2014年 第43卷 第4期
大气传输修正是目标辐射特性测量的一个重要环节。介绍了研制的目标辐射特性测量大气传输修正系统和中分辨率通用辐射大气传输计算软件（CART），展示了大气传输修正结果和外场实际水平距离测量结果的部分对比，定量评估了目标探测常用的中波和长波红外波段大气传输修正精度。
戽链（BBD）结构的CMOS红外模拟TDI探测器，由于其兼容普通CMOS工艺，并可以提高系统的信噪比，因而在空间遥感领域得到了广泛的应用。而基于焦平面面阵的数字TDI（Digital Time Delay and Integration）技术的研究与应用尚在起步阶段。利用中国生产的320256中波面阵红外探测器进行DTDI研究，对比分析了模拟TDI探测器的电子转移效率、BBD噪声、动态范围等方面的性能，突出了DTDI在结构和性能上的优势，并通过理论推导了DTDI对面阵探测器本身信噪比的提高，非均匀性的改善，同时分析了DTDI过程中盲元对性能的影响。最后，通过实验得到了16级DTDI的信噪比增加为2.5倍，非均匀性减少到1.68%，验证了DTDI技术对系统性能的改善，为DTDI技术的应用提供了理论参考。
快速制冷启动所产生的形变应力是对红外焦平面探测器芯片可靠性构成影响的重要方面。采用机械加工结合化学腐蚀的方法对芯片进行减薄以提高其柔韧性，从而减小了由于应力传递产生的像元损伤所引起的盲元和裂纹。并在不增加杜瓦冷头零件结构的前提下对杜瓦冷头膨胀匹配进行优化以减小芯片形变和应力。通过可靠性试验验证，提高了快速制冷启动下中波320256红外焦平面探测器组件长期工作的可靠性和稳定性。
将高精度的CFD技术和红外离散传递法相结合，建立了一套基于纳维－斯托克斯（N-S）方程和光谱辐射强度方程相结合的无人机红外辐射的数值模拟方法。采用CFD方法开展了某无人机蒙皮气动加热性能、发动机排气系统的温度和组分摩尔浓度分布计算，结合离散传递法开展红外探测敏感波段下蒙皮、尾喷口和尾喷焰三个主要辐射源的红外信号特性综合分析，研究了不同红外参数变化下全机外形特征、发动机喷管构型和尾喷焰流场分布对红外辐射贡献的影响，获得了一些可以指导无人机红外隐身设计有价值的结论。
针对采用各种隐身技术的红外目标与周围背景之间的辐射差异不明显，导致探测困难这一问题，利用目标和背景在窄波带内的辐射特征具有较大差异这一特性，建立了基于红外光谱探测的谱带内红外辐射对比度的研究。通过对红外辐射相对对比度以及绝对对比度的分析，综合大气条件在整个传输过程中的影响，结合理论计算以及实验分析确定出用于红外隐身目标探测的最优谱带为2.86～3.30m和4.17～4.55m两个窄波带。实验结果表明：在所选取的用于谱带探测的窄波带能够很好的消除背景红外辐射的影响，以此突出目标辐射，具有良好的可探测性。
研究了细水雾在3~5m和8~14m这两个大气窗口波段的红外辐射特性规律。通过对光谱辐射特性规律的研究，发现光谱散射系数与光谱吸收系数近似以1/2光谱消光系数为轴成对称关系，并且随着细水雾均值粒径的增大，对称关系趋于明显；通过对谱带辐射特性规律的研究，建立了细水雾在3~5m和8~14m两个波段内谱带衰减系数的近似计算公式；经过误差分析发现，细水雾均值粒径大于20m时，该近似公式可以保证三种谱带衰减系数的相对误差不超过5%。
以强吸收性的煤烟气溶胶为例，分析了其等效吸收系数与反映粒子分布的荣格指数的关系，指出随荣格指数的增大，吸收系数呈现出先减小后增大的U形结构。对同一成分的气溶胶来说，小粒子的容热能力高于大粒子，随着大粒子的增多，延迟时间逐渐缩短。以光纤式迈克尔逊干涉的简易平台为基础，考察了镜面反射光经准直器端面的透射光和准直器端面反射光所形成的干涉光，在1.064m近红外平行光束垂直照射下的相位变化，利用相位变化量和等效吸收的关系，获取了晴天、雾天、纸张燃烧的薄烟雾及浓烟雾的大气气溶胶等效吸收的发展过程，测量灵敏度达到10-6m-1，分析了环境温度渐变引起的迈克尔逊干涉信号基线的飘移，为气溶胶吸收过程的详细研究和吸收系数的实际测量提供了试验基础。
基于数字微镜（DMD）的红外场景投射器可以被应用于场景仿真系统中。论述了应用于红外仿真系统的DMD显示灰度图像的原理和对应的DMD的工作时序，并且设计了基于TI的0.7XGA芯片组的红外场景投射器。该设计支持外部同步触发，投射图像是灰度级是8位，并且投射图像的帧频大于250Hz。仿真系统中的热像仪和投射器的同步将影响采集的结果，分析了热像仪的积分时间包含、超前和滞后于投射器播放时间对系统采集到的图案灰度产生影响，论证了严格同步在红外仿真系统中的必要性，并通过实验数据进一步证明了分析的结果。
