针对远距离、长焦距、高分辨机载光电成像载荷对提升视轴指向控制精度的迫切需求, 从电流、速度、位置三环控制的基本原理入手, 对电机的力矩控制、干扰的抑制、对延迟的鲁棒性等问题进行了分析。首先, 分析了新型无刷电机电流驱动和控制方法及相应的优缺点。论述了主动抗扰内回路以及速度反馈外回路控制问题, 从算法的角度提高对视轴运动速度的控制性能; 另一方面, 考虑机械结构刚度对控制增益的制约, 从两级控制结构的角度对相应的控制方法进行分析。对目标跟踪控制这一典型位置环控制问题进行了分析, 从时滞反馈控制的角度论述了相应的理论研究进展。最后, 综合当前技术发展趋势给出机载光电载荷视轴指向控制技术的思考和建议。

本文设计了一种应用于测绘型数字航空摄影相机的新型镜间快门, 该快门具有结构紧凑、布局合理及可靠性高等特点,快门采用双叶片结构形式实现了五叶片快门同样高的快门效率。快门通过小型化设计, 实现同轴轮系按不同传动比驱动双叶片旋转实现控制曝光的目的。控制电机转速连续调节叶片转速, 可获得合适曝光量。对快门进行了模拟和实验分析, 实验结果表明, 快门的曝光时间范围达到1/100 s～1/1000 s, 效率达到85%, 快门对光学畸变影响小,具有曝光时间范围广、快门效率高和刚度较大等优点,同时刚度和强度满足相机的使用要求。

对复杂背景下暗弱点目标和背景杂波特性进行了分析,提出了一种基于全方位多尺度的形态学滤波和局部特征准则的点目标检测方法。实验结果表明,在复杂背景和低信噪比条件下,所提算法的目标检测概率达到99.8%,虚警率为0.1%。与最大中值滤波法、高斯差分尺度空间法、高斯混合模型法进行对比,结果表明,所提算法对复杂背景的抑制作用较好,且算法复杂度不高,易于实时实现。

为了精确地检测到舰船目标, 提出了一种基于多特征、多尺度视觉显著性的海面舰船目标检测方法。该方法首先利用多尺度自适应的顶帽算法抑制云层、油污的干扰, 然后提取双颜色空间特征以及边缘特征构成双四元数图像进行舰船显著性检测。 由于充分利用了双四元数图像, 故可对多个特征尺度进行处理, 并保证不同尺度特征之间关联性。该方法还利用人眼对不同用大小的图像关注目标不同的特点对图像进行上下采样以避免漏检和检测重叠。在得到显著图后利用自适应图像分割（OTSU）算法确定舰船所在的区域, 并在原图上标定、提取舰船目标。在多种海面情况下进行了实验分析, 结果表明: 该算法可以排除多种干扰, 精确地检测到舰船目标, 真正率达97.73%, 虚警率低至3.37%, 相较于他频域显著性检测算法在舰船检测方面有明显的优势。

长波红外探测器经常被用于机载红外预警系统中, 常受严重的非均匀性噪声干扰。为了校正探测器的非均匀性, 补偿辐射响应非线性, 提出了一种基于梯度场景的非均匀性校正方法。给出了探测器辐射响应非均匀性的观测模型; 以标准黑体和梯度场景作为参考源, 在理论上推导出校正系数表达式; 利用原理样机进行了外场实验, 并探测民航客机目标。实验结果表明：与基于黑体的两点校正方法相比, 利用本文方法进行非均匀性校正后的图像, 局部标准差峰值由8.57降低到2.39; 对于相距50.64 km的空中客车A319型客机, 目标的信杂比由4.87提高到11.22。本文算法可以有效降低图像局部标准差, 适用于机载红外预警系统。

针对绝对辐射计光电不等效性来源复杂、实验测量难度大的特点，提出了修正太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)光电不等效性的有限元单元法。结合SIAR的测量方法，对真空中辐射计的腔温响应进行了实验测试。基于有限元单元法，建立了与实验腔温度响应相对误差仅为0.14%的有限元模型，对接收腔的温度响应进行了实验测试。测试结果显示: 入射光功率为73.8 mW时，接收腔与热沉之间的温度差异约为0.85 K，响应的时间常数为29.8 s。运用建立的有限元模型对SIAR的光电不等效性进行了评估和修正。 结果表明: 太阳辐照度绝对辐射计的光电不等效性来源主要为不同加热途径和不同加热区域引起的偏差，SIAR的光电不等效性因子N为0.999 621±0.000 004。该修正模型完善了仪器的修正体系，提高了测量精度，为绝对辐射计的发展提供了可靠的数据来源。

为了解决红外弱小目标精确自适应检测的问题, 本文提出了一种基于Canny算法、top-hat算法和中值滤波算法结合的红外弱小目标检测方法。该方法不同于传统的Canny弱小目标检测方法, 本方法先选定合适的窗口对图像进行中值滤波处理, 在去除噪声的同时有效保持图像的边缘信息; 再用形态学处理中的top-hat算法抑制复杂背景, 去除云层; 最后使用自适应Canny算法提取红外小目标的边缘信息精确定位目标的位置。实验结果证明了该方法的有效性和优越性, 本文设计的组合算法能够精确定位小目标的位置, 信噪比增益达到10倍以上, 排除噪声以及云层的干扰作用较强, 具有一定的自适应性。

介绍了红外图像弱小目标探测的研究背景与技术难点，并对空域滤波法、变换域滤波法、时域滤波法三类典型红外图像弱小目标探测算法进行综述，并对空域滤波法、变换域滤波法中常用目标探测算法以及边缘分割方法进行实验分析。实验结果表明,这三类红外图像弱小目标探测算法各有优缺点，具体目标探测算法的选取受目标特征和背景特征影响较大。并简述了红外图像弱小目标探测技术的发展趋势。