为了评估相干测风激光雷达在不同扫描模式下探测效能与气象要素之间的联系, 使用2020-08~2021-07期间广汉机场相干测风激光雷达探测数据进行了分析验证。结果表明, 方位角测量模式扫描方式下, 探测距离在3 km之后, 探测效能线性下降,90°扫描时, 500 m后探测效能开始线性下降; 总体探测效能在11月最高, 7月最低; 11月至次年7月呈下降趋势, 7~11月呈上升趋势; 在日落后至日出前的探测效能较低, 在午间探测效能最高; 夏秋季节, 激光雷达探测效能与PM2.5质量浓度呈现正相关, 与降雨量的对数呈负相关。该研究为机场激光雷达识别低空风切变准确度提供了重要的基础保障。

为了探究广汉机场上空边界层高度的变化特征，利用多普勒激光雷达的载噪比数据，采用梯度法、小波协方差法和标准方差法，对机场上空的边界层高度进行了反演，并与L波段探空和飞机探测数据进行了对比,利用飞机探测数据和探空仪数据对激光雷达反演的边界层高度进行了验证。结果表明，在对流边界层顶的识别上，3种方法都能较好地捕获边界层信息，且一致性较好，但在对残余层顶和稳定边界层顶的识别上，梯度法无论是准确性、连续性还是稳定性上都表现出了明显优势;反演得到的对流边界层和残余层高度维持在2000 m左右，稳定边界层高度在100 m～200 m之间; 受边界层内湍流的影响，物质边界层高度与热力边界层高度在某些时段会出现显著差异。该研究可为飞行训练提供预警信息，更好地保障飞行安全。

针对当前微纳米测量中存在的微结构跨尺度、高精度测量及高深宽比结构多参数表征问题, 基于纳米测量机和微接触测头构建了纳米坐标测量系统。通过对测头与定位平台机械、电气及软件接口的设计, 实现测头与平台的集成, 并利用标准球对测量系统进行校准。为保证测量结果的可溯源性, 对定位平台三轴激光干涉仪的激光器进行了拍频。最后, 利用搭建的测量系统对高度10 μm,2 mm的超高台阶及硅臂卡爪的侧壁倾角进行了测量, 表明系统具备大尺寸结构的高精度测量和复杂MEMS器件特征尺寸的精确表征能力。

针对当前微纳米测量中存在的大范围高精度测量及复杂微结构几何参数表征难题, 基于多测头传感和精密定位平台复用技术, 开发了一台具有多种测量尺度和测量模式的复合型微纳米测量仪。为使其具备大范围快速扫描测量和小范围精细测量功能, 仪器集成了白光干涉和原子力显微镜两种测头, 通过设计适用于两种测头集成的桥架结构及宏/微两级驱动定位平台, 实现整机的开发。为保证仪器测量结果的准确性和溯源性, 利用标准样板对开发完成的仪器进行了校准。仪器搭载的白光干涉测头可以达到横向500 nm, 纵向1 nm的分辨力; 原子力显微镜测头横向和纵向分辨力均可达到1 nm。最后, 利用目标仪器对微球样品进行了测量, 通过大范围成像和小范围精细扫描, 获得了微球的表面特征, 验证了仪器对复杂微结构的测量能力。

为了在椭圆偏振测量过程中得到精确的纳米薄膜参数, 提出了一种求解纳米薄膜参数的混合优化算法。结合人工神经网络算法反向传播和粒子群算法快速寻优的特点, 建立了改进粒子群-神经网络(Improved Particle Swarm Optimization-Neural Network, IPSO-NN)混合优化算法。该算法在较少的迭代次数下具有快速跳出局部最优解的能力, 从而快速寻找椭偏方程最优解。文中使用该算法对标称值为(26.7±0.4 )nm的硅上二氧化硅纳米薄膜厚度标准样片进行薄膜参数计算。结果表明: 采用IPSO-NN混合优化算法计算薄膜厚度时相对误差小于2%, 折射率误差小于0.1。同时, 文中通过实验对比了传统粒子群算法与IPSO-NN算法, 验证了IPSO-NN算法计算薄膜参数时能有效优化迭代次数和寻找最优解的过程, 实现快速收敛, 提高计算效率。

提出了一种基于改进主动轮廓模型的海天线检测算法，检测全景海域图像中的椭圆海天线。通过全分辨率算法获取图像的视觉显著图，提取全景设备区在全景图像中的位置，以消除全景设备区干扰对海天线检测的不良影响。根据全景海天线为椭圆形这一特征，将构造的形状能量约束项加入主动轮廓模型中作为新的能量函数，使活动轮廓线的形状在收敛过程中受到限制，从而成功收敛到全景海天线上。实验结果表明，该算法对不同拍摄条件下的全景图像均适用，检测准确率达到96%，普适性和稳健性良好。

由于微纳米几何量计量很难以三维方式高精度地测量较大尺寸的器件，本文基于非硅MEMS工艺，开发了一种可用于微纳米尺度三维尺寸测量的电容式微触觉测头。利用电容频率测量法实现了微弱电容信号的采集。采用宏微结合驱动方式，设计了运动范围为25 mm×25 mm×10 mm，单轴12 μm范围内定位精度达1 nm的三维微位移平台。最后，对测头的测量范围、线性、迟滞及分辨力进行了测试。结果表明，测头的轴向测量范围为4.5 μm，横向测量范围大于5 μm，轴向分辨力优于10 nm，横向分辨力优于25 nm，线性较好。开发的测头结构简单、分辨力高、体积小、成本低，可集成到纳米测量定位平台(NMM)，完成具有大范围、亚微米或纳米级精度要求的测量任务。