2014年 第43卷 第1期
在红外探测系统中，当目标信号比较弱时，少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比，从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统，系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性，提出了一种新的基于光线光学的计算模型，讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法，并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图，并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。
在飞行器机身表面的温度场建模中综合考虑了超音速飞行气动加热、发动机舱内部流动换热，以及排气喷流对飞行器后体的传热等影响， 采用数值计算的方法对飞行器8~14m波段的蒙皮及发动机壁面红外辐射特征进行了研究，分析了飞行器机头、机身（含进气道）、机翼、发动机舱（含飞行器后体）、垂直尾翼、水平尾翼和发动机喷管腔体等部位的红外辐射。结果表明：蒙皮辐射是飞行器8~14m波段红外辐射的主要组成部分，发动机壁面红外辐射主要集中在飞行器尾向50范围内；在不同的观测平面，飞行器不同部位对整机8~14m波段的红外辐射贡献比例各有侧重，飞行器机身、机翼、发动机舱和垂直尾翼是飞行器8~14m波段红外辐射的主要部分；飞行马赫数提高将加剧机身气动加热效果，飞行机不同部位所占的红外辐射比例将有所改变。
文中就红外目标探测实验中，目标辐射亮度随作用距离增加而增强的现象提出问题。以红外探测亮度方程为理论基础，利用大气辐射传输软件LOWTRAN，对目标与背景的红外辐射亮度、路径辐射亮度、路径透过率、距离和有效作用面积等影响红外目标探测亮度的各项因素进行了深入的分析。结果表明， 随着作用距离的增加， 背景辐射亮度增加在所有影响探测亮度的因素中占据主导地位，最终使得目标辐射亮度增加。通过文中的分析，合理解释了实验现象，对于设计红外探测系统、跟踪系统的目标提取算法具有十分重要的意义。
介绍了基于分体式Sagnac 干涉仪的静态高通量干涉成像光谱技术的基本原理，设计并实现了长波红外宽波段等比消偏振分光膜系，给出了干涉仪尺寸的设计方法并利用TracePro 软件验证了设计的干涉光路。使用制冷型和非制冷型探测器对该红外干涉成像光谱仪方案进行了塑料薄膜透过率测试，实验结果与高精度Michelson 光谱仪测量值有较高的吻合度，证实了该方案的正确性。最后进行了推扫实验，给出了数据重排、基线校正和切趾等数据预处理方法，验证了该系统方案工作模式的可行性。
从第一部红外导引系统问世以来， 因其优异的特性各国都投入大量精力进行红外制导技术的研究，历经了三代探测器类型转变的快速发展，已经取得了大量成熟的应用。近20 年来，红外成像导引技术的应用红外成像制导武器，在国外历次战争中都发挥出了决定性的作用。并且随着科学技术的进步和战场需求的变化，红外成像技术又面临着新的发展机遇和挑战。文中介绍了国外红外成像导引技术的发展历程以及武器装备的研制、改进情况，探讨了在现代战争中红外成像导引技术的特点及发展趋势，最后进行了总结并提出了期望。
提出了一种新的基于特征熵的估算红外成像作用空间分辨率的方法，研究红外目标在各分辨等级（发现、识别、确认）所需的红外成像空间分辨率。首先，通过下采样获取各分辨率等级下的目标图像；其次，提取目标的特征（纹理、形状和全局统计特征），并对目标的特征空间进行归一化，得到其特征直方图；然后通过计算其特征熵，度量目标的信息量；最后根据设定的阈值，给出红外目标在不同的识别等级下所需的最低成像分辨率结论，并以计算机仿真红外目标为例进行验证。实验结果表明：文中结论与识别结果较好吻合，能够为红外识别系统的优化设计和分析提供参考依据。
针对红外图像对比度低，细节纹理较弱的特点，利用物体偏振特性提出基于偏振成像的红外图像增强方法，即获取红外偏振度图像并与源光强图像融合。首先，分析了偏振成像理论，利用偏振成像技术获取偏振图像。其次，为了能够充分获取偏振度图中的信息，运用剪切波变换对图像进行多尺度分解。最后，采用区域特征匹配融合策略，得到增强图像。为测试方法的有效性，搭建实验装置，进行实拍图像实验。主观与客观评价结果均表明，增强后的图像较原图像具有更加丰富的图像细节与偏振目标信息，对目标识别与探测具有重要意义。
针对红外成像与跟踪系统中舰船目标自动识别转跟踪后的跟踪点自动选取问题， 提出了一种新的舰船目标要害点自动检测算法。基于舰船吃水线位于船体位置下方的几何关系以及动力舱的高亮度特征，检测吃水线和动力舱的交叉部位作为首要攻击点，将吃水线中部作为次要攻击点。首先对目标区域进行去噪预处理，通过Canny 边缘提取、边缘闭合、两次连通域去噪等操作滤除背景纹理杂波确定目标的边缘，然后对目标底部边缘进行分段直线拟合，将拟合结果作为吃水线，最后利用灰度值统计确定最亮区域为求取的动力舱位置。实验结果统计表明，该方法检测结果稳定，具有良好的鲁棒性，适用于不同观测方向下的红外舰船目标的要害点检测，为跟踪点的自动选取提供了有效解决方案。
