2012年 第41卷 第1期
总结了目前用于半实物仿真的红外场景生成技术的新进展，介绍了几种典型的新技术，例
如：超大阵列规模的薄膜镜光调制器场景生成技术、中波红外LED 阵列红外场景生成技术、基于聚合
液晶的红外液晶光阀红外场景生成技术、一种新型的用于半实物仿真场景生成投影系统的电子束寻
址反射型空间光调制器、一种基于微型发射器的红外场景生成技术、基于MEMS 技术的单层锗化硅
红外宽波段微发射器阵列红外场景生成技术等。最后对红外场景生成技术的未来发展方向和趋势作
了分析和展望。
InAs/GaSb II类超晶格探测器是近年来国际上发展迅速的红外探测器，其优越性表现在高量子效率和高工作温度，以及良好的均匀性和较低的暗电流密度，因而受到广泛关注。报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外延生长和器件性能。通过优化分子束外延生长工艺，包括生长温度和快门顺序等，获得了具原子级表面平整的中波InAs/GaSb超晶格材料，X射线衍射零级峰的双晶半峰宽为28.8，晶格失配a/a=1.510-4。研制的p?鄄i?鄄n单元探测器在77 K温度下电流响应率达到0.48 A/W，黑体探测率为4.541010 cmHz1/2W，峰值探测率达到1.751011 cmHz1/2W。
尾喷焰是一种高温高压气体，向空间辐射较强的热辐射能，对飞行器的隐身性能有重要影响。为计算尾喷焰的红外辐射特性，首先基于Navier?鄄Stokes方程和其他控制方程，在对流场进行划分处理的情况下得到了整个流场的特性分布，包括温度、压力和各气体组分参量等。在此基础上，考虑谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应，计算了尾喷焰中包含各气体的谱带模型参数，如吸收系数、谱线间隔密度和谱线半宽等。最后，利用非均匀气体的Curtis?鄄Godson近似，仿真计算了某火箭尾喷焰在2~5 m谱段的红外辐射光谱强度，仿真结果验证了所用方法的正确性。
基于计算机平台的红外场景仿真系统存在输入输出接口受限，实时响应能力不足，可扩展性差的缺点。为此，文中构建了一套基于嵌入式硬件的实时闭环红外场景仿真系统演示平台。引入并行计算与多级流水线技术，采用多片嵌入式处理器级联的方式，解决了单片嵌入式处理器计算能力的不足，实现了实时计算；单任务运行环境使得系统实时响应性能良好，便于实现闭环仿真；自主设计的针对红外应用的三维红外实时渲染引擎提高了仿真精度。详细介绍了系统方案的实现与优化过程，并给出了实验结果。运行时间控制在25 ms/ frame之内，成像帧频为40 frame/ s，结果证明系统达到了设计要求。
提出了一种基于查找表的硬件方法，实现了基于l空间色彩传递的图像融合，并以此为基础研制了一种红外热像仪/微光电视/CCD融合成像系统。微光电视和CCD分别在夜间和白天与热像仪融合，构成一全天时的融合成像系统。该系统能够获得近似自然色的图像融合效果，并具有较好的色彩一致性。系统还设计了两种视场，以适应大视场搜索、小视场跟踪的需要；增加了激光测距能力，以满足距离估算的需要。实验结果表明了该系统在导航、监控和目标探测等方面的应用潜力。
海面背景红外实时仿真方法研究在现代红外技术发展中具有重要的理论意义和应用价值。结合现有计算机软硬件条件，引入多种优化技术，提出一种海面背景红外实时仿真方法，实现了较高帧速的海面背景红外实时仿真。使用2D FFT技术快速计算海面几何模型数据，引入Geomipmap技术优化组织海面几何模型数据，利用GPU加速红外辐射计算，提出预生成离线数据技术和基于视点渲染的技术，提高了实时渲染速度。实验结果表明，该方法生成的红外海面背景渲染速度可达到300帧/s以上，满足实时仿真的要求，同时，为仿真系统中其他部分的仿真预留出了较多计算资源。