尖晶石Mn-Co-Ni-O三元氧化物具有优良的负温度系数（NTC），是一种制作热敏红外探测器较为理想的材料。采用射频磁控溅射法在非晶Al2O3衬底上制备了Mn1.56Co0.96Ni0.48O4（MCNO）多晶薄膜。使用能量色散X射线谱（EDS）对薄膜中金属元素组分进行了测量，分析得出薄膜中金属元素组分与靶材中的组分偏离在5%以内。对经过750℃空气中退火后的薄膜结构、电学和光学性质也进行了研究。实验结果表明：退火后薄膜具有单一立方尖晶石结构，且薄膜表面致密、均匀性好；薄膜的传导机制遵循小极子跃迁传导，在240~330K范围内符合VRH模型，其激活能和电阻温度系数（TCR）在室温下（300K）分别为0.297eV和-3.83%K-1；薄膜在紫外-可见波段具有较高的吸收率，间接带宽为0.61eV。
报道了锰钴镍铜氧薄膜（Mn1.56Co0.96-xNi0.48CuxO4，MCNC，x=0，0.08，0.16，0.24）的红外探测器件的制备过程及器件性能。通过改变掺杂Cu的比例，制作了系列MCNC薄膜材料及红外探测器件。实验结果表明，对于一定厚度及尺寸的薄膜器件，铜的掺入能显著减小器件的阻值及器件噪声，弥补了负温度系数的减小的缺点。器件时间常数约为20~40ms。掺铜量为0.24的薄膜器件的探测率为0.83107cmHz1/2W-1，相比同样规格的锰钴镍器件提高了约130%。此外，对于MCNC薄膜器件的老化现象进行了初步探讨。
地面远距离运动目标检测是红外成像防御中的关键技术之一。地面远距离运动目标检测指利用红外探测器对远距离运动目标实现自动探测和捕获。由于目标距离较远，在红外探测器上成像面积较小，同时远距离运动目标容易被遮挡，很难将目标从复杂的地面背景中提取出来。提出了一种能够在面阵红外探测器转动的条件下实现远距离地面运动目标检测方法。首先利用图像信息计算红外探测器的运动补偿参数并通过背景更新获取目标一次检测结果，然后采用光流法获取背景和目标的运动信息，通过计算背景和目标之间的运动信息相关性实现目标最终检测。实验采用多种场景对文中算法进行验证，结果表明该方法通过转动红外探测器可以扩大目标搜索区域，利用背景和目标之间运动信息的相关性有效地克服了目标遮挡、目标重叠和视差等问题。
为了解决Mean Shift跟踪算法中目标模板只能从单一图像建立且很难更新问题，提出了一种结合改进的Mean Shift与增量式支持向量机的红外目标跟踪算法。首先，根据目标区域的灰度直方图对目标进行描述，然后采用标准Mean Shift搜索目标，结合子图图像矩特征进行二次搜索，再计算下一帧搜索的窗口大小，以解决目标尺寸明显变化时造成目标丢失的问题。同时，针对目标遮挡易导致跟踪失败的问题，引入机器学习理论，采用增量式支持向量机自适应更新模板，则目标跟踪问题转换为目标和背景的分类问题。实验结果表明：提出的改进算法在目标尺寸、姿态发生变化或出现部分遮挡时，能有效跟踪目标。
设计了980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器，并在结构中插入电流阻挡层，有效地阻止载流子的泄露。用LASTIP软件对980nm非对称宽波导量子阱激光器进行理论模拟，与传统的980nm对称宽波导量子阱激光器相比，非对称宽波导量子阱激光器波导和量子阱之间有更小的能带差，非对称宽波导结构具有更低的阈值电流，更高的斜效率以及更低的阻抗，所以带有电流阻挡层的980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器有更高的光电转换效率和输出功率。
远红外激光具有穿透性强、光子能量低、带宽宽、通信传输容量大等优点，在公共安全、环境探测、生物医学、天文观测、军事以及通信等方面得到了广泛应用。在介绍了远红外波段激光器发展的基础之上，对产生远红外激光的各种方式进行了对比分析和总结，讨论了光泵浦远红外气体激光器的技术优势，并针对近年来远红外激光工作介质及其新谱线进行了归纳。通过对连续和脉冲光泵浦远红外气体激光器发展的回顾，结合该领域的一些重点研究方向，给出了未来光泵浦远红外气体激光器的研究趋势。
虽然固体激光器和半导体激光器有很多优势，但在精密测量领域，He-Ne激光器仍然是制造高精度仪器最常用的激光器。在开始的升温过程中，He-Ne激光器经历了一段功率、频率、横向模式等不稳定的时间。文中全面、综合地报导了长期实验中得到的丰富的He-Ne激光器（一般和双折射双频激光器）开机光强调谐曲线，并以此作为判断激光器性能的依据，研究如何从曲线对激光器的参数做出推断。包括推断：激光纵模间隔，激光出光带宽，激光单、双纵模区宽度，子腔效应的程度等。