文中采用数值模拟的方法较为系统地研究了旋翼表面温度分布及其对直升机红外辐射特征分布的影响。结果表明：（1）旋翼桨叶上自旋翼转轴到翼尖温度分布呈依次递增的趋势，最高温度值为316K，高出环境温度29 K；遮挡罩表面最高温度值为317 K，高出环境温度30 K；（2） 探测角度一定时，旋翼红外辐射强度随时间上下波动， 旋翼在3～5 m 和8~14 m 波段红外辐射强度随时间的变化趋势基本一致；（3） 旋翼气动加热后3～5 m 波段和8~14 m 波段红外辐射强度值的增量占整机固体对应波段总的红外辐射强度的比重分别为15%～16%、5%～6%；（4）同一发射率下，气动加热的旋翼8~14 m 波段红外辐射强度远大于3～5 m 波段，约为3～5 m 波段辐射强度的30 倍，其8~14 m 波段红外辐射强度约占整机固体8~14 m 波段红外辐射强度的30%~40%， 但降低旋翼表面发射率能有效降低旋翼8~14 m 波段红外辐射强度，同时也能降低旋翼辐射占整机辐射的比重。
针对红外焦平面阵列（IRFPA）响应随温度及时间漂移的特点，及红外成像系统兼备测量和监视的要求， 设计了一种能够对环境自适应的长波非制冷红外成像系统。系统采用FPGA 单处理器架构，实现系统控制和图像处理等功能，简化了系统架构，降低了功耗。采用ADN8830 进行控温，使探测器工作在最佳工作温度点，保证了探测器的成像性能。提出了基于黑体快门的非均匀性校正技术，实现了红外图像的实时校正，并有效补偿了外部环境的影响。视频输出采用模拟和数字双输出方式，模拟视频输出为图像增强后输出，便于人眼观察，数字输出为12 bit 量化原始输出，可用于测量，系统可同时满足监视和测量的要求。试验结果表明，系统具有成像质量良好、环境适应性强、功耗低等特点。
文中提出了一种广义变分正则化的红外图像噪声抑制方法，该方法采用p-范数代替目前广泛被采用的全变分范数作为正则项，构造了用于抑制图像噪声的展平泛函，从而将图像噪声抑制问题转化为能量泛函优化问题。通过推导，得到了相应的用于图像噪声抑制的非线性偏微分方程，并采用固定点迭代算法进行线性化求解，使得迭代解稳定收敛。数值试验结果表明，该方法能够有效地去除图像噪声，较之全变分图像噪声抑制方法，新方法进一步提高了对小宽度图像边缘的保持能力，是一种有效且性能优良的红外图像噪声抑制方法。
对红外测距仪进行性能检测时，需要高精度稳定可调的模拟距离测试值。光纤作为一种理想的距离模拟器件具有稳定性好、精度高等特点，但随着模拟距离的增加其存在体积质量大、便携性和灵活性差等缺点。为弥补光纤延时模拟检测方法的不足，研究了基于电路延时的模拟距离产生方法，设计了模拟回波生成电路和高精度模拟回波延时控制电路，分析了系统的固有延时及误差。采用高精度时间-数字转换器件对模拟检测电路进行了验证，模拟距离控制精度可达0.5 m，形成了对光纤延时模拟检测方法的有力补充。
实验研究了双色场条件下CO2 分子高次谐波辐射， 通过改变充气气压获得偶次谐波最大为28th。此外，通过变化气体盒内激光焦点位置从而显著改变24th 谐波光子能量。实验发现在气体盒內谐波强度存在两个极大值，这是因为不同区域内相位匹配出现长短轨道选择的结果。实验结果表明，双色场驱动的分子高次谐波可成为具有发展前景的多波长可调谐相干XUV 光源。
温度是影响激光陀螺精度的主要因素之一，对温度引起的机抖激光陀螺漂移进行精确建模，对提高激光陀螺捷联惯导系统的精度具有十分重要的意义。介绍了机抖激光陀螺的温度特性，建立了基于改进人工鱼群算法（Improved Artificial Fish Swarm Algorithm，IAFSA）的机抖激光陀螺温度补偿模型，给出了IAFSA 建模的详细步骤和方法， 对传统的逐步回归方法和IAFSA 进行了比较。结果表明：IAFSA可以对温度引起的激光陀螺漂移进行精确建模，补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.001 85（）/h，比传统的逐步回归方法建模精度提高了15.5%，得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿，设计了两种典型的温度试验，获得了满意的补偿效果。
研究了星载积分路径差分吸收（IPDA）激光雷达系统工作波长与大气CO2 分子柱线浓度测量误差之间的关系，并优化波长以降低测量误差。首先介绍CO2 分子柱线浓度测量原理，理论分析并模拟仿真了系统随机误差、温度不确定性误差、频率不稳定性误差和水蒸汽干扰误差随激光雷达工作波长变化关系，优化工作波长使浓度测量总误差达到最小值。最终选定激光雷达on-line波长为6361.2250cm-1，off-line 波长为6 360.99 cm-1，并仿真计算得到温度不确定性为1 K、频率不稳定度为0.6 MHz 时，共导致的CO2 柱线浓度测量误差为0.58710-6，达到CO2 浓度测量精度110-6 的要求，为星载IPDA 激光雷达系统实现高精度CO2 柱线浓度探测优化系统参数提供了参考。