毫米波雷达/ 红外成像复合制导已成为当前多模复合制导技术的研究热点。从毫米波雷达/ 红外成像复合导引头系统的特点及其工程应用出发，建立了一种基于联邦滤波(FF)的分布式雷达/ 红外复合导引头信息融合算法。首先，针对扩展卡尔曼滤波存在线性化误差以及雷达测量噪声非高斯的特点，采用粒子滤波算法(PF)设计雷达子滤波器；针对红外传感器不能测量目标距离的特点，采用伪线性卡尔曼滤波算法(PLKF)设计红外子滤波器。然后通过主滤波器进行信息融合，并对两个子滤波器进行信息分配和重置。仿真结果表明，该信息融合算法能够有效地提高雷达/红外复合导引头系统的目标跟踪精度及系统的稳定性。
红外成像探测、侦察与制导技术在现代战争中地位显著。为定量表征发烟剂和发烟装备形成的烟幕对红外热像仪的遮蔽效果，详细论述了各种表征参数的测试过程及计算方法。消光系数和总遮蔽力均是评价烟幕遮蔽性能的特征参数，在烟幕箱实验条件下，烟幕粒子容易实现均匀分布，测得的消光系数和总遮蔽力较为准确，所以二者可作为定量表征参数，它们是实验室筛选发烟剂的依据；在野外实验条件下，烟幕粒子的运动状态受气象条件影响很大，很难直接测量消光系数和总遮蔽力，但可将透过率、有效遮蔽时间等作为烟幕对红外热像仪遮蔽效果的定量表征参数。
对国产640512中波凝视型制冷焦平面探测器的积分时间与信噪比( SNR)之间的关系进行了研究，以积分时间与探测器输出信号和噪声关系的原理为基础，分别对探测器正常工作时的输出信号情况以及输出噪声情况做了仔细的分析。文中分析了随着积分时间的增加，实际探测器输出信号和噪声信号各自的增长关系，并通过大量的数据和图表印证了这种关系的正确性，并最终得出了积分时间对探测器信噪比的影响程度，给出了最佳工作积分时间。
高重频3~5 m中波红外固体激光器由于其多方面的潜在应用而受到了广泛的重视。但该波段激光器输出具有较大的技术难度并且人眼不可见，因此对于此种激光器的近远场测试方法的报道很少。文中首先简要介绍此类激光器的产生原理，然后对激光器近场参数进行了详细测试。最后，在室外180 m距离上通过单点探测器采样进行了中波红外激光器的远场绝对功率密度测量，并与Fresnel衍射积分的理论结果进行了对比。理论和实验结果表明，此激光器波长为3.9 m，具有高平均功率和高重频的特点，功率不稳定度为10%。远场测试结果和理论计算都表明此激光器在远场具有准高斯的光强分布。考虑大气影响，测试得到远场平均能量密度为6.367 nJ/cm2，比大气经验模型计算的结果大1.3倍。该研究将对测试中波红外激光器的参数提供有益的参考，并对此激光器圆场探测器干扰阈值评估具有一定的借鉴作用。
提出了一种基于非线性偏振旋转(NPR)效应的可调谐多波长掺铒光纤(EDF)激光器，非线性偏振旋转诱导的强度相关非均匀损耗有效地抑制了均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争,使光纤激光器在室温下产生稳定的多波长输出。其中利用保偏光纤和偏振相关隔离器组成的等效Lyot 双折射光纤滤波器作为波长选择器件，该滤波器可以通过选择合适的双折射光纤长度改变波长间隔，调节偏振控制器改变偏振态实现对波长的精密调谐。实验采用10 m长的保偏光纤(PMF)，得到了波长间隔为0.35 nm、最多17个波长的稳定激光输出,并且实现了输出波长在4 nm范围内的连续可调谐。分别采用10:90、30:70和50:50的输出耦合器，激光信号分别从10%、30%和50%的端口输出，得到了最多17、14和13个波长的输出，其波长功率浮动分别为13 dB、10 dB和7 dB，另外，其最大输出功率分别为-7 dBm、-3 dBm和0 dBm。实验结果表明，输出耦合器输出端比例越大，输出波长就越少，各波长激光输出功率越平坦，且输出功率越高。
对22全光纤激光器阵列的部分相干合成进行了实验研究。将四台全光纤激光器阵列分为两组，组内两光纤激光器通过一个对激光波长具有一定反射率的光纤光栅实现腔模互注入相位锁定，而两组激光阵列元之间非相干。四束激光经一个四面直角棱镜反射后尽量接近并实现对称排布。获得两组清晰的干涉条纹, 条纹最大可见度分别约为43 %和38 %。整个激光器阵列在泵浦光总功率为1 624 W时获得925 W高功率部分相干输出。在合成光束占空比为0.54时, 合成光束的光束质量BQ值约为1.95。激光器阵列由全光纤元件组成, 系统结构紧凑, 在长时间的高功率合成实验中, 性能稳定, 没有观察到光热损伤现象。