为固体激光器设计了一种新型内部结构扰流柱结构的冷却热沉，采用计算流体力学（CFD）方法对此水冷热沉的三种典型设计方案以及传统的空腔结构和等截面小通道结构热沉分别进行了数值模拟，据此研究了冷却水流量对各种方案的增益介质最高温度、冷却面温度分布以及热沉的压力损失等特性的影响。在相同传热量和相同冷却水流量前提下，等截面小通道热沉和扰流柱热沉的传热特性都明显优于空腔结构热沉。与等截面小通道水冷热沉相比较，扰流柱热沉传热热阻更小，而流动压力损失较大。数值模拟结果表明扰流柱热沉传热性能优于传统的两种热沉（空腔结构和等截面小通道结构）设计方案，具有更好的冷却效果。在较高流量下工作时，扰流柱热沉传热性能略优于等截面小通道热沉，在较低流量下工作时则显著优于等截面小通道热沉。
激光制导武器具有低成本、高效费比、高精度等特点，已成为现代战争中最为重要的精确打击武器之一。介绍了激光制导的各种类型并比较了其优缺点，分析了最有发展前途的制导方向之一弹载激光主动成像制导的工作原理、特点、影响性能的因素、技术路线及技术难度，尤其是深入探讨了扫描和非扫描两种工作方式。综述了弹载激光主动成像制导的国内外发展现状与趋势，重点解读了低成本自主攻击系统LOCAAS、网火武器系统中的巡飞攻击导弹LAM、通用激光雷达导引头CLAS、竖锯计划Jigsaw等多套典型的非扫描成像激光雷达系统，总结并提出了可行的研制方案和进一步发展该技术的建议。
由于逆合成孔径激光雷达（ISAL）发射信号具有超短波长、超大带宽的特点，在对匀速运动目标成像时，其回波信号存在色散效应，且目标散射点容易产生越距离单元徙动，利用传统的距离-多普勒成像算法将无法获取理想的ISAL图像。在对匀速运动目标回波精确建模的基础上，深入分析了由于目标运动引入的距离色散。提出利用分数阶Fourier变换（FRFT）补偿距离像色散，并对距离压缩后的回波信号进行预相干化处理，之后结合keystone变换消除目标散射点存在的越距离单元徙动，并最终实现对目标的高分辨成像。仿真实验验证了成像算法的有效性。
针对激光主动偏振图像的散斑去除问题，提出了一种基于异向扩散的冲击各向异性滤波模型。该模型融合了冲击滤波器和小核值相似区算法，利用小核值相似区算法提取偏振图像边缘，减少了噪声对边缘检测的影响；针对不同的图像区域，自动调整冲击滤波器的系数，使得该算法既能保持图像边缘，又可以很好地抑制图像的散斑。使用八方向一阶差分估计小核值相似区算法的门限，门限估计更加准确；迭代终止条件采用完全散射区域的平均绝对误差作为标准，使得迭代次数更加合理。通过对比等效视数和边缘保持指数可见，冲击各向异性滤波算法的散斑抑制能力和边缘保持能力与传统的Lee和SRAD模型相比更加有效。
拉曼散射法测量大气二氧化碳（CO2）是一种利用大气中CO2分子和N2分子与激光相互作用产生Raman散射频移来实现探测CO2混合比分布的探测技术。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所自主研制的拉曼散射激光雷达系统，以及用于大气CO2时空间分布测量的原理和方法。将两台事先校准过的CO2分析仪布置在激光雷达水平光路的发射端和1km位置进行同时测量，实验结果表明：两台分析仪分别与激光雷达近端和远端得到的CO2混合比随时间的变化具有较好的一致性，统计一整夜测量结果的平均值分别相差0.8ppm和3.51ppm；结合激光光路下垫面的不同对近端与远端结果的差异进行了分析说明，充分表明了拉曼散射激光雷达测量结果的可靠性。
为了获得高性能的涂层材料，采用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了MoFeCrTiWAlxSiy（x=0或1、y=0或1）高熵合金涂层，通过金相、XRD及硬度测试的手段重点探究了Al和Si两种元素对MoFeCrTiW高熵合金涂层组织与性能的影响。实验结果表明：Si的加入会促进金属间化合物大量的析出，细化晶粒效果明显，而且涂层的硬度显著提高，最高硬度可达839.3HV；Al的加入会抑制金属间化合物的析出，使涂层形成单一的BCC相结构，但会使涂层的硬度降低。同时添加Si和Al，能够获得组织细密、硬度较高的优质涂层。
红外/毫米波分频器件是红外/毫米波复合探测系统的关键器件之一。利用电磁波干涉理论计算和分析了介质材料特征参数对毫米波透射、反射和吸收性能的影响。针对工作频率为35GHz的电磁波，给出了介质材料厚度设计的准则，分析了SiO2材料不同物理厚度和物理厚度偏差对毫米波传输性能的影响。分析结果表明：基底物理厚度越大，基底物理厚度偏差对毫米波透射、反射和吸收性能的影响就越大，要求也越精确。对红外/毫米波分频器件的设计有一定的参考价值。
光子晶体光纤具备的无截止单模、模场面积可调和色散可控的特性，使其在超连续谱的产生中具有独特的优势。超连续谱的产生条件之一，是所使用的光纤须具有高的非线性，而硫系玻璃非线性系数极高，因此利用硫系玻璃光子晶体光纤产生超连续谱的研究备受关注。采用熔融-淬冷法制备Ge23Sb12S65硫系玻璃，并以此为基质设计了用于超连续谱产生的高非线性光子晶体光纤。采用多极法分析光纤孔间距、孔径比d/等对光纤的色散零点位移、色散平坦调控、损耗及模场面积的影响，最终得到当=2m，d/=0.43时，可获得2~4m平坦色散的高非线性光子晶体光纤结构。
