冷反射指红外系统中制冷型探测器能“看到”自身的反射像的现象。制冷型红外光学成像系统在进行设计时需要对冷反射进行严格控制,所以准确、迅速地进行冷反射分析就显得十分重要。利用噪声等效温差(NETD)的定义推导出冷反射信噪比公式;利用 ASAP和 Code V对冷反射进行仿真分析;用 Code V选择出冷反射比较严重的光学面;将系统在 ASAP中建模,并赋予系统模型合理的光学属性,通过光线追迹得到像面 “冷斑”的大小和平均辐照度。把仿真结果带入冷反射信噪比公式中计算出各个表面以及系统总的冷反射信噪比大小。最后,以某红外单镜头为例,对其冷反射进行了仿真分析和成像实验,仿真结果与实验现象基本一致。

针对短波红外镜头在成像中存在杂散辐射的问题，对该镜头进行杂散辐射分析与抑制研究。通过成像实验初步分析了镜头的杂散辐射现象，运用仿真软件Tracepro 对该短波红外镜头建立分析模型，获取系统的点源透射率(PST)，并针对实验现象进行光线追迹，找出可能的杂散辐射路径。通过增加遮光罩、修改结构件和添加消杂光涂层的方法来抑制杂散辐射。通过测量采取抑制措施后的系统的PST 值证明了该措施有效、可靠，达到了抑制镜头杂散辐射、改善成像质量的目的。

激光在大气传输时会受到大气湍流等因素的影响, 导致光束质量下降, 影响激光作用效能。针对功率谱反演法产生的相位屏在低频部分表现不足的情况, 利用H-V模型对白天和夜晚条件下的激光大气湍流效应进行建模, 采用Zernike算法来构造大气湍流相位屏。仿真结果与Kolmogonov 统计规律符合, 结果显示Zernike算法可以对低频部分很好模拟, 随着阶数的提高, 高频部分也能较好体现。针对美国ABL系统和ATL系统参数对强激光束的大气传输湍流。畸变波前进行仿真分析, 得出ATL系统湍流相位屏最大PV值约为3.5λ, ABL系统湍流相位屏最大PV值约为7.5λ。研究结果能够对强激光自适应光学系统的技术指标分析提供指导。

基于高灵敏度的中波和长波制冷焦平面探测器, 搭建了红外偏振成像系统, 针对特定场景中的典型目标, 开展了红外偏振试验,获得了有效的试验数据, 并对图像进行了定性分析和定量评价。对比研究表明: 长波红外偏振成像易受水汽干扰, 但图像的平均灰度和平均梯度指标高; 中波红外偏振成像抗云干扰和观测人工防伪网能力强, 图像标准方差比较高。根据中长波红外偏振成像的特性, 在实际应用中可以按需要进行波段选择。

直接斜率法直接将波前传感器的测量量与变形镜的响应特性建立起对应关系，通过算法直接计算出控制电压信号。用 64个子孔径的哈特曼波前传感器对畸变波前进行仿真探测，按照变形镜面形为影响函数加权叠加的假设，可以求解出加在各个驱动器上的电压值，进而可以对仿真的 32单元变形镜进行控制，校正波前。仿真的结果显示，直接斜率法可以有效校正畸变波前。

从分辨率、对比度、照度三个因素出发，根据指标要求，详细制定了可见光成像系统作用距离测试方案。在试验中，为了满足目标作用距离20 km 的要求，将考核目标等效为4.5 km 远的等效目标大小；在实际的11 km 大气能见度条件下，将考核照度和对比度转换为试验目标目标值。在目标照度不小于300 lux 的环境下，可见光成像系统能够识别对比度大于0.253 的考核目标；在考核目标对比度为0.2~0.253，300 lux 低照度时，目标是不能确认的。通过对试验结果进一步图像处理发现，目标靶标是可分辨的。试验结果表明，系统设计满足指标要求。

介绍了无源共轴球面腔闭合条件的一般性矩阵表示。针对固体激光器光腔中热透镜效应，利用Matlab符号运算功能，得出热透镜光腔的闭合条件；建立了自行闭合的热稳腔模型，将光腔的闭合条件和热透镜效应模型结合,随着泵浦功率的提高，通过控制微变形镜来自适应改变腔镜曲率半径，进而可以使固体激光谐振腔的输出稳定。

激光大气传输会发生波前畸变，为了探测波前，采用哈特曼夏克(H-S)传感器来获取波前信息，采用算法对成像光斑进行质心定位，进而可以达到波前检测的目的。通过质心法对哈特曼夏克波前传感器得到的光斑图像进行处理，进而确定出其质心的位置和算法所需的时间。采用改进的象限法，通过检测光斑的边缘位置，进而确定出一个能将光斑圈住的矩形的大小和位置。根据几何学关系，针对不同位置的光斑采用不同的方法确定质心，进而可以得到质心的位置。通过与质心法对比仿真，结果显示两种算法的质心位置坐标很接近，算法的速度也很接近。

多光谱成像技术结合成像和光谱测量技术，同时探测目标的光谱和几何特征，在目标识别和抑制背景杂波方面具有技术优势。研制了一套工作于中波红外波段的四通道多光谱成像系统。利用窄带滤光片和面阵探测器技术，构建了基于时序扫描的凝视成像型红外多光谱成像系统。根据红外探测器性能参数，对各个光谱通道的温度灵敏度进行了估算。在系统设计时通过合理地滤光片布局，尽量延长各个光谱通道的信号积分时间，以提高各个光谱通道温度灵敏度。利用研制的中波多光谱成像系统，对室外进行了成像，并对各个通道的成像结果进行了比较分析。

与一般光学系统相比,航空遥感光学系统具有长焦距、大口径、宽波段等特点.因此,广泛使用反射式光学系统.常见的离轴三反系统已不能满足系统小型化、轻量化的要求.介绍了一种无中心遮拦的离轴四反射镜系统,由离轴三反系统改进而成,结构更加紧凑.带一次中间像面的离轴三反系统的中间像位于次镜和三镜之间,为了进一步折叠光路,在中间像面处加入球面反射场镜,从而成为离轴四反.分析了离轴四反的设计步骤,设计了一个焦距为1 200 mm,视场为0.8×0.8°,相对孔径为F/6的光学系统,系统总长只有300 mm,并达到很好的光学性能,具有长焦距、小尺寸、良好的杂散光抑制能力等特点.