研究了基于倏逝波耦合的自组织相干合成激光阵列。应用静态本征模/超模理论推导阵列模式；通过数值方法考察阵列激光系统的动态特性进而分析输出功率的稳定性、阵列的扩展能力和阵列模式；并对两种方法得到的阵列模式进行了比较分析。结果表明：输出功率的稳定性以及输出功率的大小受阵列的锁相性能和阵元间的相位差影响；随着激光单元数目的增加，阵列总输出功率会非线性增大。通过跟踪各个阵元的相位变化并考察阵列模式的近场和远场特性，初步验证了37单元阵列的相干合成，随着阵元数目的增加，中心阵元与其邻近层阵元的振幅差会逐渐减小。
构造了由电单负材料A和磁单负材料B组成的(AB)N(BA)N型一维光子晶体，利用传输矩阵法进行了数值计算。结果表明：其带隙中出现了一隧穿模。此隧穿模具有如下特征：入射角增加，隧穿模向短波方向移动，且其半峰全宽变窄，入射角越大，变化越明显；介质层的几何厚增加，隧穿模向长波方向移动，且移动量和介质厚度的增量间存在线性关系；A介质的介电常数A或B介质的磁导率B增加，隧穿模向长波方向移动，移动量与A或B的增量呈非线性关系，但A越大或B越小，隧穿模的半峰全宽度越窄。上述参数变化时，隧穿模的透射率始终保持为1。
基于飞秒脉冲相关干涉项含有脉冲的相位和频率信息，测量自相关二次谐波干涉条纹可见的振荡频率为?棕?子及2?棕?子两个谱分量的大小和形状，以及二次干涉自相关函数包络面积的大小和形状，可以得到飞秒激光脉冲啁啾大小的信息。另外，通过对二次干涉自相关(IAC)迹线求一阶导数得到的干涉自相关导数光谱(D?鄄MOSAIC)的峰谷与啁啾正负对应关系，找到了判定啁啾正负的方向因子即正弦函数因子，据此能够判断飞秒激光脉冲啁啾的正负。因此，采用能够满足光学相干探测基本条件的测量系统，利用二阶干涉自相关法可以用来检测飞秒脉冲激光的啁啾特性。
为了分析水下激光成像探测系统的探测能力，根据水下蓝绿激光主动成像系统的成像过程，分析了目标与背景的辐射特性、海水后向散射特性、距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能，提出了一种基于光束扩展函数(BSF)的探测灵敏度模型。该模型在海水散射系数与衰减系数之比介于0~1的范围内都适用。通过对给定参数的系统进行分析计算，进一步讨论了激光发散角、系统接收口径和图像传感器选通门宽等因素对系统探测能力的影响。结果表明：当选通门宽等于激光脉冲宽度时，系统的探测深度达到最大。模型的建立将为系统设计和系统参量的优化选择提供理论依据。
距离选通技术在三维成像激光雷达中有着重要应用，是一种解决水下微光成像和抑制后向散射问题的简单有效方法之一。文中概述了距离选通技术的原理和应用范围，根据实时成像的需求，提出了一种实时距离选通成像系统的设计方案，该方案只需要一次成像就可以完成距离选通成像并求解出目标距离。根据质心法求解距离的原理，详细推导了成像系统的距离像和距离精度，并用仿真软件仿真分析了该系统距离像的距离精度和目标距离、时间切片数量、信噪比之间的关系。仿真结果表明：距离精度受系统信噪比的影响很大，当信噪比大于2 000时，测距精度优于0.2 m。
为了提高Mie散射激光雷达测量斜程能见度的精度，提出了一种回波信号处理的组合算法。首先，采用基于经验模式分解(EMD)的自适应算法，去除回波信号中的高频噪声，提高信噪比。其次，采用基于不动点原理的迭代算法进行消光系数的反演，它不需要准确的边界值就可计算消光系数均值，同时还能得到准确的边界值，可用于求取消光系数的分布。数值仿真表明：EMD算法比五点三次平滑去噪算法输出信噪比提高4.67 dB，不动点迭代算法比最小二乘法估算消光系数边界值算法反演得到的消光系数均值的相对误差减小31.50%，而迭代次数只有3~5次，因此该组合算法是有效的。