设计了一种适合激光近炸引信的小体积新型高精度时刻鉴别电路, 采用偏置开关补偿技术来抵消因电荷积累造成的过零点漂移，即依据激光回波幅度来决定偏置电压大小。分析了改进的恒比定时方法的时刻鉴别误差，并进行了详细测试，实验结果表明：信噪比大于20 时，输入信号为0.2～2.134V，既在20.12dB 动态范围内，由输入信号幅度变化和噪声变化引起的时刻鉴别误差小于125ps，信噪比大于60时，误差小于100ps。最后将该时刻鉴别电路应用于整机系统中进行实际检测，激光重复频率20kHz条件下，20m的作用距离范围内单次定距标准偏差为1.45cm极大提高了激光近炸引信的定距精度。
谐振式光纤陀螺（R-FOG）的频率锁定是陀螺信号检测的关键技术，尤其在长时间的测试中，谐振频率的锁定稳定度决定了陀螺的输出性能。根据光纤环形谐振腔的传输理论，分析了其谐振特性及其一次谐波特性；搭建了R-FOG测试系统，采用正弦波相位调制解调技术实现谐振谱线一次谐波的输出；在分析由运算放大器构成的传统模拟比例积分（PI）电路的漂移误差源的基础上，给出了可以有效抑制漂移误差的T型反馈网络，应用到谐振式光纤陀螺的谐振频率锁定中，得到了较好的锁定效果，经Allan方差分析，谐振频率长时间（4000s）的锁定稳定度优于910-12。
为了解决光电成像设备对空间实际场景观测时提出的高动态范围要求，设计了一种新型的像元级光强调制的高动态范围成像系统。系统由成像物镜、折叠反射镜、二次成像转置物镜组成，采用TI公司的数字微镜阵列（DMD）作为光强调制器件，通过光瞳匹配原则使两个系统完美衔接，并利用二次成像系统实现DMD单元与图像传感器的像素一一对应，设计结果显示：在像面的Nyquist频率处，全视场的MTF0.55，弥散圆的直径小于CMOS图像传感器的像素尺寸，并且畸变等像差也校正良好。该方法不仅可以提高图像传感器的可探测动态范围，还能够实时地探测到强弱目标，满足空间目标视景成像的要求。
为了保证高精度光学元件面形检测精度，必须对干涉仪标准镜自身的面形精度进行严格控制。在考虑标准镜自重的情况下，采用有限元方法研究了不同胶点数量及分布形式、不同的镜框支撑方式对参考面面形精度的影响。根据研究结果，针对球面标准镜面形精度要优于/40的要求，设计了口径150mm的标准镜的支撑方式，采用123点胶接、镜框底面六点的挠性支撑方式，经有限元分析得到：参考面面形的PV值为7.36nm，RMS值为1.52nm；并验证了温度变形较自重变形很小。结果表明，各项指标满足设计要求，证明了结构设计的合理性。
为了提高结构刚度，利用ANSYS的APDL语言对外径椎95mm的一体式3翼次镜支架进行了参数化建模，以基频为目标函数，对构成支架翼形的梁杆和接杆的截面参数进行了优化。优化结果表明：梁杆与接杆的夹角对基频影响显著，基频最高时梁杆与接杆的连接位置临近于基座，但并不在基座根部。在原结构基础上设计了带6螺旋环绕撑筋的新型次镜支架，撑筋显著提高了整体刚度。优化设计的新型次镜支架质量仅增加14.7g，基频增加33%，横向加速度下次镜安装面变形减小37.5%，可作为适应于力学环境的一种较佳结构。参数优化方法可提高多设计变量条件下的建模、仿真效率和设计水平，优化结果可为质量、体积及遮拦受限的小型一体式次镜支架结构设计提供有力支撑。
针对光谱仪小型化、高分辨率的发展趋势，设计了一种结构简单、宽谱段、消像散的小型光谱仪。具体分析了折叠光路Czerny-Turner光谱仪各种像差的原理和校正方法。推导了柱透镜宽谱段消像散的理论方程。作为实例，设计了一款谱段为300～900nm、物方数值孔径0.08的小型光谱仪。该光谱仪采用折叠光路结构以减小尺寸，添加柱透镜以消除整个谱段的像散。结果表明：该光谱仪结构简单紧凑，体积小，实现了宽谱段的消像散，全谱段光谱分辨率优于0.5nm。
为了实现对空间碎片探测，提出了一种空间碎片多光谱探测相机光学系统，由可见光相机、长波红外相机、中波红外相机光学系统组成，三个相机共用主、次镜，在三路相机光学系统中同时加入校正组件平衡校正像差，可见光相机焦距为1000mm，视场为1.2，长波红外相机焦距为-250mm，视场为2.75，中波红外相机焦距为-500mm，视场为1.38，考虑了温度对相机像质的影响，采用热膨胀性系数小的材料作为反射镜基底，分析了三个相机光学系统在空间环境下（205℃）温度环境下的像质变化，设计结果能满足使用要求。
