进行验证，结果表明，在无损压缩和2倍压缩时，系统主时钟从原来的100 MHz分别降低为80 MHz和64 MHz，系统稳定，恢复图像的PSNR可以达到84 dB，满足大于80 dB的成像质量要求。处理每行的平均时间61.2 s小于相机的最小行周期63 s。算法稳定可靠，实时性好，实现了相机内部的合成压缩，满足实际工程需求。
赤道式望远镜指北偏差直接影响测量的准确性，找到一种快速有效的寻北方法是非常关键的。锁定望远镜指向南赤道面，如果划过视场的星的轨迹不是水平直线，将调整望远镜极轴绕竖直轴线转动，直至星的轨迹是水平直线；锁定望远镜指向东或西赤道面，如果划过视场的星的轨迹不是水平直线，将调整望远镜极轴绕水平轴线转动，直至星的轨迹是水平直线。利用球面三角形的知识，推导分析了此种寻北方法的理论依据，望远镜指向南赤道面调整的是极轴指北偏差的水平分量，望远镜指向东或西赤道面调整的是极轴指北偏差的竖直分量。通过此方法寻北后的赤道式望远镜，连续50 min恒动对某恒星进行观测，其Y轴脱靶量变化4。观测结果表明，文中的寻北方法是快捷有效的，并且调整后的赤道式望远镜具有较高的指北精度。
在轨调焦是航天相机获取高质量图像的关键技术之一。针对航天相机在发射、在轨期间由于振动冲击及温度气压等环境参数变化引起的光学系统离焦现象，以及TDI CCD遥感相机成像场景实时变化的特殊特点，对基于功率谱的清晰度评价函数进行了研究。根据小波变换的多分辨率和带通特性，提出了一种对FFT功率谱的改进小波功率谱（WPS）估计。针对像移亦会导致TDI CCD图像模糊的问题，提出了方向WPS估计算法。参照功率谱地物无关性及离焦会引起功率谱高频分量损失的思路，设计了基于方向WPS的加权清晰度评价函数。实际外场推扫实验结果表明，提出的新清晰度评价函数能有效反映出实际推扫图像的离焦状态，另外相对于FFT功率谱，对场景差异更不敏感，误判率从0.36降低为0，曲线更加饱和。100个仿真样本的平均误判率仅为0.06，满足系统误差要求。因此文中算法满足单调性、灵敏度高、准确度高原则，更适合TDI CCD遥感相机的自动调焦。
为实现高信噪比、高光谱分辨率的光谱探测性能，在时间调制型傅里叶变换光谱仪中，需要控制反射镜往复精密摆动，完成干涉光程差的均匀扫描调制。首先分析了光谱探测性能对光程扫描控制性能要求间的关系；在此基础上，针对星载干涉仪对光程差扫描的高性能要求，给出了一种基于极点匹配的控制器设计方法。该方法借助于状态反馈设计结果，采用易于工程应用的前项和前馈环节加以有效实现，简化了控制器的设计与实现难度。通过仿真试验，验证了该方法的有效性。
随着红外技术的发展，大口径望远镜越来越多地使用了红外设备终端。红外设备需要在低温下工作，这就给红外系统的光机结构设计带来了难度。为了解决光学部件需要安装定位精确，又要保证在低温环境下不会因为热应力导致破坏的问题，从理论上介绍了运动学定位的原理，针对光学系统中用到的反射镜、透镜、滤光轮等进行了详细的结构设计，实现了运动学安装定位。通过这些设计可以很好地解决光学件在冷却过程中的精确定位和无应力之间的矛盾，保证光学系统的安全，同时保证光学系统的成像质量。该研究结果对于红外光学系统的结构和热设计有一定的参考价值。