介绍了非扫描激光雷达的原理，描述了研制的基于线阵APD雪崩光电二极管的一维非扫描激光雷达系统。该系统使用线阵APD作为探测器，红外脉冲式纳秒激光器作为探测光源，利用飞行时间法实现了目标的一维距离图像的非扫描测量。系统使用了APD多通道并行前置放大电路，并利用模拟开关控制高速继电器进行多通道轮询切换，实现了APD阵列的多通道驱动，并有效地降低了通道间的串扰。进行了多组6 ~18 m的一维距离成像实验，结果表明系统的距离分辨率优于10 cm，各通道的平均测距标准偏差约为8.6 cm。该系统的设计为将来的面阵APD二维非扫描激光雷达的研制奠定了基础。
温度控制是实现全内腔半导体泵浦Nd:YAG微片激光器稳频的行之有效的手段之一。研究了如何为Nd:YAG微片激光器的稳频提供有效的温控方式。估算出所需要的控温精度波动范围在0.09 ℃以内。依据这一设计目标，介绍了各重要环节的设计过程。通过频域分析法，对温控系统的特性进行分析与调整。通过理论计算将系统改造成了二阶系统最优模型并用实验验证了理论分析。研制了一套用于全内腔半导体泵浦Nd:YAG微片激光器的温控系统，并在两种条件下对系统进行了测试。在室温26 ℃左右的条件下，可以给微片提供18~38 ℃之间的任意温度环境，温度波动范围在0.05 ℃以内；当环境温度在18 ~27 ℃之间任意改变时，系统能将晶片温度稳定在24 ℃，温度波动范围在0.05 ℃以内。
介绍了基于米散射多普勒测风激光雷达的基本原理。测风激光雷达系统一般由发射系统、接收系统、信号发射接收光学系统、控制系统组成，其中接收系统在整个系统中最重要，起到信号鉴频的作用。基于测量误差最小和实际加工工艺的考虑，设计了标准具的参数和米散射测风激光雷达接收机的结构，并且把该接收机用于米散射测风激光雷达系统中并进行了标准具透过率的测量，用Pseudo?鄄Voigt函数拟合出标准具的各个参数，与理论设计相差在5 %以内。同时进行了风廓线的初步测量，与风廓线雷达Airda16000进行了比对，两者符合很好。
太阳能是未来的主要能源之一，关于太阳能电池的研究也逐渐成为热点。长期以来，人们对太阳能电池的高能粒子辐射特性进行了广泛的研究，对其激光辐照损伤特性的研究却很少。随着光电对抗技术的发展，对这方面的研究需求也越来越迫切。研究了532 nm、20 ns和300 ps脉冲激光对单晶硅太阳能电池的辐照效应，分析了超短脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤机理。对比了超短脉冲激光和长脉冲激光、连续激光的损伤机理的异同。阐述了在激光单脉冲能量一定的情况下，损伤效果与脉宽和重频的关系。通过分析，指出了太阳能电池损伤的主因，激光对太阳能电池的破坏主要是依靠热效应。
真空电子器件产生的THz辐射通常是基于环形或直线型的加速器装置。飞秒级的电子束团通过周期性的磁铁可产生高功率、宽带可调谐的相干太赫兹辐射。这种高功率的太赫兹源为太赫兹技术的应用研究提供了新的手段。介绍了一种基于飞秒直线加速器装置产生的相干太赫兹波荡器辐射源，它主要由S波段热阴极微波电子枪，磁铁和SLAC型加速管组成，该装置能够提供具有20~30 MeV能量、束团长度为100~300 fs的电子束团。波荡器采用的是Apple?鄄II型波荡器，通过调节波荡器两平行磁块的位置可以产生具有不同极化特性的太赫兹辐射。为了测量波荡器产生的相干THz辐射谱，采用改进型的迈克尔逊干涉仪来进行测量，给出了实验装置的介绍以及实验结果。
配置红外探测通道的光学遥感仪器是气象卫星的主要载荷之一，我国太阳同步轨道和地球静止轨道气象卫星的光学载荷采用辐射制冷器冷却红外探测器及其后的光学部件，使其在规定的温度工作。概要介绍了我国风云系列气象卫星对制冷技术的要求以及近30年来所研制的不同型式辐射制冷器，给出了FY-1A～1D、FY-3A、FY-2A～2E气象卫星辐射制冷器的在轨飞行性能，阐述了辐射制冷技术在气象卫星上长期业务应用的关键技术和实际结果。探讨了辐射制冷技术在我国未来气象卫星上的应用前景。
半导体光放大器(SOA)非线性偏振旋转效应的光开关具有开关速度快、易集成等优点，其开关操作可以通过改变注入SOA中的电流而获得。这种偏振光开关的性能主要受注入光功率与控制电流的大小范围来决定。基于SOA中的偏振主态的概念，分析了非线性偏振旋转效应与控制电流的关系，并对不同功率的注入光进行了偏振旋转实验，分别实现了偏振光开关的操作。实验结果表明：随着注入光功率的增加可以提高光开关的分光比，有效改进光开关的性能。当注入光为5 dBm时，光开关的分光比与消光比均可达到30 dB。