基于最小二乘拟合的传统干涉子孔径拼接方法实现了小口径干涉仪对大口径光学元件的检测，然而在子孔径测试过程中，由于干涉仪上的参考面存在面形误差，将使获得的各子孔径的面形数据偏离真实值，所以在进行高精度面形测量时，获得参考面的面形误差并将其补偿掉是非常必要的。因此，提出了一种在拼接过程中用Zernike项对子孔径间重叠区域数据进行拟合的方法来求得参考面面形。首先在传统的目标函数上加入一系列Zernike项表征待求参考面，然后按照最小二乘法对函数进行求解得到各项系数，从而得到拟合的参考面。对平面和球面分别进行了子孔径拼接实验，拟合得到的参考面面形与QED拼接干涉仪计算得到的参考面面形的PV值偏差小于5nm，RMS值偏差小于0.2nm，拼接后的重叠区域不匹配误差值小于10nm。实验结果表明，在子孔径拼接过程中可以补偿参考面误差而得到更真实的拼接面形。
提出了在大姿态角情况下飞行器姿态参数的使用方法以实现像移速度的精确计算。根据飞行器轨道坐标系转换到飞行器坐标系的转换矩阵，推导了在大姿态角存在时轨道坐标系下的姿态角速度与飞行器坐标系下的姿态角和姿态角速度的关系式。通过计算得出，在侧摆角为30时对飞行器坐标系绕飞行器轨道坐标系的转动角速度S1、S2和S3的影响最大误差分别为1.175%、50%和13.223%；在前后摆角为30时对S1、S2和S3的影响最大误差分别为63.397%、0.1745%和63.397%。根据空间相机像移速度计算精度要求比较高，确定了在一定的姿态角情况下飞行器姿态参数使用方法。提出的方法简单，易于实现，适用于空间相机像移补偿的研究。
为了补偿空间相机由于地面定标环境和在轨工作环境不同及发射时振动冲击引起的焦面离焦，保证空间相机在轨成像质量，设计了焦面调焦机构。首先，针对尺寸超长焦面，采用增设调焦内框来增加焦面基板刚度，通过蜗轮蜗杆传动驱动丝杠运动实现机构自锁。其次，利用有限元分析软件patran/nastran建立了调焦机构的有限元模型，用mpc模拟导轨连接，对调焦机构进行模态分析。最后，对调焦机构进行了力学试验验证和精度测试。试验及测试结果表明：设计的调焦机构动态刚度高，一阶计算模态为228.7Hz，而试验得到一阶模态为223.9Hz，两者相差2%；调焦灵敏度达0.25m，调焦精度达到6.3m，焦面基板两端同步误差达到4m，满足航天相机对调焦机构高分辨率、高精度、高可靠性的要求。
在激光的实际应用中，需要利用光束整形技术将激光器的输出光束调制为期望的光强分布。微机电系统的发展为光束整形提供了一种解决方案。采用微反射镜阵列，实现了激光光束的整形。基于随机化的思想提出了相应的算法，分析了算法在不同单元数目和不同噪声水平下的表现，为实际应用提供了有价值的参考依据。最后，建立了实际的光路模型，进行了光线追迹，给出单模高斯光束以及考虑噪声情况下的仿真结果。分析结果表明，使用微反射镜阵列可以有效地实现不同输入下的激光光束整形，并且具有极大的灵活性，为光束整形提供了一种新的手段。
越来越多的民用与军事对高灵敏度紫外探测的需求促进了GaN基雪崩光电二极管（APD）的快速发展。雪崩光电二极管工作在高反偏电压状态，器件内部载流子在高场下发生碰撞离化，从而使探测信号产生增益。首先对GaN基雪崩光电二极管的研究进展进行了回顾，然后重点报道了器件的增益最大可达3105，介绍了本征层厚度与器件暗电流的关系，简单介绍了正在组建的基于相敏探测的交流增益测试系统，并研究了过剩噪声与调制频率之间的关系，发现在低频波段（30~2kHz），过剩噪声呈现1/f噪声特性。最后，对盖革模式的雪崩光电二极管的研究进展及应用前景进行了简单介绍。
为了提高Cs-O激活后GaAs光阴极的稳定性，延长像管的使用寿命，从Cs-O激活方面着手进行研究，寻找解决途径。改变GaAs光阴极激活中的Cs过量，并在线监测真空环境下光电流的变化情况，寻找激活对GaAs光阴极稳定性的影响因素。分别进行3组5种比例的激活实验，在光电流下降至Cs峰峰值90%、70%、50%、30%和10%时给O进行交替激活。激活结束后，在低于110-8Pa的真空环境下在线监控30min内的光电流，发现过Cs90%、70%、50%激活的光阴极稳定性好，过Cs30%次之，过Cs10%相对最差。结果表明：GaAs光阴极Cs-O激活时，Cs量越多，表面势垒的建构越完整，光阴极的稳定性就越好，对改善GaAs光阴极稳定性，延长使用寿命具有重要意义。
利用XPS分析了GaAs光阴极高温退火、激活前后表面组分的变化，结合光阴极退火过程中通过四级质谱仪获取的CO2、H2O、O、As、Cs等分压曲线，比较、讨论了两次退火机理的差异。提出第二次加热的目的不仅在于清洁光阴极表面，更重要的是促使第一次激活在光阴极表面形成的偶极层向更稳定的结构转化，Cs2O偶极子在高温下与GaAs本底反应生成了可在光阴极表面稳定存在的GaAs-O-Cs偶极子，形成主要由键合强的GaAs（Zn）--Cs+、GaAs-O-Cs偶极子及靠范德瓦尔斯力附着在光阴极表面的Cs2O偶极子构成的偶极层。根据这一结论，解释了光阴极两次激活过程中光电流变化规律的差异。对理解光阴极激活及表面光电发射模型具有重要意义。