提出了一种正反向1：2速比扫描模式的单向驱动往复式扫描反射镜模型，通过采用不完全齿轮传动机构和弹簧阻尼元件，在驱动元件不换向的前提下可实现反射镜正反转平稳切换。系统主要依靠弹簧的变形储能实现变速换向，降低了传统直驱式单面扫描反射镜系统换向过程中的驱动力矩输出要求。在正反向匀速扫描行程中，反射镜处于弹簧和驱动元件一对反作用力矩的共同作用下运动，有效消除了齿轮传动间隙，从原理上确保了系统传动精度。与传统直驱式单面扫描反射镜系统相比，该系统的驱动元件无需正反向切换，避免了传统系统因驱动元件频繁换向给电控设计带来的问题，而且降低了系统对驱动元件性能要求，在提高扫描频率方面具更具优势。该模型在轻小化、大行程、高精度光学扫描系统研制方面具有较大的开发应用潜力。
针对某项目研制的相机结构特点和空间使用环境复杂性，在发射之前，为获取热光学调焦的规律，核对光机热集成仿真分析模型的正确性，检验输入与边界约束条件，因此要在地面模拟空间热真空环境，完成相机的热光学真空实验。由于相机在真空罐内的环境条件不利于工作人员在内部的操作，为此研制了热光学真空实验台，实现相机在真空罐态方便调节。对实验台的参数进行了计算分析。采用光栅尺或编码器实现闭环控制，润滑采用低挥发的真空润滑脂，实验台的转动精度达到6，移动精度达到0.02 mm，能够满足相机的实验调节要求。热光学真空实验台的研制不仅能够完成相机热光学实验的要求，而且在实验时间上大大节省，提高了实验效率，有利地保证相机实验的顺利完成。
光谱法是测量光学薄膜光学性能的重要方法之一，能够直接表征薄膜-基底系统的光学特性，如：反射率、透过率和吸收率。通过研究薄膜-基底系统的光传输特性，推导出在基底具有弱吸收的一般条件下薄膜-基底系统反射率、透射率和吸收率的表达式，确定了通过测量单面和双面抛光基底及其薄膜特性间接获得薄膜单面光学特性的方法；在实验中使用Lambda-900分光光度计对熔融石英基底的HfO2薄膜进行了测试，并通过测量误差分析，薄膜的单面反射率误差为1.00%，单面透过率的误差为0.601%。研究结果表明文中方法可适用于各类薄膜单面特性的表征与评价。
为了增加大口径望远镜次镜支撑结构第一阶固有频率，采用施加有预紧力的八根钢索取代原有的四翼梁结构。文中首先根据Euler-Bernoulli梁理论将此次镜支撑结构简化为一个由质量点和梁组成的简化模型并使用变分法得出系统固有频率表达式以及系统第一阶固有频率；然后以1.23 m望远镜为例，计算得出预紧力为20 000 N时系统第一阶固有频率为18.9 Hz与有限元仿真软件ANSYS得出的17.8 Hz相比误差为6%，证明了简化的可行性与理论的正确性。最后通过分析次镜室质量不变的情况下，不同主镜口径下预紧力与次镜支撑结构第一阶模态的关系，得出对于1.23 m望远镜，施加70 000 N的预紧力即可以使一阶模态达到34 Hz，对于2 m、4 m口径的望远镜，通过调节预紧力，可以将一阶频率控制在20 Hz以上的结论。文中的方法可以用于类似结构的动力学特性计算；同时这种结构具有较高的抗扭转刚度，并能够有效减轻次镜支撑结构的重量，对于大口径光学系统的设计有很好的指导意义。
为了精准且快速的检测红外透镜的性能，设计了一套基于图像处理的快速红外CCD自动调焦测量系统，采用波长范围为3.7~4.8 m的中波制冷红外CCD相机，对透过红外镜头产生的像自动聚焦进行二次成像，通过图像的快速处理和分析，以检测镜头对称性和焦距等性能。重点分析了目前常用的自动对焦技术，针对该检测系统提出了灰度熵与统计学函数有机结合的自动聚焦方法，并通过大量的检测结果进行验证。实验结果表明系统重复定位的位置精度达到10 m。