半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）需大功率窄线宽泵浦源，但市售半导体激光器输出线宽远远大于碱金属原子吸收谱宽，难以实现有效泵浦，因此需采用Littrow 外腔法压窄半导体激光器输出谱宽。Littrow 外腔系统中元件参数的选择直接影响大功率半导体激光器输出谱宽。为此文中沿入射光线方向构建外腔压窄模型，利用球面镜替代柱面镜，分析了微柱透镜阵列、光学系统和光栅元件对外腔输出谱宽的影响，模拟结果为微柱透镜阵列焦距越小、光栅刻线越密、球面镜焦距越大，外腔输出谱宽越窄，实验结果符合理论模型。
脉冲相干测风激光雷达距离门内的回波具有中频高、频带宽、采样点稀疏等特点。采用传统的信号处理方法， 雷达频谱分辨率很难提高。在研究无线电雷达信号频谱细化技术的基础上， 采用Zoom FFT 频谱细化结合数字滤波器组的方法， 通过仿真研究验证了该方法对提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率具有良好效果。文章介绍了Zoom FFT 算法和数字滤波器组的原理，对模拟低频和高频信号进行了仿真，并且利用真实风场数据进行了验证，充分证明了该算法对于提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率的有效性。
论述一种新的激光脉冲整形方法-利用任意形状的整形电脉冲直接驱动半导体激光器，产生与电脉冲形状一致的激光脉冲， 作为高功率激光装置的种子光源。使用GaAs 场效应管作为开关器件，使用超宽带脉冲触发场效应管产生整形电脉冲，引入阻抗渐变微带技术克服了触发脉冲损耗对级联场效应管数量限制，将整形电脉冲脉冲宽度扩展到10 ns。以整形电脉冲直接驱动半导体激光器，可产生脉宽为10 ns，时域调节精度为330 ps 的任意整形激光脉冲。
文中介绍了一种新型金属铟酞菁酯化合物的合成方法。为了研究该化合物的非线性光学性质，在532 nm波长下，分别使用皮秒和纳秒脉冲对样品进行了Z扫描测试。实验结果表明该样品在皮秒和纳秒时域都有很强的反饱和吸收以及非线性正折射。对Z扫描实验数据进行数值模拟分别得到样品在皮秒和纳秒脉冲作用下等效的三阶非线性吸收系数和三阶折射率：ps=4.110-11m/W，ps=4.510-19m2/W 以及ps=5.110-9m/W，ps=1.510-16m2/W。分析讨论了激发态能及对该化合物非线性光学性质的影响，并使用纳秒脉冲激光对样品进行了光限幅测试，在T/T0=0.5时，阈值为2.0J/cm2，实验结果表明该样品拥有良好的光限幅性能。
针对激光诱导击穿光谱技术应用于煤粉颗粒流成分的直接检测， 研究不同激光光源参数对煤粉颗粒流等离子体特性的影响，以优化煤粉颗粒流检测时的激光波长、能量等光源参数。选取电厂常用燃煤神木混作为实验对象，经碾磨后得到粒径小于0.2 mm的样品，利用绞笼式给粉机产生稳定煤粉流。研究分析不同激光波长下等离子体温度、电子密度以及特征谱线强度等特性随激光能量的变化趋势。研究结果表明，在不同波长激光作用下，煤粉颗粒流的等离子体温度、电子密度和特征谱线绝对强度随激光能量在一定范围内的变化趋势基本一致，但在激光波长为1064nm 条件下，随着激光能量的增加，这些特性参数增加的速度要比532nm时更快，这主要是由于短波长（532 nm）的光子效率更高，在较低的能量条件下，就会达到饱和状态。
为了获得高稳定光纤陀螺掺铒光纤光源和改进传统掺铒光纤超荧光光源的输出稳定性，提出和使用掺铒光子晶体光纤作为超荧光光源的增益媒介。构建了双程前向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源， 研究了这种新型光源的输出特性。分析了掺铒光子晶体光纤长度和泵浦功率对光源输出功率、光谱谱宽和平均波长的影响。结果表明，通过选取光纤长度为10 m 和泵浦功率为220 mW，获得了双程前向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源。输出功率为35.4 mW，光光转换效率约16.09%，谱宽为30.9 nm，平均波长为1 548.3 nm。该结果为进一步研究掺铒光子晶体光纤超荧光光源的环境温度稳定性和适应性奠定基础。