为进一步改善大型固体激光器3倍频用薄膜的光学及损伤特性，利用不同的测试方法系统对比研究了电子束蒸发方式制备的几种紫外薄膜的光学常数、晶体结构、表面粗糙度以及弱吸收和其激光损伤特性间的相互关系。研究表明：薄膜的弱吸收和其禁带宽度共同制约了其激光损伤阈值，而薄膜因晶相结构的产生而增大的表面粗糙度对其激光损伤阈值无影响。大弱吸收的薄膜其损伤表现为非常微小的吸收点向外扩张构成的较大的破坏点，而低弱吸收的薄膜其损伤则表现为瞬间吸收引起大的损伤。
采用磁控溅射法分别在柔性PI衬底、柔性AZO衬底和柔性ITO衬底上制备CdS薄膜，并在干燥空气中以CdCl2为源380℃退火，分别研究了不同柔性衬底及退火工艺对CdS薄膜形貌、结构和光学性能的影响。研究结果表明：退火前在不同柔性衬底上的CdS薄膜形貌依赖于衬底类型，退火后CdS薄膜的晶粒再结晶，晶粒度增大明显，且不再依赖于衬底类型。不同柔性衬底上CdS薄膜均为立方相和六角相的混相结构，退火后，六角相比例增大，薄膜的结晶质量提高。透过率退火后改善明显，其中，在柔性AZO衬底上的CdS薄膜透过率超过80%。
为了改善傅里叶变换红外光谱仪中动镜运动控制系统的动态性能和静态性能，设计了基于扰动观测器的非线性PID控制器。首先对该动镜驱动系统进行数学建模，分析系统中的非线性因素。之后给出了设计该控制器的理论依据。最后进行了数值仿真分析和实验验证。实验结果表明：动镜以133mm/s运动时，采用基于扰动观测器的非线性PID控制器控制时，系统响应超调量为0，上升时间为3ms，稳态均方差为0.0392，性能明显优于传统PID控制器。结果证明了该控制器的可行性和实用性，满足了干涉仪的动镜匀速性要求。
针对传统非负矩阵分解法中解空间较大、存在大量局部极小值的问题，提出了一种基于单形体体积和丰度稀疏性约束的非负矩阵分解法（Volume and Sparseness Constrained NMF，VSC-NMF）。该方法首先使用顶点成分分析法对高光谱图像进行端元提取，将其作为端元矩阵的初始值，可达到加速算法收敛的目的；然后，在目标函数中加入单形体体积最小化约束和丰度稀疏性约束，从而实现对混合像元进行较好的分解。实验结果表明，该方法不仅能有效地克服传统非负矩阵分解法的缺陷，而且能估计出精确的端元和对应的丰度，获得满意的解混效果，尤其适用于稀疏度较高的高光谱图像。
对于窄带k-分布模型，影响计算精度的关键因素是积分格式，为了研究积分格式对窄带k-分布模型的影响，选择了5种精度较高的高斯积分方法进行计算分析。首先采用Gauss-Lobatto 7点积分格式窄带k-分布法计算了CO2四种条件下的窄带平均透过率，并与实验结果进行对比验证，对比结果吻合良好。另外选取了4种积分方式：Gauss-Lobatto 5、Gauss-Lobatto 4、Gauss-Legendre 4和Gauss-Legendre 2点积分，对CO2的四个算例进行计算，并将5种积分格式的计算结果与逐线计算结果进行对比分析。结果表明：Gauss-Lobatto 7的精度最高，Gauss-Lobatto 5和Gauss-Legendre 4次之，其中Gauss-Legendre 4略高于Gauss-Lobatto 5。显然相同积分方法积分点越多计算精度越高，但计算时间越长，而两种不同积分方法对比Gauss-Legendre优于Gauss-Lobatto。综合考虑精度与计算时间等因素，5种积分格式中Gauss-legendre 4应该为最好的选择。
针对高光谱图像数据量大、信息冗余多、传输难度大等问题，从波段压缩采样入手，通过采样数据重构出原始波段，提出一种基于压缩感知理论的波段重构方法。压缩感知理论是一种在不遵循奈奎斯特采样定理的情况下，能够高精度重构出原始信号的新型压缩采样理论。由于高光谱图像谱间相关性高，具有很强的稀疏性，故可将压缩感知理论用于高光谱数据的波段重构，仅选择少量波段，便能够重构得到原始高光谱数据。实验结果表明，压缩感知理论能够对高光谱图像波段维进行压缩与重构，并可达到较高的重构比例，同时获得较高的重构效率，且重构数据光谱曲线与原始数据光谱曲线的波形一致度高。
使用5段移动平滑法、基线校正、光谱面积归一化、多元散射校正方法对水稻叶片可见-近红外光谱进行预处理，使用连续投影算法（SPA）进行有效波长的选取。分别基于光谱指数RVI、NDVI建立多元线性回归（MLR）模型，基于SPA有效波长建立MLR模型，基于全部波长建立主成分回归（PCR）及偏最小二乘法（PLS）回归模型。利用模型预测水稻叶片氮含量，对比发现基于SPA有效波长建立的模型的预测效果明显好于基于光谱指数RVI及NDVI建立的模型，略差于基于全部波长建立的PCR及PLS模型。基于MSC预处理光谱及SPA有效波长建立的模型预测集预测结果r=0.7943，RMSE=0.4558。在水稻叶片氮含量光谱监测中使用连续投影算法进行有效波长的选取是可行的。