轴向支撑对大口径主镜的定位及镜面变形有着重要的作用，为了深入开展该课题的研究，在传统机械Whiffle-tree支撑的基础上引入了轴向液压Whiffle-tree支撑。首先，从三点运动学定位支撑原理出发，介绍了Whiffle-tree支撑的特点与分类，着重对比分析了液压Whiffle-tree和机械Whiffle-tree支撑的优缺点。进而，根据液压Whiffle-tree的特点，分析推导了其建模方法，并运用该方法对一块18点液压轴向支撑的大口径主镜进行了静力学分析与优化，拟合后镜面变形RMS值为18.6 nm，满足设计要求。同时通过对不同建模分析结果的对比，验证了该建模方法的合理性和正确性，为大口径主镜的轴向支撑分析提供了一种参考。
反射镜是折反射全景成像系统的重要部件之一。针对不同场合，出现了双曲面镜、椭球面镜、抛物面镜等反射镜构成的折反射全景成像系统，但是它们成像畸变大、边缘分辨率低，为了使之适合路面勘测，提出了基于前投影模型，采用双曲凹面镜作为反射镜的方法搭建系统，分析了该系统对水平场景的成像特点，对新系统进行了仿真，并与普通双曲面镜、水平等比例镜的成像系统做了比较。结果表明，通过优化相机透视中心到反射镜几何焦点的距离，可以使得新系统在水平场景的成像上具有较小的畸变。
无线光MIMO技术结合了天线发射分集、接收分集与信道编码分集，可以显著提高信道容量。介绍了笔者在分层空时编码方面的若干研究进展，分析了误码率特性与发射/接收天线数目、检测算法之间的关系，比较了水平分层空时码、螺旋分层空时码、对角分层空时码和垂直分层空时码不同的编码方案，以及不同检测算法对不同的湍流强度的抑制作用。经分析得出：三种分层空时编码性能最好的是对角分层空时编码，其次是螺旋分层空时编码，最后是水平分层空时编码。
针对阵列波导光栅设计中自由传播区模式有效折射率的确定问题，提出了一种采用加权等效模式折射率作为自由传播区模式有效折射率的方法。通过引入慢变包络近似条件并采用吸收边界条件的一阶Galerkin有限元法，给出了阵列波导光栅自由传播区仅含有磁场分量的全矢量波动方程组。在此基础上，基于三维全矢量束传播法对自由传播区光场进行了模式分析，并结合导模传输分析法，推导给出了加权等效模式折射率的表达式，为阵列波导光栅设计中自由传播区模式折射率的确定提供了一个理论依据。
针对空间电磁环境的日益复杂化，卫星导航接收端抗干扰性能成为北斗用户密切关注的问题，为了测试动态导航接收端的抗干扰性能，提出一种室内无线抗干扰性能测试系统构建方法。采用基于灰色关联分析的场景映射方法、基于脚本的仪表驱动技术，结合信源模拟设备、微波开关、微波暗室等构建半实物仿真平台。不断调节干扰信号发射端输出功率，改变接收端有效载噪（C/N0），据此获得导航接收端失锁时的输入信干比（J/S）。仿真结果表明：通过干信比与有效载噪比的关系曲线，实现对接收端的抗干扰性能测试，为卫星导航接收端抗干扰性能测试提供测试平台。
为设计高品质的光学滤波器和光学开关，用传输矩阵法研究双负介质对一维光子晶体量子阱（AB）m（CBAABC）n（BA）m透射谱的影响，结果表明：当C层为双正介质时，光量子阱透射谱中出现2n+1条窄透射峰，当C层为双负介质时，呈现简并现象，光量子阱透射峰中仅出现2n-1条窄透射峰；当C层双负介质折射率负值增大时，光量子阱透射谱向禁带中心两侧移动，同时透射峰的品质因子快速提高；当C层双负介质光学厚度负值减小时，光量子阱透射谱向禁带中心靠拢，同时透射峰的品质因子迅速提高；光量子阱透射品质因子对双负介质光学厚度的响应灵敏度高于对折射率负值的响应。双负介质对光量子阱透射谱特性的影响规律，可为光子晶体理论研究及新型量子光学器件设计提供参考。