为满足红外探测器在1.064 m和3~5 m双波段透射，在1.2~2.8 m波段反射，可适应复杂的环境条件、具有高稳定性和可靠性等要求，依据薄膜的设计理论，选择合理的膜系设计方法，借助TFC膜系设计软件对膜系结构进行优化设计。并采用电子束真空蒸发和离子辅助沉积技术，在蓝宝石晶体基底上镀制红外多波段滤光膜。同时对所使用的薄膜材料的光学、物理、化学和机械特性进行分析与研究。通过反复试验，优化工艺参数，使多波段滤光膜得以实现。对所制得的薄膜进行测试，基本满足红外探测器的使用要求。
构用共面多光束干涉在光折变晶体中形成了对比度较大的一维、二维周期性晶格微结构。理论和实验对比研究了共面双光束和多光束在光折变晶体中会聚相干形成周期微结构的分布规律和影响因素。在相干理论的基础上，建立了具有普适性的共面多光束相干数学模型，数值模拟了n(n=1,2,3,4,5,6)束共面激光相干光场的光强分布规律。实验结果表明，干涉光场图案分布同数值模拟相吻合。实验中进一步讨论了相干系统各参数变化对干涉效果的影响，并通过全息记录在铁电铌酸锂晶体中构造出了同多光束干涉场光强分布对应的光子晶格微结构。
微缺陷对化学气相沉积硫化锌(CVDZnS)的光学及力学性能有显著影响。对沉积工艺进行了介绍，通过SEM、TEM及金相对CVDZnS中的微缺陷如异常大晶粒、柱状晶、微裂纹、微孔及杂质的结构形态进行了观测，并对形成原因进行了分析：高的沉积生长速率是生成异常大晶粒的主要原因；反应物浓度高加之衬底表面的屏蔽效应及Zn/ H2S1形成结构疏松的柱状晶组织；沉积温度较低加大沉积生长应力，宏观上产生材料的起拱，微观上造成晶粒的弯曲形变，并在晶体内产生大量微裂纹；沉积室局部反应物浓度高导致微孔及杂质的产生，须改善沉积室气体流形提高反应物浓度的均匀性。
为了获得具有一定厚度的四面体非晶碳薄膜，利用过滤阴极真空电弧(FCVA)沉积技术，通过交替改变衬底偏压的方法制备了多层四面体非晶碳(ta?鄄C)薄膜。多层膜由富sp2子膜层Ai与富sp3子膜层Bi交替组成(i=1,2,3)，各子膜层厚度比dAi/dBi约为1.0，总的膜厚约为1 m。根据Stoney公式计算多层膜的各子膜层压应力呈交替起伏变化。多层四面体非晶碳膜在500 ℃以下的真空退火处理后，可见光Raman谱表明，多层膜的富sp3杂化结构基本保持不变，纳米压痕测量的薄膜硬度与杨氏模量略微增加，纳米划擦实验表明，多层膜具有优良的耐磨性与附着性。因此，多层ta?鄄C膜具有优良的力学性能和热稳定性，是一种优异的航空航天用光学元件的表面保护膜。
在地面的目标探测光学系统多采用大口径(500 mm)同轴光学系统的前提下，系统探测的大视场和宽光谱就成了亟待解决的问题。设计了附带小口径球面透射校正镜组的折反式光学系统，利用该校正镜组校正了系统由于大相对口径、大视场和宽光谱带来的像差，使系统达到了预定的指标要求。其中只有主反射镜面形为二次非球面，设计参数也易于加工。在相应的实例要求下，用ZEMAX光学设计软件进行了优化评价，并给出了该系统的对星观测结果。该光学系统设计的口径为Ф750 mm，相对孔径为1:1.32，视场为4 ，光谱范围为500~800 nm，系统实际探测能力在15 Mv以上。该系统结构简单，均采用普通玻璃材料，成本低，成像质量良好。
利用双折射晶体微粒在具有自旋角动量的光束作用下可产生围绕自身光轴旋转的特性，在光镊实验平台上实现了双折射晶体微粒的光致旋转。为了提高晶体微粒的旋转频率，从理论和实验上对双折射晶体微粒的旋转频率受其半径的影响进行了分析。用MATLAB模拟出CaCO3晶体微粒和SiO2晶体微粒的旋转频率与其半径的三次方成反比的关系曲线，并测得相应的实验关系曲线，其结果与理论分析相吻合。在相同的激光功率下，CaCO3晶体微粒的最高旋转频率可达15.1 Hz，SiO2晶体微粒的最高旋转频率可达11.4 Hz。该结论可用于光致旋转在实际应用中晶体微粒大小的选择和其旋转频率的优化控制。