某地球静止轨道卫星光学相机由于CCD 器件功耗较大，并要求处于较低的工作温度水平，经论证确定采用热电制冷器对CCD的温度进行主动控制。设计了热电制冷器性能地面试验装置，分别在大气和真空环境中选用国内外不同型号的热电制冷器进行对比试验研究。试验得到了安装方式对冷热端温差的影响、输入功耗与冷热端温差的对应关系、负载功率与冷热端温差的对应关系以及大气和真空环境对制冷器的性能影响等数据。试验结果表明，在CCD负载下，制冷器冷热端的温差最大可达到45.8℃，能够满足CCD的低温工作需求。
覆有防离子反馈膜的微通道板是第三代微光像增强器的核心部件之一。真空高温烘烤除气过程对防离子反馈膜粒子阻透特性会产生破坏性的影响。文中利用分子动力学方法模拟计算并得到Al2O3 薄膜的膜层密度随环境温度的变化规律。利用蒙特卡洛方法模拟计算了Al2O3 薄膜的电子透过率和离子阻挡率随入射粒子能量的变化曲线。得到Al2O3 薄膜的死电压在235 V 左右，同时得出防离子反馈膜离子阻挡率在入射离子能量降低后有所增加。在入射离子能量降低为250 eV 时，C、N、O 离子被Al2O3 薄膜阻挡的比率高达96%-99%。综合以上因素分析得出，随着外部温度的升高，电子透过率线性增加，而离子阻挡率非线性的下降。合理优化并调整高温烘烤时间和量值将有助于防离子反馈膜工作性能的改善。
对用于光学向量矩阵乘法器的16路阵列光源和驱动电路进行了系统的研究。提出了采用商用分布式反馈激光器（DFB）和16路光纤阵列耦合的方式构造阵列光源模块，并且在驱动电路中设计了功率反馈自校正调节算法， 解决了由于当前激光器制造工艺条件的限制而造成的各路激光器之间的阈值电流和P-I转换效率等参数差异问题。实现了光源系统各个通道间的输入向量数据和输出光强之间的一致性映射。实验结果证明，所研究开发的光源阵列不仅成本低，而且数据源信号的高频响应性能良好，保证了光学向量矩阵乘法器运算性能的稳定性和准确性。
硅基APD 的性能取决于其器件结构与工艺过程。文中对n+-p--p+外延结构的APD 器件的工艺和器件性能进行了仿真分析，为硅基APD 器件的设计提供了理论指导。利用Silvaco 软件对APD器件的关键工艺离子注入和扩散工艺进行了仿真， 确定工艺参数对杂质的掺杂深度和掺杂分布的影响。并且，对于APD 器件的性能进行了分析，对电场分布、增益、量子效率、响应度等参数进行了仿真分析。仿真结果表明：在给定的器件参数条件下，所设计的APD器件的增益为100时，响应度峰值为55A/W左右，在600~900 nm 范围内具有较高响应度，峰值波长在810 nm。
为了实现对极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测，引入了双光纤相移点衍射干涉仪，介绍了其工作原理，并对干涉仪的装调方案进行了精密的设计。解决了各个元器件的精确定位问题，保证了进入光纤之前的测试光和参考光严格垂直， 实现了耦合系统与光纤之间最大的耦合效率和干涉条纹最大的条纹对比度， 为最终能够实现极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测提供了前期准备。装调完毕后，利用实验装置对某一光学系统进行了测量，使用十三步相移算法还原被检光学系统波像差，得到了较好的结果，测试结果为：PV 值为37.82 nm，RMS 值为7.83 nm。
ZnO 薄膜是一种新型的宽带隙透明氧化物薄膜材料，具有优良的物理和化学特性。在微光像增强器中具有多方面的潜在应用。通过对ZnO 材料晶格参数等的研究， 发现可以作为制备高质量GaN 紫外光电阴极的缓冲层。通过对ZnO 能带的研究，发现ZnO 本身还可以独立的作为负电子亲和势光电阴极材料，一旦p 型ZnO 制备获得成功，将更有利于形成负电子亲和势光电阴极。此外，采用蒙特卡罗模拟的方法发现ZnO 薄膜比传统的Al2O3 防离子反馈膜对碳等正离子具有更强的阻挡作用，有可能取代Al2O3 薄膜用于制备三代微光器件防离子反馈膜。ZnO 薄膜还具有较高的二次电子发射系数和适合的电阻率，可以用来制备Si 微通道板打拿极。
相关双采样技术被广泛地应用于CCD 视频采集，能够有效地消除复位噪声，白噪声等CCD输出噪声。但是当CCD 工作在高帧频状态下，需要高速的输出数据，由于像素时钟较快会出现采样位置不稳的情况。文中采用自适应相关双采样技术，可以自适应地调整采样脉冲的相位，使相关双采样的两个采样脉位于合理的采样位置，能够正确地采集像素信息。采用自适应调整CCD 相关双采样位置的技术，能使高清高速CCD 在像素频率很高的情况下，也能稳定地工作，输出高质量的图像。
微光夜视仪是飞行员夜间行驶的重要观瞄、导航设备，物镜是微光夜视仪的重要组成部分。文中在一个6 片式初始镜头的基础上， 设计了一个传统的全球面式物镜， 并提出了一种改进型的折射/衍射混合自由曲面塑料物镜结构，给出了详细的设计步骤并对两个系统进行了像质评价，对比分析了两个结构的性能，结果表明，改进型系统不仅在垂轴色差、畸变、像散、调制传递函数等光学性能上优于传统的全球面式物镜，而且在重量、总长以及最大口径方面也有大大改善，设计满足微光夜视仪物镜成像要求，并实现了物镜的轻小型和低成本，为现代新型微光夜视仪物镜的轻小型设计提供了一种新的途径。