高光谱成像技术把二维成像和光谱技术融为一体，图像技术可全面反映水果的外部品质、表面缺陷及污染等，光谱技术则可用于水果内部品质的检测，能对水果的综合品质进行全面、快速的检测。以苹果为研究对象，得用高光谱成像技术和主成分分析方法分析了苹果的风伤和压伤，对比分析不同光谱区域主成分分析对识别结果的影响，优选出识别光谱区域（550～950nm）。通过主成分分析根据权重系数，选取了714nm作为苹果风伤研究的最佳特征波长。
星敏感器是当前广泛应用于航天器姿态测量的高精度光学姿态敏感器。介绍了一种新型分体式星敏感器的总体设计、应用及验证情况，其已成功应用于科学试验、通讯及地球观测等多种卫星平台，共有21套产品在轨验证。根据在轨遥测数据分析，全面验证了其主要技术指标：探测灵敏度5.7Mv、数据更新率8Hz、测量精度2.6、阳光抑制角28、动态性能1（）/s等。新型分体式星敏感器是国际上首个在轨飞行验证并引入控制系统闭环控制的APS星敏感器，根据地面测试验证结果和20余套产品长达两年在轨数据的全面分析，其在轨性能与地面测试性能一致，在轨测试结果证明产品的测量精度、鲁棒性、可用性和可靠性等主要性能满足卫星使用要求。
为了充分利用热释电传感器（PIR）的被动探测特性，拓宽热释电传感器在目标定位领域的应用。在峰-峰值时间差测距方法的理论基础上，提出了一种利用PIR针对运动目标（人体）的定位理论，并针对单节点实现目标定位存在定位盲区的不足出发，设计巧妙的机构实现多节点目标多次定位。根据感知节点最优布设原则，以双节点的最优布设为例展开讨论，找出不同节点下的最优布设模型。通过对双节点最优布设模型下对运动目标多次的探测实验表明，利用多节点实现运动目标探测区域多次定位的理论是有效和正确的。该方法打破了热释电传感器硬件常规使用方式，进一步提升了PIR的使用范围。
针对月基望远镜（LOT）杂散光抑制能力的验证，在地面采用点源透过率法对其遮光罩视场外杂散光抑制比进行了测试，并利用光学系统视场外不同离轴角的点源透过率（PST）来评价其杂散光抑制比。该PST测试方法突破了以往的杂散光测试方法，采用高精度星模拟器与EMCCD结合的思路，保证了探测器在其线性区域内具有大动态范围探测能力的特性，其动态探测范围可达1012，可满足指标PST（在22离轴角）测试值10-7的要求。该方法能更客观、更直接地反应遮光罩的杂散光抑制能力，其PST（在22离轴角）测试不确定度可优于60%，远远高于以往杂散光抑制比的测试精度。另外，讨论了该测试方法需改进的几点措施，PST测试预期目标可达10-12。最后通过试验对LOT相机遮光罩的杂散光抑制比进行测试，验证了LOT相机杂散光抑制比满足设计要求。
针对大口径抛物面面形检测，提出一种基于无像差点的子孔径拼接测量新方法。首先，分析了该拼接方案特殊的子孔径生成方式及子孔径名义运动路径计算的形式；其次，通过建立统一的像面坐标系和全局坐标系的函数关系，结合坐标转换求解出各个子孔径数据对应的全局坐标；最后，采用目标函数法拼接恢复出全口径面形。对一抛物面镜利用该拼接方案进行了计算机仿真实验，拼接得到RMS值的偏差为0.0014。实验结果表明，该检测方法可以实现大口径抛物面镜的高精度测量。
使用传统数字散斑相关方法对物体面内微小位移进行测量时，由于受到噪声影响和算法本身的局限，会出现测量精度低、数据处理速度慢等问题。针对以上缺点，应用频域数字散斑相关方法，通过散斑记录和MATLAB软件编程，实现了物体面内微小位移的测量。这种方法不但弥补了传统数字散斑相关方法的不足之处，而且简化了一般光学测量过程中的反复调校过程。理论分析及实验结果表明，应用频域数字散斑相关方法测微位移的系统结构简单、处理速度快、精度高，能够达到微米级，相对误差小于1%。
棋盘图像的角点提取问题往往决定着三维测量中摄像机标定的精度。针对SUSAN（Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus）算法无法区分棋盘标定板内角点与边缘点的缺陷，提出一种12像素对称灰度模板检测算法。该算法首先根据棋盘格内角点周围像素的中心对称性分布，设计一种12像素对称USAN模板，可以迅速区分出内角点与边缘点，同时将内角点与平坦区域作为候选点。再结合灰度均方差算子，利用平坦区域灰度方差较小的特点将其剔除，最终实现对棋盘格内角点的高效检测。同时，该算法在检测过程中完全摒除易受外界因素影响的外圈角点，以保证角点提取时的精度。实验结果表明：新算法对9阶棋盘格的检测时间为1.244577s；用于张正友标定方法之后，得到的检测重投影误差仅为[0.3，0.3]像素。这两项指标，均优于传统SUSAN算法。