为了描述失调状态下反射光学系统在整个像平面中的波像差分布特性，从而对反射光学系统进行有效的装调，对偏心和倾斜影响下的几种反射光学系统的三阶彗差和三阶像散进行了研究。首先，对失调光学系统三阶波像差的矢量形式进行了推导。然后，对失调状态下经典Cassegrain系统、Ritchey-Chrtien系统和三反射镜消像散系统三阶彗差和三阶像散的分布情况进行了分析，并且对两反射和三反射系统的装调进行了简要的讨论。使用Zernike多项式对视场中各个位置的波像差进行拟合，分离出三阶彗差和三阶像散并进行了全视场显示。理论分析与实际拟合结果一致，说明结论是正确的。
高分辨率成像光谱仪要求光学系统在宽视场和宽波段范围内具有高的空间分辨率和光谱分辨率。根据同轴三反光学系统初级像差理论计算初始结构，并分别将孔径光阑置于主镜、次镜和三镜焦点，通过光阑和视场离轴，设计了无中心遮拦的离轴反射式光学系统。其光谱范围为1.0~2.5 m，焦距f=1 600 mm，相对孔径为1/ 5，视场角为6.861.48，满足成像光谱仪宽视场、大相对孔径离轴三反消象散光学系统的设计指标。
根据极轴式望远镜的工作特点，以口径为700 mm的极轴式望远镜主镜室系统为例，确定了一套主镜支撑方案。借助于有限元分析软件MSC.Patran详细地建立了系统的有限元模型，选取多种工况，分析了系统在自重作用下的镜面变形情况，绘制了镜面变形误差PV值和RMS值的变化曲线。结果表明：镜面变形主要受角的影响，随着的增大而减小，径向支撑效果优于轴向支撑效果，镜面变形误差满足设计指标要求。在主镜室系统竖直放置时，利用Zygo干涉仪测得带支撑结构的镜面变形误差RMS值为28.48 nm，表明主镜在该支撑结构作用下的面形接近于加工检测时的状态，同时也验证了有限元模型的准确性。
介绍了一种远距型红外消热差物镜的设计方法。首先建立了由多个光组构成的组合光学系统的消热差模型，将其与远距型物镜模型相结合，得到了光焦度分配方程组，再根据系统要求的远距比和所选择的光学材料组合，获得初始的光焦度分配，然后利用计算机辅助设计进行像差校正。该方法准确、实用。作为应用实例，利用ZEMAX软件分别设计了中波红外和长波红外光学系统，它们的焦距均为100 mm，F数为2.0，远距比达到0.8。环境温度分析结果表明：在-40 ~60 ℃范围内，成像质量稳定，调制传递函数(MTF)接近衍射极限。实际设计结果与理论计算结果相吻合。
在傅里叶变换光谱仪研制中，基于迈克尔逊干涉仪的动镜机构研制是技术难点之一，而柔性铰链机构则是动镜机构的核心部分。利用简单的平行两杆机构为基体进行复杂化设计，得出一种新型柔性铰链机构并对其进行原理分析，利用有限元分析软件Patran和Nastran对其进行模拟计算，并和传统的平行两杆机构理论计算结果进行分析比较。结果表明，新型柔性铰链机构不仅使动镜的垂直耦合位移量缩小到原来的1.4%，而且将动镜的运动自由度有效地降至一维，为后续研究者提供参考。
当飞行器大角速度机动时，采用传统的星跟踪算法来提取星像坐标时，必须选取较大的扫描星图区域，从而增加了区域内包含其它星像部分像元或全部像元的可能，需要多次采用星对角距比较来选取正确的星像坐标，因此，在选取正确的星像坐标时增加了误匹配的可能。为此，文中提出一种星敏感器高动态下自主星跟踪算法，首先根据前邻时刻的瞬时姿态来预测下一时刻的输出姿态，再利用预测姿态预测当前时刻恒星在下一时刻的星像坐标，最后扫描在以预测的星像坐标为中心的星图范围内提取实际的恒星星像坐标。这样克服了采用传统星跟踪算法带来的数据更新率低、可能误匹配高甚至不能提取正确地星像坐标的缺点。最后，采用该方法进行了仿真验证以及外场观星试验。
过去寻的探测系统只获得目标的二维信息：俯仰角度信息和偏航角度信息。在战场环境日益复杂的今天，目标和导弹的速度都越来越快，飞行控制的时间也越来越短。由于这些变化，过去的探测系统的能力渐渐不能满足现代作战需求。随着应用需求的不断扩展，需要在制导过程中能够获得更加丰富的目标位置信息，不仅是方位角度信息，还应包括距离信息。于是，激光测距技术成为制导领域的一个研究热点。针对激光测距系统的测距功能和测角功能研制了一套回波模拟系统，称之为激光回波模拟器。对验证激光测距系统性能的半实物仿真系统进行了系统设计，并实验验证了这套系统的可行性。