设计了一个基于硅基微环的超紧凑的微波光子滤波器，用以提高硅基微波光子器件的集成密度及增大其自由光谱范围。根据波导光学的耦合模理论，推导出双环并联谐振器的光强传递函数，并通过仿真得到了微波光子滤波器的输出特性。结果表明：当微环半径为0.79 m时，谐振器中直波导宽度为0.3 m，环形波导宽度为0.25 m，滤波器的自由光谱范围为140 nm，插入损耗为0.5 dB，半峰全宽为7 nm，此滤波器的性能完全满足粗波分复用系统的要求。
根据全光纤电流互感器（FOCT）的光路结构及其工作原理，分析了/4波片的制作效果对FOCT的影响，研究了/4波片的制作工艺，得出了影响波片制作效果的主要因素。通过选择合适的材料和工艺方法，获得了性能优异的全光纤/4波片。试验结果表明：该方法制作的波片提高了FOCT的性能，使其满足了0.2 S级测量用电子式电流互感器的准确度要求。
设计了一种针对多峰值的最大功率追踪算法。光伏板在受到不均匀光照的情况下，其功率-电流特性曲线会出现多峰值。通过大量光伏电池的数据模拟，发现光伏板P-I曲线具有峰值高度以全局峰值为中心，向两侧不断递减的重要规律，并且统计研究了P-I曲线上左侧坡和右侧坡的斜率、相邻峰值间隔等多种数据，以此作为算法设计的依据。设计的算法通过对光伏电池的输出曲线进行部分扫描来获得全局峰值的位置，其中运用了区域扫描法来增强扫描的精度和速度。另外对两种简单、快速的变步长扰动观察法法进行了比较，确定了其适用范围并加以灵活运用。所设计的算法快速、有效，避免了峰值的遗漏，而且具有峰值越多，追踪越快的特点。
根据激活过程中光电流变化规律及原位光谱响应测试，模拟了GaAs光阴极表面势垒的形成过程，在光阴极表面双偶极子模型的基础上作了修正，建立了三偶极子模型。新模型认为，光阴极表面势垒由三个偶极层套构而成，第一偶极层由GaAs（Zn）-Cs+偶极子组成，第二偶极层由Cs2O偶极子组成，第三偶极层由GaAs-O-Cs偶极子组成，第二、三偶极层嵌入第一偶极层中。根据隧道效应与量子效率测试结果，确立了势垒中分段均匀的电势分布，计算得出势垒宽度为1.65 nm，有效电子亲和势为-0.44 eV。新模型的建立对理解光电阴极表面发射机理具有重要意义。
为获得低损伤、稳定性好的感应耦合等离子体（ICP）刻蚀InGaAs探测器台面成型工艺，采用Raman光谱技术和X射线衍射（XRD）技术，初步研究了Cl2/N2气氛刻蚀InGaAs的主要损伤机制，确定以晶格缺陷损伤为主；并采用微波反射光电导衰退（-PCD）法对不同处理工艺下表面的缺陷损伤进行了表征和分析，结果表明刻蚀表面湿法腐蚀和硫化的方法可在一定程度上减小表面的缺陷损伤和断键，但是存在一些深层次的缺陷。
为提高星敏感器在星跟踪失败时向全天识别模式转换的效率，提出了一种在星跟踪的同时，并行预测跟踪导航子星表的方法，以随时做好工作模式切换的准备，提高星敏感器实时性。设计了分层存储、逐层索引结构的导航星表，实现了均匀化筛选导航星、构建导航子星表及对数据快速搜索和处理；由飞行态数据预测下一时刻星敏感态，并通过星敏感器视轴指向与子星表地址之间的索引关系，预测跟踪子星表的地址；星跟踪失败时，全天识别在4个冗余子星表中完成，简化识别过程，提高了识别效率。实验结果表明，设计的导航星表较为科学、合理，预测跟踪星表方法具有较强的鲁棒性，在高动态条件下有效提高了星敏感器模式切换的实时性。