在航天用试验件进行风洞加热热试验时，试验件表面特定区域的温度可达1700℃甚至更高，对这种动态变化的区域温度场测量难度较高，一般只能使用成本昂贵的测温型红外热像仪实现，且对恶劣环境适应性不高。采用比色温度测量模型，选用近红外波段900nm附近两个波长作为测量波长，采用高动态响应CCD成像器件作为信号采集设备，保证了两个测量通道采集图像在空间上的对应，实现了测量区域内温度分布的测量，测量帧频最高可达40Hz，测量准确度小于6%。
提出一种基于子空间特征向量的三维点云相似性分析算法。首先，获取两个物体的三维点云数据，并进行位置标准化。其次，利用最小子空间分割算法将两个三维点云分别分割成若干子空间。随后，计算子空间的质心到其拟合曲面的距离和夹角，并基于上述距离和夹角构成的向量空间，提取子空间特征向量。最后，通过特征向量间的相似度计算来评价两个三维点云的相似性。由于该方法将描述三维形体特征的子空间特征向量作为相似度度量的依据，所以具有数据量小、精度高的特点。实验表明，该算法能够定量地分析两个三维物体的相似性。
三维空间中的法向量估计在计算机视觉和表面重建等研究领域中具有重要的意义，基于局部表面拟合的方法是基于点云数据的经典估计方法。为了增强该方法对于不同局部邻域细节尺度的适应性以得到更准确的估计结果，提出了一种基于自适应邻域尺寸选择的点云法向量估计算法。该方法通过分析三维空间点的邻域点在点的梯度上投影来估计点云中各点的邻域分布情况|最后根据不同的分布情况选择不同的邻域大小，根据该邻域范围内的点拟合出的平面求解得到各点的法向矢量。实验结果表明：该方法能够克服邻域半径选择过大或者过小的情况，有效地提高基于局部表面拟合法向矢量求解的正确性。
大气湍流能明显降低光学系统的成像质量，距离目标越远，曝光时间越长，受大气扰动越严重，图像越模糊。利用大气湍流退化点扩散函数可以对模糊图像进行复原，但实际自然条件下的点扩散函数往往难以准确获得。结合课题研究背景，针对长曝光大气湍流退化图像复原提出了近似等腰三角形模型，通过该模型能得到准确的大气湍流点扩散函数，并采用维纳滤波获得清晰复原图像。实验表明该方法能够对大视场、远距离条件下获得的长曝光大气湍流退化自然图像估计出准确的点扩散函数，复原图像拥有较好的视觉效果，通过计算灰度平均梯度值和拉普拉斯梯度模两个客观评价标准，进一步证实了该算法的有效性。
针对高分辨率遥感图像，结合建筑物特征，提出水平集分层模型分割图像中的建筑物。首先，学习植被样本得到其在HSV空间中色调与饱和度的联合分布函数，利用阴影灰度方差通常小于非阴影区域的特点，将植被和阴影剔除以简化背景利于后续分割。然后，根据灰度级高低将一幅图像看作多层图像层，把建筑物的屋顶灰度特征和边缘特征融合到传统Chan-Vese（C-V）水平集算法中，分割出每层中灰度级相似的建筑物候选区域，从而将不同灰度级建筑物候选区域分层分割出来再整合。最后利用建筑物面积、建筑物与阴影位置关系等先验知识排除误分割，得到最终结果。实验表明：该方法能更好地分割出形状各异、各个灰度级的建筑物，甚至是灰度不均匀的建筑物，分割漏检率较传统C-V法降低了25%，虚检率降低了22%。有效减少了漏分割和过分割。
针对国内夜视技术落后于国外的现状，研制了一种手持式夜视系统，该系统具有红外单通道显示、可见光单通道显示和融合显示三个工作模式。采用了基于双DSP+FPGA结构的并行信号处理技术，解决了红外与可见光拉普拉斯融合算法在传统硬件平台上无法实时运行的问题。针对系统在每次上电时出现的图像混乱现象，提出了一种基于FPGA的自适应图像拼接方法，实现了并行系统清晰完整的图像显示。实验结果表明，系统运行速度快，输出图像效果好，实用性强。
植物种子图形是典型的具有一定对称性的准凸边界平面图形，发展对其简单而快速的识别方法有实际意义。利用图形的伪最小外接矩形及形心提取其8个形状特征参数。提出形状差异系数的概念并据此实现了多特征图形对象间相似性的度量。提出对内形状差异系数的概念并据此发展了多特征图形对象二选一的识别方法。提出组合平均差异系数的概念并据此发展了多特征图形对象多选一的识别方法。用大米等种子的识别实验验证了该方法的有效性。
复杂背景下小目标自动提取技术尚不够完善，针对小目标自动提取问题，提出一种通过汇聚于同一极值点的所有路径来描述小目标区域的目标提取算法。该算法根据图像梯度特性筛选出路径的起始点位置；从起始点位置出发，沿着梯度最速下降方向，使路径收敛于图像的局部极小值点，收敛于同一极值点的所有路径构成独立核心区域；分析了焦点独立核心区域和噪声独立核心区域特征间的差异，以该特征中的内外均值比特征，对独立核心区域进行了滤波，分离出焦点核心区域；对独立核心区域聚合，得到目标核心区域。通过实验证明：该算法能够自动检测出焦点目标，和现有算法相比，提高了小目标提取的自动化程度。