对620mm 口径薄镜面主动光学望远镜进行了主镜面形校正和系统波像差校正实验。主镜支撑结构由轴向36 个主动支撑点和侧向6 个被动支撑点组成， 其中轴向33 个支撑点用于主动校正，3 个作为虚拟硬点用于控制主镜空间位置；利用研制的Shack-Hartmann（S-H）传感器作为检测设备，采用最小二乘法计算校正力。实验中在对系统校正能力测试的基础上，选择了中低频Zernike 像差参与校正。通过将S-H 传感器固定在主镜曲率中心位置， 完成了主镜在不同俯仰角下的面形校正， 将初始状态约0.6RMS 校正到/12～/15RMS。而后通过平行光管发出的星点目标，对望远镜系统进行了波像差校正，使系统波像差从初始约0.65RMS 校正到约0.2RMS，分辨率由18 lp/mm 提高到45 lp/mm。
利用折射定律和菲涅耳公式，采用光线追迹的方法，推导了格兰-泰勒棱镜的透过率与发散光束入射的方位角、入射角及棱镜结构角之间的计算公式，并指出与棱镜消光比的关系。通过Matlab 仿真，分析了全方位角范围内，棱镜的消光比特性以及消光比随入射角和结构角的变化关系。仿真结果发现，在垂直棱镜光轴的方位上，消光比不受入射角大小的影响，且消光比随棱镜结构角的增大而变差。理论计算结果与实际系统出现的问题相符，验证了理论公式的正确性，解释了工程项目出现的问题，对格兰-泰勒棱镜的设计与应用具有一定的指导意义。
在大口径光学镜面的检测中，随着参考镜尺寸的增加，加工精度的制约，重力变形，温度，环境等因素的影响使得参考镜在检测中已经不能作为理想平面镜。文中基于最大似然估计（ML）算法，Zernike 多项式拟合对利用非理想平面镜作为参考镜的子孔径拼接检测建立了一套合理的拼接算法和数学模型。并结合工程实例，完成了对2.5 m3.5 m 椭圆形平面镜的模拟拼接实验，拼接前后全孔径面形误差分布是一致的，其PV 值和RMS 值的偏差分别为0.022 与0.001 3 。全口径相位分布的PV 值与RMS 值的相对误差分别为2.81%与0.81%。实验结果表明：利用ML 拼接算法可以高精度地完成对参考镜为非理想平面的大口径平面镜的拼接检测。
由于所需测量的光谱范围较宽（276～700 nm），而CCD 探测器的接收面尺寸较小（14.3 mm10.5 mm），根据所选用的平面光栅元件参数，采用传统的车尔尼-特纳型结构是无法满足的。基于该结构，利用光线相对光栅的入射角和衍射角与光栅转角的关系，提出了使用两块反射式平面光栅进行光谱分离的方法。通过理论计算，确定了两段光谱范围和两光栅的旋转及俯仰角度，采用ZEMAX 软件建立多重结构，分别设置两块光栅的位置和波长参数，对光学系统进行了模拟分析和优化。结果表明，在像面上得到了两条谱面线展宽为14mm，中心间距8mm的光谱带，光谱分辨率优于1nm，各像差得到了充分校正，满足设计指标要求，很好地解决了宽光谱和探测器接收面尺寸之间的矛盾。
傅里叶望远镜通过改变任意两个发射望远镜的位置来获取目标不同的空间频率分量，采集足够多的傅里叶分量值后进行信号处理即可重构目标图像。为了降低系统成本且尽量获得目标的细节信息，提出了一种T 型稀疏发射阵列的激光束发射配置方案，对4 种目标与均匀间隔发射阵列重构的图像进行了对比研究。T 型单臂放置11 个发射望远镜，连续抽取目标的8 个低频信息，再抽取3个高频分量。通过与单臂11 和16 个的均匀间隔发射阵列的重构图像进行对比发现：文中采用的发射阵列重构图像远优于同等数量发射器个数的单臂均匀放置方式，但整体成像能力略差于均匀16，这也是稀疏发射阵列不可避免的。
以矢量波像差理论为基础，对卡塞格林光学系统的失调像像差特性进行分析，通过分析发现失调的卡塞格林系统不会引入新的像差，只是会导致三阶像差在像面上的分布发生变化，球差在全视场内为常量，彗差零点不再位于视场中心，像散在视场内存在两个零点且不再关于中心视场对称。在校正失调产生轴上彗差的情况下，卡塞格林系统的一个像散零点位于轴上视场，轴上视场的像差接近于零，但是边缘视场的像散依然较大，因此在卡塞格林系统的装调过程中，需要测量多个视场的波像差来确定系统的装调状态。利用CODE V 对失调卡塞格林系统的像差在视场上的分布进行仿真，结果表明利用矢量波像差理论可以对失调卡塞格林系统的像差进行定性分析，以提高卡塞格林系统的装调效率。
干涉成像光谱技术是一种集双光束干涉技术、二维成像技术以及高分辨率光谱技术于一体的高新遥感探测技术，常用来进行监视、识别和探测各种民用和军事目标。基于双折射晶体的宽场偏振型干涉成像光谱仪是该技术中的一种典型代表，组成其系统的偏光元件的性能是决定其成像质量和光谱复原精度的关键因素。论文考虑元件偏振误差和延迟误差对光路传播的影响，采用偏振追迹法推导出了系统干涉调制度的理论表达式，给出了其随入射角、入射波长、入射方位角以及元件偏振化方向和相位延迟量的变化特性，并定量分析了其允差范围。这为基于偏光器件成像光谱仪的系统设计、高光谱复原以及工程实践提供了重要的理论指导和技术支持。