由于光纤惯导系统导航精度不高，方位角常为大角度，因此系统初始对准的滤波方程为非线性的，为改善非线性模型下初始对准的精度，提出了一种改进Sage_Husa自适应卡尔曼滤波方法并应用于光纤惯导系统初始对准中。建立了大方位失准角初始对准的非线性误差模型，给出了Sage_Husa自适应卡尔曼滤波方程，对Sage_Husa自适应卡尔曼滤波不适合用在非线性滤波的缺陷进行了改进，建立系统噪声统计的估值器，对非线性误差方程进行了改进Sage_Husa自适应卡尔曼滤波仿真。仿真结果表明：改进Sage_Husa自适应卡尔曼滤波能够很好地处理初始对准中的非线性问题，提高初始对准精度，方位失准角误差估计精度较EKF提高27%。
近红外多视场恒星探测系统采用3个探测器同时进行恒星探测，分析了近红外波段白天恒星-背景对比度随探测参数的变化情况，对不同视场对比度进行对比，结果表明：随着探测天顶角的增大，恒星-背景对比度呈线性增大；太阳天顶角大于探测器天顶角以后，恒星-背景对比度随太阳天顶角近似于指数增长；一定高度时，对比度随探测器高度的增加近似指数增加；而随着探测方位角的增大，恒星-背景对比度呈高斯分布；三个视场内同一时刻的背景辐射比在主视场0探测方位角时达到最小，探测到的恒星-背景对比度随主视场探测方位角变化呈对称分布，为星等修正奠定较好的基础。
动力陀螺式导引头（下文中简称导引头）的跟踪能力是影响制导精度的主要因素之一。为分析导引头跟踪能力，定义了导引头跟踪能力性能指标。通过建立导引头的耦合动力学模型，对稳像及跟踪能力的传递函数及动力学模型稳定性进行解析和频域分析。从动力学稳定性的角度得出了限制导引头跟踪能力的根本原因。通过对比导引头半实物仿真与数学仿真结果，验证了动力学模型的精确性。为减小稳态失调角，提高导引头的跟踪能力，提出了PI校正，仿真分析发现通过调整比例积分系数可以达到减小失调角并且不降低其他性能指标的目的。进一步探讨了在导引头失调角为0时目标视线角速度信息的提取方法。此文可以为导引头动力学及控制系统设计提供指导。
针对轴比测试需要连续旋转线极化天线极化轴，在高频段旋转关节难以消除高速旋转带来的电缆抖动所引起的幅度和相位不一致性，提出了一种快速、精确测量圆极化天线轴比的测试方法。基于椭圆极化波的正交分解理论，该方法利用线极化天线对待测圆极化天线进行两组正交的线极化幅度测量，通过计算得到圆极化天线的轴比等极化椭圆参数的信息。在此基础上又提出了只用三个线极化分量测量圆极化天线轴比的方法。通过在微波暗室中对圆极化天线进行多次测试，验证了该方法的有效性。该方法提高了圆极化天线的测试效率，降低了测试难度，对于工程应用有重要的应用价值。
为了满足光学元件曲率半径精密检测的需求，设计了应用激光干涉方法的曲率半径精密检测系统，实现了对口径100~300 mm，曲率半径500~2 000 mm光学元件曲率半径的高精度，非接触式测量。并分析了影响曲率半径测量结果的各项不确定度，进行不确定度合成。最终完成曲率半径精密检测系统的装调，进行验证实验，曲率半径测量结果相对不确定度约710-6，满足了1010-10的设计要求。
激光云高仪是对大气中云的时空分布进行自动连续监测的有力工具之一，现有的云检测算法在低信噪比或有气溶胶影响时容易产生误判或漏判。文中分析了激光云高仪回波的原始信号、一阶微分信号和二阶微分信号特征，构造了两个新的信号序列，提出了一种微分增强云检测方法。该算法可以实现对云回波信号中云峰和云边界特征的增强和分离，有效修正了低信噪比和气溶胶层对云检测带来的误差。通过实验对比了微分增强法和微分零交叉法的云检测结果，结果表明：微分增强法在不影响云高判别的情况下，能有效地减少云的漏判和误判。