为了有效检测光学基底和镀膜后的光学元件质量，根据微面元电磁散射理论建立了一阶极化光散射模型，推导求解出其极化双向反射分布函数，获得了极化双向反射分布函数PP项与散射角和方位角的三维关系。数值模拟分析了入射角、基底粗糙度及不同涂层厚度对极化双向反射分布函数的影响。数值结果表明：极化双向反射分布函数与入射角、相关长度、均方根高度及涂层厚度均成反比。P极化入射产生的P极化双向反射分布函数强烈依赖于入射角、散射角和方位角。布鲁斯特角的位置随着入射角的增加逐渐向散射方位角小的方向移动。
偏振特性及其变化反映了目标的状态信息。文中讨论了采用偏振探测的方法对空间目标探测的思路与可行性，介绍了空间目标偏振测量装置，给出了空间目标的光谱偏振观测结果，并测量了与实测目标相似的空间目标缩比模型的偏振特性，对实测结果与仿真实验结果进行比较分析，结果显示两者的偏振特性变化趋势符合的很好，验证了空间目标光谱偏振观测技术的有效性。研究表明，空间目标有其自身的偏振特性变化规律，偏振度由午夜时的5 ％增加到黎明前的23.8 %，其中太阳能电池板姿态对卫星的偏振特性影响尤为明显。说明了偏振观测是空间目标探测与识别的新方法。
为了解决半捷联成像导引头视线角速率直接提取噪声大的问题，首先分析了半捷联导引头视线角速率随机噪声的来源，建立半捷联稳定跟踪控制回路的模型，推导出各种误差与输出之间的传递特性。在主要的随机误差源统计分析的基础上，得出主要噪声的功率谱响应，依据功率谱响应对半捷联视线角速率各构成部分进行加权得出加权视线角速率。为了验证加权视线角速率的有效性，在制导回路中进行分析仿真，结果表明：加权方法能够有效抑制导引头测量信息的噪声。以半实物的方式实现半捷联电视导引头，在电视导引头完成双闭环后进行扰动隔离及跟踪靶标，将加权视线角速率提取方法提取制导信息与直接提取方法进行比较，实验结果表明，加权提取方法的视线角速率噪声均方差为0.098 ()/s，比直接合成噪声降低了46%。综上所述，加权方法可以很好地改善半捷联视线角速率噪声大的问题。
偏振超光谱成像技术是一个新兴的交叉技术领域，探索该技术在航天、民用等领域的应用已经成为国内外的重点研究课题，特别是基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱成像仪，与传统仪器相比，在工作机制和仪器设计上都有着众多的优点。通过研究AOTF的工作原理，分析实验中AOTF偏振光谱成像仪的工作过程，制定了相应的数据采集系统设计方案，并且详细论述了系统基于LabVIEW平台的设计流程，同时给出了各模块的LabVIEW程序设计框图。经过实测实验对系统的功能进行了验证，结果表明：系统能够高效可靠地完成对图像数据的采集与相应仪器的控制，具有一定的研究价值和实用价值。
探月工程二期，巡视探测器将在月面着陆，实现真正的月面停留。月面不同区域的着陆安全性研究必不可少。分析了月面高精度数字地形特征和规律，着陆器姿态模型、着陆面包络模型和着陆安全性分析算法。采用蒙特卡罗方法，依据实际月面地形特征、月球坑和石块的统计分布规律，大量仿真生成地形数据，得到各种着陆条件参数下和不同着陆器倾斜角要求下对应的着陆安全概率。仿真实验中不考虑着陆器着陆过程中发动机控制、着陆姿态控制和动力学性能，同组实验中着陆器结构尺寸相同。所建立的算法可实现实时仿真生成着陆区域、设置着陆器结构尺寸和安全参数，可用于地面系统的仿真实验，也可在月面软着陆过程中实时分析选定区域的着陆安全概率。据此得到月球车最佳着陆点以及着陆器最佳着陆面和最佳着陆姿态的选取建议。
在某空间项目中，需要使用一款指定的CCD传感器研制一套用于空间成像的CCD摄像机系统，并且要求图像的帧频高于CCD传感器的标准帧频。简单的超频读出CCD会使摄像机的信噪比下降。文中首先分析了CCD摄像机在空间条件下影响成像信噪比的多种原因，发现读出噪声对输出图像的信噪比影响是最大的。使用区域倍频读出方法来提高CCD摄像机的输出帧频，即在图像的水平和垂直方向都使用4倍的时钟读出部分像元。最后把区域倍频读出CCD的图像信号和整体超频读出CCD的图像信号进行了信噪比对比检测，测试结果表明区域倍频读出的CCD图像质量较好。