针对紫外-可见光波段高光谱成像仪光谱定标装置的设计进行研究，论述了中阶梯光栅的光学原理，根据光谱定标原理，利用中阶梯光栅工作角度大、衍射级次高、光谱分辨率高的优点，建立了基于中阶梯光栅的光谱定标装置，提出了基于中阶梯光栅的光谱成像仪光谱定标装置的设计方法。以大气探测卫星Aura 上所搭载的臭氧观测仪为例论述了光谱定标装置的设计过程，仿真分析了光谱定标装置带宽对光谱定标精度的影响，给出了衍射级次、光谱分辨率、平行光管焦距等光谱定标装置主要性能参数的设计计算方法，为基于中阶梯光栅的光谱成像仪光谱定标装置的设计提供了依据。
光电系统可见光探测在空间目标监测中发挥着重要作用，而强背景下空间目标探测一直是限制光电探测设备能力的瓶颈；为了提高光电系统实际探测能力，从系统探测能力表征参数-信噪比入手，分析了系统探测信噪比的理论公式和选择原则；针对强背景对光电系统探测信噪比的影响，分析给出了不同光谱滤波方式对光电系统探测信噪比的影响程度； 分析了不同布站方式对系统探测能力的影响，并开展了实际观测测量。理论分析表明，采用合适的光谱滤波技术可有效提高光电系统的探测能力，系统探测信噪比提高1 倍；通过合理布设光电系统的观测站点，使得光电系统对空间目标的探测能力显著提高，对目标的可探测概率从51%提高到96%，理论分析与实验观测结果基本一致。
在星载光学遥感器设计过程中，利用计算机仿真技术模拟遥感器成像过程能够评估遥感系统设计可行性，并预测遥感器成像能力。针对高分辨率星载光学遥感器成像特点，提出一种基于低空遥感系统的成像仿真方法。以低空宽视场和多光谱图像数据为基础，利用图像分类、分类拟合等方法生成低空多光谱宽视场仿真图像，采用经验线性法进行反射率反演，结合星载光学遥感器空间分辨率、MTF、光谱响应等特性以及大气辐射传输理论得到遥感器入瞳处辐亮度仿真图像。将QuickBird卫星作为仿真对象，开展成像仿真实验，并评价仿真精度。实验结果表明仿真图像与卫星图像保持较高相似程度。
模拟大气对成像的影响是天基光学遥感成像仿真中一项非常重要的工作。首先针对工作于可见光到热红外波段（0.4～14 m）的天基光学遥感成像系统，引入了考虑场景内部目标与背景之间相互影响的遥感器入瞳处的辐射方程，并基于线性模型模拟了邻近效应。设计了计算大气透过率、上涌辐射和下涌辐射的大气查找表，分析了水汽含量、气象视距、目标高度、太阳-遥感器-目标之间的位置关系对大气辐射计算的影响，为查找表输入参数的选择提供依据。最后，通过长曝光和短曝光图像的调制传递函数，分析了光学湍流对天基光学遥感成像的影响。
提出了一种新的基于图像块距离的邻域选择方法，并将其应用于流形学习中，得到一类新的高光谱图像非线性降维算法。该类算法利用高光谱图像物理特性，结合图像的光谱信息和空间信息，在最大限度减小图像信息冗余的基础之上，很好地保持了原始数据集的特性。与其它高光谱图像的降维算法相比，改进的流形学习算法不仅考虑到高光谱图像本身的空间关系，而且利用图像块距离更好地保持了数据点之间的局部特性，从而有效地去除原始数据集光谱维和空间维的冗余信息。实际高光谱数据的实验结果表明，所提出的算法在应用于高光谱图像分类时，与其它方法相比具有更高的分类精度。
在研究现有光谱图像压缩与复原的基础上，提出了一种新型的光谱压缩与复原方法，即基于编码孔径的光谱压缩复原系统；在光谱仪的光学系统中加入由数字微镜阵列（DMD）实现的编码模板，该编码模板为一个随机矩阵，可对目标的图谱数据立方体实现瞬时编码，目标的反射光经过该编码模板后三维图谱数据立方体被压缩成一个隐含有光谱信息的二维矩阵。在解码算法方面，首次提出了利用快速迭代收缩阈值算法（FISTA）实现从少量观测值中重构三维图谱数据立方体。该算法在每次迭代中估计一次梯度的同时还计算了一个额外的点。实验结果表明，该算法无论是在收敛速度，还是在复原重构效果上均有明显提高。
遥感反演的叶面积指数（LAI）时间序列被广泛应用于气候模拟、作物长势监测等研究。但遥感数据受天气等因素影响，时间序列的LAI 数据存在缺失。支持向量机（SVM）是一种有效的数据分类和回归预测工具，而最小二乘支持向量机（LS-SVM）是对SVM 的有效改进。以西藏那曲县为例，使用2003-2011 年MODIS LAI 产品，分别用LS-SVM 和SVM 两种方法对研究区域2011 年LAI 时间序列进行预测，并用MODIS 原始LAI 以及部分地面实验样点值进行验证。结果表明，基于LS-SVM 的LAI 时间序列预测算法的精度比基于SVM 的算法高，从而证明LS-SVM 方法能够弥补遥感反演时间序列LAI 数据的缺失问题，对提高时间序列的LAI 遥感产品质量具有重要意义。