近年来高超声速飞行器的研究受到世界各国的重视，具有重大的军事意义，其中导航、制导和控制是高超声速研究的关键技术。鉴于星光导航有着抗干扰能力强、导航精度高、自助式导航等特点，文中主要研究了高超声速飞行器使用星光导航方法的星图复原算法。考虑到高超带来的气动光学效应，在分析高速层流以及湍流流场的基础上，应用增量Wiener滤波器和有限支持域上的盲解卷积复原算法进行退化星图的复原。针对高速飞行器星光导航对复原星图的要求，仿真分析了复原星图的质心偏差及识别特征量变化。仿真结果显示，有限支持域上的盲解卷积复原算法精度较高，且经复原后的星图，能快速被高速飞行器星光导航系统正确识别。
与传统的干涉成像光谱技术相比，像面干涉成像光谱技术具有高光通量、高光谱分辨率、高目标分辨率等优点。在介绍像面干涉成像光谱技术的基本原理基础上，提出了通过推扫横向剪切分束器对目标进行探测的方法，省去了传统推扫方法中提取物点干涉信息时的图像配准过程。研究了信息处理中去直流项、切趾等预处理问题，分析了相位误差校正方法及各种方法的优缺点。搭建Sagnac型像面干涉成像光谱实验装置进行了光谱重构实验，复原了被测光源的光谱曲线，并复原了探测目标在各个谱段的光谱图像。
偏振成像技术是近年来国内外研究的热点，在军事和民用方面都有巨大的应用价值。与被动偏振成像方式相比，主动偏振成像技术弥补了被动成像单纯依靠目标自身辐射或反射成像的不足，大大提高了成像距离和信噪比。引入主动光源，可以根据目标的出射辐射计算其Mueller矩阵，分析目标反射或散射光的强度、相干、消偏振等特性，进而得到目标的自身特性。介绍了近年来主动成像技术的发展；分析了系统结构组成及工作原理；最后给出了几种典型的主动偏振成像系统，并分析了这些系统的优缺点，指出了偏振成像系统的未来发展趋势。
在视频监控领域，包含PTZ（pan-tilt-zoom）相机的双目主从系统可以同时获取跟踪目标的全景信息和高分辨率信息，因此得到了广泛研究与应用。针对智能视频监控的需求，提出了一种基于地平面约束的双目PTZ主从跟踪方法。该方法分为离线标定和在线实时跟踪两个阶段。离线阶段，利用两相机不同视角间的目标匹配关系计算地平面所诱导的单应矩阵，提出了一种从两相机同步视频流中自动估计单应矩阵的方法，该方法与传统方法相比具有不需要标定物和人工干预的优点，然后采用匹配特征点的方法估计相机的主点和等效焦距。在线实时跟踪时，通过单应变换建立主从相机之间的坐标关联，并利用离线阶段标定的主点和等效焦距估计从相机控制参数，从而实现主从跟踪。与其他算法相比，该方法可以应用于宽基线的情形，能够适应目标深度的变化，满足了实时性的要求。室内、外场景的多组实验验证了所提方法的有效性。
针对反射镜拼接光学系统中的图像渐晕问题进行讨论，从几何光学角度分析了反射镜遮挡导致的部分光线无法在像面上成像出现的能量损失问题，对渐晕能量分布进行了定量分析。根据分析结果，提出了一种适合反射镜拼接渐晕的退化模型，采用最速下降法进行模型参数的求解，推导了Hesse矩阵的相关参数，较好地解决了不规则曲面拟合的问题，进而实现了拼接渐晕的处理。实验结果表明：文中方法能够有效地估计退化模型的相关参数，处理后图像的信噪比提高了至少15 dB，有效地去除了拼接带来的渐晕失真，且达到实时应用的要求，具有广泛的应用价值。
