为满足光谱仪微型化、便携化的要求，并克服基于台式电脑处理系统的光谱仪在户外使用不便的缺点，研制了一种基于Android系统的微型光谱仪。介绍了仪器研制过程中的光学、机械、电子学以及应用软件(APP)的设计。光学系统利用平场全息凹面光栅简化系统光路结构，机械结构使用3D打印技术一体化成型。选用线阵CCD（TCD1304DG）作为光电探测器，用全新的STC15系列嵌入式微控制单元(MCU)为控制核心，采用Android USB(系统通用串行总线)接口用于通信，完成了Android系统下高分辨率光谱数据采集系统的设计。编制APP用于实时处理光谱数据。运用电子快门技术，实现了Android设备对CCD积分时间的实时在线可调，满足了便携式光谱仪在不同环境下的工作要求。设计方案以Android系统作为数据处理平台，代替了传统台式电脑处理系统，体现了较好的便携性优势。

设计了一种基于光纤导入的太阳敏感器，其包括三个部分：光学头部、光电传感器和太阳偏移角度的算法。光学头部采用两对对称光纤和一根中心光纤，通过计算每对光纤导入光能的差分值，获得太阳与航天器自身坐标系统的相对角度关系。该光学结构兼顾了大、小视场，提高了太阳敏感器定位精度。采用光纤作为太阳光的导入器，将光能导入置于航天器内部的光电敏感元件，以防止宇宙中高能粒子直接轰击传感器而造成损坏。简要介绍了电路的构成和信号的处理。分析了测量误差并提出补偿措施。初步试验表明，系统精度可达到±0.15°。本设计将适用于航天飞行器定位和一些地面太阳跟踪系统。

微小卫星与传统大卫星相比具有研制周期短、机动性高和成本低等特点而成为遥感领域的热点。研制的CCD相机是微小卫星的重要载荷之一, 在取得低成本的同时能够实现0.98/0.5年的可靠度。CCD相机的光学系统采用折反结构而且具有较大的温度适用范围; 光学元件全部采用球面使加工装调易于实现; 对光学系统进行杂光抑制和环境适应性设计进一步保证成像性能。电路系统采用帧转移CCD, 现场可编程门阵列(FPGA), 双相关采样(CDS), 低压差传输(LVDS)和buck/boost电压变换等技术, 使相机具有低成本、低功耗和性能稳定等优点。CCD相机研制中采取了合理的可靠性保障措施, 选用的现有商用器件经过了破坏性物理分析(DPA)、筛选、板级试验等手段的考验。通过环境试验、积分定标试验和成像性能测试表明研制的微小卫星CCD相机成像性能良好。

针对光谱分析实验中线阵CCD灵敏度较低,提出了一种Binning 技术可将几个相邻的像素合并一个像素,提高线阵CCD的像素响应度、信噪比和CCD的帧速。研究包括光谱色散成像、CCD、光谱数据分析。研究表明,通过改变CCD的驱动时序,对光谱族中的敏感波段实现合并(Binning),可获得更高的灵敏度和信躁比。对相邻像素合并造成的影响进行了讨论。

提出了一种采用数字微镜(DMD)器件作为SLM调制面阵CCD的设计方法。解决普通CCD相机在拍摄高反差场景时,图像上出现过曝光或欠曝光,造成丢失细节的现象。该方法通过场景预测成像,确定ＣＣＤ按多曝光区域的划定和曝光时间。利用DMD微镜调制功能,实现CCD分区分时曝光。同时设计一种图像数据结构提高了面阵ＣＣＤ动态范围。实验证明,该方法不但提高了成像质量,高亮和背光处细节可清晰地表现。而且增强了图像数据的动态范围。 实现了实时获取高动态范围、高质量的图像及数据,不再需要软件“融合”。

由于应用需要与工作环境的限制,在设计遥感传感器时侧重于系统的可靠性与稳定性,简化的设计在CCD的曝光触发和机械快门上存在缺陷,造成了CCD的拖影问题,使遥感数据与遥感图像产生了一定程度的失真.针对自研发遥感成像系统中的CCD拖影问题,提出了逆向逐行修正的方法,利用该方法修正遥感数据得到的遥感图像对比度和图像质量显著提高,图像细节予以呈现.

研制了一种红外上转换材料的微型共焦光学检测器并提出改进措施,用改进前后的共焦光学系统对掺杂有Yb和Er的氟氧化物复合红外上转换材料油墨进行检测,分析了改进后的优点,讨论了离焦量对样品激发光能的影响,给出了不同质量混合比油墨的检测可靠性数据.对其在隐形条码方面的应用进行了初步研究.

提出了采用共焦光学传感头检测红外上转换油墨(IR ink)的上转换弱光信号的方法,采用了专门设计的光学元件和检测放大电路,实现了红外油墨上转换发光的微弱光检测,对不同混合比例红外上转换油墨进行了检测,分析了实验结果.其结构简单、取样准确,可实现探测器的袖珍化.

制作具有光变图像(OVD)光栅条纹的大面积全息原版,是激光图像无油墨印刷的核心技术之一。提出一种通过在金属镍母版表面高频感应加热和快速加压的工艺方法,在压敏材料上实现了微米级精细光栅条纹的高效率快速转移,其列阵式的转移复制方式实现了大面积光变图像的制作。研制了用于光变图像光栅条纹大面积复制的新型智能化组版系统,并对此智能化组版系统的结构和工作原理作了阐述。同时,对影响光栅条纹转移复制的几个方面作出了分析。对复制前后的光变图像光栅进行的测试表明,转移后光栅的衍射效率可以高于母光栅。研制的这一新型智能化组版系统可转移复制的组版面积达1000 mm×1600 mm。