针对GOSAT（Greenhouse gases Observing Satellite）近红外波段数据进行的大气二氧化碳含量反演，提出了贝叶斯理论中误差矩阵的构建方法并进行了分析验证。首先模拟不同的初始估计值、不同的先验信息误差矩阵Sa和测量误差矩阵S构建结果对CO2反演的影响，然后据此挑选出Sa和S的优劣两种构建结果组合分别对2009 年塔克拉玛干沙漠地区的部分GOSAT 观测数据进行反演验证。研究结果表明先验信息方差越大或测量误差越小，反演结果趋于一致，反之结果则较为离散，表现出明显的规律性。实际大气遥感研究中准确的误差矩阵难以获取，此研究有助于进一步选取准确值并提高反演精度。
基于光电振荡器的距离测量方法将包含待测长度的空间光路耦合入光学谐振腔，通过测量振荡频率得到被测距离，借助振荡频率对谐振腔长的高敏感特性，具有实现大尺度高精度距离测量的潜力。但是长光纤作为谐振腔中的高Q值器件，容易受环境温度影响，导致测量精度及稳定性严重恶化。文中理论分析了温度变化对距离测量的影响，建立并分析了温度误差与温度变化、光纤长度的关系。针对温度误差提出了系统参数优化方法，进行了不同长度光纤与温度误差的实验，实验结果与误差模型相符，为测量误差补偿奠定了基础。
针对全捷联成像导引头视线角速度提取中隔离度及其带来的寄生回路稳定性问题，首先建立了考虑惯性测量装置和捷联探测器动力学的视线角速度提取模型并进行了简化。选取传感器动力学、信号处理延时、刻度尺为主要误差源，对由其造成的视线角速度隔离度幅值及相角变化规律进行了分析。进一步通过构建相应对应全捷联导引头隔离度寄生回路模型，计算了寄生回路稳定域并给出允许误差边界。分析结论表明，视线角速度提取过程中存在的以上误差将带来远较平台导引头大的隔离度问题，并导致寄生回路失稳，因此需在信号处理过程中进行修正。
在光学辅助惯性导航系统中，观测信息的最优融合依赖于相机与惯性测量单元六自由度转换的精确校准。针对火星软着陆自主导航中的测量信息最优融合问题，提出了基于扩展卡尔曼滤波的导航敏感器相对位姿校准算法。该算法仅利用火星表面可获取的路标特征点信息，不借助额外的测量设备，对相机与惯性测量单元相对位姿进行精确的校准，同时，能够估计着陆器的位置、速度和姿态。考虑到着陆器机动和火星自旋的影响，建立了宽视场相机及惯性测量单元的高精度测量模型。最后通过数学仿真对所提出的校准算法的可行性和有效性进行了验证。
为了提高某精密转台的测角精度和改进结构设计，对其方位轴系角位置测量精度进行了检测，该误差包括轴系误差、编码器误差及其他误差项。在数据处理中，采用傅里叶谐波分析方法，用不同阶次的简谐波进行拟合，去掉低阶误差，可提高位置测量精度，同时分析了各误差的来源。建立的误差查询表格可用于对后期测量结果的修正。结果证明，角位置测量误差修正后的值是修正前的1/4左右，幅值不超过0.8，极大地提高了角位置测量精度。此实验研究了使用谐波分析来提高转台位置测量精度的方法；同时分析了各误差来源，便于采取相应措施对轴系进行改进。
在被动式红外检测的条件下，针对动态目标探测的可靠性及军事防卫需求，提出了一种动/静态双坐标感知探测系统。静态感知系统是一个标准的二维坐标体系，也是运动目标检测的基准；动坐标感知系统是在水平面内以恒定的角速度在90范围内来回摆动的十字坐标系统，该系统的提出解决了传统热释电红外传感器探测感知距离与视场角成反比的矛盾，实现了全方位战场态势感知的功能。文中建立了感知系统的理论模型和数学模型。经实验验证，该理论切实可行，构建的感知系统稳定可靠，具有一定的实际应用价值。
文中建立一种激光测量燃油管道润湿阻力的方法及实验装置。得到了小流管条件下润湿阻力大小的解析表达式，即液体表面斜率与反射亮场及入射光通光半径之间的解析关系。根据弯曲液体表面光反射原理及光电自动检测原理，建立了润湿阻力的激光测量实验装置。依据激光反射图样光斑大小可以测出液面的斜率和液面与管壁的接触角。再根据润湿阻力的解析式，得到了润湿阻力大小。实验上，观察到特殊的弯曲液体表面激光反射图样，该图样为圆形光斑，具有明显的干涉圆环。圆形光斑的大小不仅与入射光通光半径有关，而且与表面的弯曲度有关。理论上润湿阻力的大小与液体的表面张力成正比，与接触角的余弦值成正比。本装置具有无损和自动化特点。
在三角法位移测量中散斑是一种噪声，当成像光斑过弱而湮没于散斑中时，抑制散斑已没有意义；但散斑同样是位移信息的载体。为此针对激光三角法位移测量系统，研究数字散斑相关法；对强散射、粗糙界面的位移进行了实测，且进行了数据分析。结果表明，在激光三角法位移测量中运用数字散斑相关法对强散射、粗糙界面进行位移测量是可行的，测量范围可达微米级，测量误差小于2%。此法可改善三角法位移测量系统在强散射、粗糙界面的情形下传统测量方法的缺陷，有效提高了测量精度，并扩展了激光三角法位移测量的实用范围。
针对高速、高分辨率带钢表面质量在线检测，研究开发了以TDI 成像技术为基础的视觉检测系统。系统采用高速TDI CCD 器件，配合照度自适应LED 光源成像，将采集得到的带钢图像经光纤送至图像分送器，各处理单元并行接收图像分送器的数据并进行实时处理，完成带钢表面质量检测。现场应用表明，基于TDI 成像技术的镀锡带钢表面质量在线检测系统可有效实现镀锡带钢表面缺陷检测。