基于Fourier基的压缩感知（Compressed Sensing，CS）算法已被成功应用于平稳运动目标的逆合成孔径雷达（Inversed Synthetic Aperture Radar，ISAR）成像。但由于建模时对ISAR回波方位相位高次项的忽略，Fourier基矩阵对机动目标回波数据方位信息的稀疏表示失效，导致对机动目标的成像在方位向模糊。鉴于时频分析技术良好的时频局部化特性，将其引入到雷达回波方位向分析中，以改进用于表示雷达回波数据的稀疏基，实现对选定时间切片内回波数据多普勒频率的稀疏表示。改进后的基矩阵在通过CS技术解析回波在时间切片内方位信息的同时，又保证了利用有限数据成像的分辨率。与基于Fourier基CS成像等现有方法相比较，新方法在方位向的成像质量上有较大改进。仿真实验验证了算法的有效性。
摄像机的运动会导致整幅图像的运动，使得此情形下的目标检测极具挑战性。针对该问题提出一种快速低存储开销检测算法。首先，利用一种快速低存储开销配准方法计算相邻两帧的单应变换矩阵。而后，使用单应变换矩阵进行相邻两帧之间的配准，并由帧间差分获取帧间运动信息。最后，采用积累运动信息的方式构造不断更新的运动图像，通过对此运动图像进行阈值分割分离出最终的运动目标。在多个不同视频序列下的实验表明该算法能够有效地从嘈杂的场景中检测出运动目标。此外，与先前算法相比，该算法检测性能更好，且显著地降低了存储开销与计算时间开销。对于480360的序列而言，该算法需要的存储开销仅为825 kByte，且运算速度达到16帧/m。
针对存在复杂背景干扰和噪声情况下的红外弱小目标检测问题，提出了一种基于循环平移Contourlet变换和Facet模型多向梯度特性的检测方法。首先通过循环平移Contourlet变换，利用硬阈值对图像进行去噪，提高图像的信噪比和平滑性；然后设计了一种基于Facet模型多向梯度特性的中值滤波器，对去噪后的图像进行滤波，有效地抑制复杂背景和噪声；其次采用两级最大类间方差算法对滤波后的图像进行分割；最后根据相邻帧候选目标的位置和速度关系进一步检测弱小目标。实验证明，这种算法抗噪性强，对包含强纹理结构的复杂背景具有良好的抑制作用，能够有效地检测出弱小目标。
针对天基红外监视系统中不同形状目标的联合检测问题，提出基于扩展马尔可夫随机场的自适应目标检测算法。首先分析了天基红外监视系统中的目标特性，在此基础上以典型目标形状为模板，构建了扩展的马尔可夫随机场邻域系统；其次构建了新的马尔可夫势函数，并利用红外图像中背景与目标之间的马尔可夫势差异，将复杂背景中不同形状目标联合检测问题转换为马尔可夫势差异的判别问题，有效解决了马尔可夫随机场理论框架下混合形状目标检测问题。仿真试验结果表明，所提出的算法能够根据目标形状的变化自适应地检测各类目标，并可在不同图像信杂比条件下进行目标检测处理，具有较强的鲁棒性。
针对现有的高光谱遥感波段选择方法应用于目标检测时效果不高的问题，提出了基于目标检测的波段选择方法两步波段选择（Two Step Band Selection，TSBS）方法。该方法首先应用典型波段选择方法对高光谱波段进行初选；然后根据波段逐一累积后不同波段组合的目标检测效果，对初选波段进行再次选择，最终得到目标检测效果更好的波段组合。该方法不仅继承了典型波段选择方法的优点，而且直接基于目标检测的效果选择波段，应用针对性强，方法简单易行。实验结果表明：TSBS方法在高光谱数据波段选择方面具有较好的普适性，能够在实现数据降维的同时，有效改善目标检测的效果。