针对某型航侦CCD相机图像序列之间的特殊变换关系，提出了一种基于目标直线边缘交点的图像拼接方法。该方法在将相机图像重叠区域分割为较小独立区域的基础上，首先使用Canny边缘检测算子提取各个区域中的边缘信息，并用Hough变换提取边缘中的直线边缘。其次通过提出一种依据直线极坐标参数的区域扩展和选择策略来选择包含完整目标的子图像区域，并提取该区域中目标直线边缘的交点。最终根据提取到的直线边缘交点坐标实现图像配准，且采用双线性插值法融合配准区域，实现了图像的无缝拼接。实际的飞行效果验证了该图像拼接方法的有效性。
在计算机视觉中形状是目标识别和检测的重要特征，针对目前许多基于形状特征的检测方法信息不够丰富，容易受边缘缺损变形等方面的影响，不具有局部特性，尤其是在许多复杂环境下很难实现对目标的正确检测等不足，提出了一种基于弦切变换理论在有限的目标边缘点信息基础上提取几何形状特征及相应的目标检测方法。该特征具有平移、旋转以及缩放不变性，基于此特征进行的目标检测能有效的得到目标的中心位置以及相关的二维运动参数，即使在一些复杂环境以及目标边缘部分失真或缺损的情况下也具有一定的鲁棒性。但由于边缘本身容易受到图像质量、对比度以及量化误差等影响，从而影响算法的精度。因此，文中通过融合丰富的灰度信息，使表征目标的特征更加丰富和完善，在形状和灰度的共同约束下提高检测的正确率和精确性。通过对多组图像序列进行仿真实验，结果表明了算法的有效性，及其在准确性和精确性上的提高，改进后待测目标与模板之间的匹配率可达90%以上。
针对传统互信息图像配准容易产生局部极值，以及传统梯度互信息配准方法计算量大等问题，在互信息和梯度方法基础上构建了一种改进的梯度互信息方法，该方法直接统计梯度图像的互信息，有效地将图像梯度信息和灰度信息结合起来，不仅保证了配准精度，而且较传统梯度互信息方法减少了计算量。在参量优化的过程中，针对传统粒子群优化算法易陷入局部极值的缺点，提出了改进的粒子群优化算法，该算法在传统粒子群优化算法基础上引入混沌优化思想和遗传算法中的杂交思想，不仅能够有效抑制局部极值，而且加快了收敛速度。多种红外与可见光图像配准实验结果证明，文中提出的算法能够有效提高配准精度和速度。
针对复杂背景目标跟踪过程中，目标亮度和对比度发生变化易导致跟踪不稳定或失败的问题，提出了一种对亮度变化鲁棒的相关跟踪方法。该方法利用图像相位一致性特征对亮度变化不敏感的特点，对原始图像进行相位一致性计算，得到相位一致性图像，再采用传统的最小绝对差(MAD)相关跟踪方法对目标进行跟踪。实验结果表明，该方法对图像的亮度变化具有很强的适应性，较好地解决了传统相关跟踪算法因图像亮度变化导致跟踪点漂移甚至目标丢失的问题。
提出了一种从微软虚拟地球遥感影像数据库获得毁伤前机场瓦片图像组的方法，并基于四叉树的数据结构分析获得了其在远程数据库的存储方式，以此为基础拼接得到高分辨率的毁伤前机场图像数据。在此基础上，分析了图像的投影方式，重点研究了基于WEB墨卡托投影的经纬度配准方法，从而实现了从地理经纬度坐标到机场局部图像像素坐标的转换。并利用经典的Bernard混凝土侵彻公式对动能物侵彻机场跑道混凝土的深度和成坑可见直径进行了仿真。最后，采用二维图像技术设计了仿真软件，将仿真得到的成坑数据和侵彻位置绘制在毁伤前机场图像中，得到了可视化的毁伤后机场仿真影像。
鉴于生物视觉特征在目标分类中的良好性能，采用了一种基于稀疏化生物视觉特征的多类多视角目标检测方法。首先利用特征稀疏化方法对生物视觉的标准模型进行改进，有效提高了目标的可分性，然后利用滑动窗口的方法构建基于稀疏化生物视觉特征的目标检测器，采用局部邻域抑制算法完成特定目标的检测任务，最后通过构建场景中待检测目标的词典，对每类目标分别设计滑动检测器以完成多类多视角目标的检测任务，实验结果表明，该方法具有很好的检测性能。