图像质量评价是双波段彩色融合处理算法及系统评价的基础，文中研究了一种可见光与红外彩色融合图像质量评价方法。提出了基于场景理解的图像感知质量PQSU 综合评价指标，选择三类典型场景彩色融合图像进行了主观视觉评价实验； 通过对已有评价指标与PQSU 综合指标的主观评价实验结果进行多元线性回归分析，建立了PQSU 的预测模型。结果表明：融合图像的场景颜色协调性与自然感高度相关；利用图像清晰度和颜色协调性可以有效地预测PQSU；针对不同场景类型，已有评价指标在PQSU 的预测模型中所占的权重有所不同，但预测模型的基本形式保持不变。文中提出的PQSU 及其预测模型为进一步发展融合图像质量客观评价模型奠定了基础。
文章提出一种基于Contourlet 变换和Hu 不变矩的图像检索算法。首先，对每幅图像进行Contourlet 变换，得到低频子带与高频方向子带，把计算得到的低频子带的Hu 不变矩和各个高频方向子带的均值与标准差作为图像的特征向量，利用Manhattan距离进行相似度度量，完成基于内容的图像检索。为对该文提出的算法的检索效果进行检验，分别与基于Contourlet 变换特征的检索算法和基于Hu不变矩特征的检索算法等方法进行了对比实验研究。结果表明，该算法有效地融合了图像的纹理特征与低频子带的形状特征，较好地实现了基于内容的图像检索，平均查准率达到73.94%。
针对传统像素级图像融合方法在低频系数融合中，采用偏袒法和平均法容易导致融合图像出现模糊、对比度下降的问题，结合像素级和特征级融合的优势，提出一种基于边缘特征的图像融合算法。算法对于低频系数，采用区域能量自适应加权的方法；对于高频系数，通过对低频边缘特征的融合以指导其融合。分别对红外与可见光图像和多聚焦图像进行实验，并对融合图像进行主客观评价，实验表明，该算法得到的融合图像具有较好的主观视觉效果和客观量化指标，融合性能优于传统的融合方法。
针对红外热像仪采集的红外影像边缘信息模糊、影像存在噪声、边缘信息难提取的特点，提出了一种基于数学形态学对LOG算子改进和Roberts算子数据相结合的边缘检测新方法。该方法首先引进形态学中的开闭运算对具有随机噪声的红外影像进行滤波，接着运用拉普拉斯算法边缘检测，然后再采用Roberts算子提取边缘信息，建立相应的融合规则及阈值条件，将两种方法检测出的影像边缘信息融合，得到最终的融合影像。最后，对增加椒盐噪声的影像用MATLAB进行仿真实验，结果表明，该方法结合了两种检测算子的优点，定位精度高，有很强的抗噪性，获得了比较理想的检测效果。
传统的梯度自动调焦算法计算量大，抗噪声能力弱，影响调焦的实时性及调焦曲线的单峰性和灵敏度，因此提出一种梯度阈值自动调焦算法，提高调焦性能，满足光电跟踪系统能实时、准确地进行自动调焦的要求。该算法先以图像的局部方差作为局部阈值区分边缘像素与非边缘像素，再计算整幅图像的一种新的标准差作为全局阈值来削弱噪声和背景的影响，最后对阈值预处理后的图像采用梯度调焦算法计算其调焦值，进行清晰度评价。大量实验结果表明，该算法具有实时性好，单峰性强，灵敏度高的特点和良好的抗噪性能。该算法用于光电跟踪系统的自动调焦中时，依然保持上述良好的性能，明显优于传统梯度自动调焦算法。
首先介绍了采用TM01 模为和模、TE21 模为差模的单通道单脉冲跟踪体制的工作原理，其次给出了一种数字化跟踪接收机的设计方案。通过分析和通道与差通道相位差对跟踪性能的影响，提出了可应用于跟踪接收机设计的一种采用过零点检测加数字移相补偿的方案，并对该方法的性能进行分析，最终在试验样机中相位补偿的前后交叉耦合的比对。该方法与跟踪系统的频率无关，且具有很好的稳定性。通过在试验系统中应用，结果表明该方法可以快速校准相位误差，系统交叉耦合性能满足设计要求，跟踪过程工作稳定、可靠。
介绍了一种通过遗传模拟退火算法进行参数反演获取目标样片BRDF 模型参数的方法。将BRDF五参数统计模型中遮蔽函数的四个参数作为未知参数，利用在激光波长下目标样片的BRDF 实验测量数据，通过遗传模拟退火算法进行模型参数反演，获得上述样片BRDF 统计模型的九个模型参数，结果表明，与遮蔽函数四个参数取经验值情况相比较发现，九参数BRDF 统计模型的均方误差更小一些，并且通过反演出的遮蔽函数四个参数，得到上述样片在几种入射角情况下遮蔽函数随散射角的分布情况，所反演的遮蔽函数四个参数能反映材料表面的粗糙程度。
为开发飞行时间算法在火灾探测中的应用，简化算法，提高检测速率和准确性，根据飞行时间法，结合火焰的深度图特征，设计了基于深度图像变化率的火焰识别算法。以三维深度相机为主要图像捕获设备，进行了多组火焰识别实验，包括正庚烷火焰、乙醇火焰、纸张火焰、灯光干扰、行人干扰实验，对捕获的图像进行了处理与计算，提出了识别火焰的简化算法和火焰像素估计模型。采用该方法分析了火焰深度图特征，火焰识别结果图像的频谱图特征、集中度特征以及面积变化特征。研究结果表明，采用文中提出的算法的实验识准率大于91.5%，误识率小于3.8%，能有效识别火焰。
