设计了一种基于二氧化钒和狄拉克半金属的滤波/传感太赫兹超表面。该超表面由基于狄拉克半金属的镜面对称双开口环以及具有矩形孔的二氧化钒薄膜构成。通过调控超表面中二氧化钒的电导率，可以实现传感器/滤波器两种功能的切换。结果显示：当二氧化钒处于绝缘态时，超表面工作在传感器模式，此时，增大样品厚度及样品与传感器的距离均可增大传感器的灵敏度；当二氧化钒处于金属态时，超表面工作在滤波器模式，滤波器在中心频率处的插入损耗为1.3 dB，回波损耗为12.7 dB。这种具有多功能的超表面在太赫兹传感器和滤波器等方面具有较高的应用价值。

针对大动态范围下运动目标速度测量受限的问题，提出四光相干混频探测方法，通过提取多普勒频率以及移频量与多普勒差频可以实现更大动态范围的速度测量。在四光相干混频探测过程中，存在输出信号多和信号判别难度大的问题。为了解决以上问题，提出并设计空间偏振分光结构的四光相干混频探测结构，使用偏振分光技术实现四路输出信号的完全空间分离，可以避免信号之间的相互影响，降低信号处理的难度。从理论上对结构进行原理分析，并使用光学仿真软件对其进行仿真分析，验证理论和结构的可行性，同时可根据不同探测器输出信号判断目标的运动方向。

利用光束的交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强分布和相干长度的表达式, 并基于该表达式就光源不同相干参数、不同湍流强度对部分相干光在水平大气传输中的光强分布和相干长度的影响效应进行了数值模拟, 且与完全相干光进行了比较分析。研究结果表明: 在自由空间传输过程中光强分布主要受衍射引起的展宽影响, 光源相干参数越大光束的相干长度值越大。在湍流大气中, 光源相干参数越大光强分布和相干长度受湍流大气强度变化影响越小。随着湍流强度和传输距离的增加, 光束展宽效应增加, 同时由于湍流叠加效应导致光束的相干长度下降。

针对高速运动目标激光相干探测最大测量速度受限的问题,提出了一种四光相干混频大动态范围的多普勒测量方法。与传统激光相干探测相比,该方法可将最大测量速度提高一倍,实现高速和超高速目标的速度测量。由于四光相干混频探测系统比外差激光相干探测系统多了一束本振光,导致本振散粒噪声增加。因此,根据信噪比定义推导出四光相干混频探测系统的信噪比公式,并利用该公式从相干长度、接收孔径、失配角三个方面进行了理论和数值分析,得到了相干长度和接收孔径之间的最优关系。

采用双频激光相干探测技术实现高速目标的多普勒测量。结合随机统计理论和维纳-欣钦定理推导得到存在强度扰动时双频激光相干探测的信号功率谱函数,基于理论模型分析了拍频线宽和扰动频率对信号功率谱的影响,并进行了数值仿真和实验研究。结果表明,功率谱分布表现为洛伦兹型,在远距离探测时,拍频信号线宽的增加使功率谱展宽。强度扰动频率接近多普勒频移量时,功率谱展宽,幅度下降,这增加了频谱提取难度,降低了多普勒测量精度。

为了实现对空间目标的远距离、高分辨率激光一维距离像探测及特性分析，在建立点目标激光一维距离像光外差探测模型的基础上，进一步通过三维建模的方式获取了三维目标的激光一维距离像.比较了圆锥体目标光外差探测获取的一维距离像与其距离分辨激光雷达散射截面、脉冲激光一维距离像之间的区别和联系，分析了目标尺寸、姿态、调频带宽以及表面材质对目标激光一维距离像的影响.实验结果验证了目标一维距离像能够反映目标外形特征，可为目标特性分析及识别提供参考.

激光雷达是对空间目标进行远距离高精度探测、跟踪监视的重要技术手段之一, 基于距离分辨的激光雷达探测系统相比于传统的成像系统, 具有整体结构简单、受大气干扰小等特点。国内外研究机构对该技术领域开展了大量研究, 主要介绍了高分辨率回波探测及反射断层成像激光雷达的发展现状, 总结和比较了国内外在理论算法、仿真分析、实验测试及实际应用等方面的进展, 分析了二者的技术特点, 展望了其发展前景。

基于距离选通的激光成像受激光脉冲能量、距离门门控时间的影响,激光图像对比度偏低,在此基础上进行三维成像的重建效果在整体上存在边缘信息、结构信息严重缺失的问题。因此,提出了一种改善思路,即将引导滤波结合双边滤波的方法应用于二维切片的预处理中,在误差范围内改变二维切片的像素信息分布,以获得高质量的三维重建结果。首先,利用引导滤波增强边缘信息,恢复目标内部的结构信息;然后,结合双边滤波弥补在上一步骤中出现的无效点增多的缺陷,稳定图像的均匀度。研究结果表明:采用引导滤波结合双边滤波的二维图像预处理得到的三维重建结果,在保证距离精度的同时,在边缘信息、结构信息的增强,以及图像的均匀度提升等方面具有优势。

针对星空背景下的空间目标图像特点,提出了一种基于相机阵列的高动态范围图像合成方法。利用相机阵列系统获取空间同一区域的不同曝光图像,并以恒星质心为控制点,实现了不同相机间图像的配准;结合标定的各相机的逆响应函数,合理构建了权重函数,进而将配准后的不同曝光图像合成为一幅高动态范围图像。实验结果表明,合成后图像的动态范围有所增大,且该方法有效地提高了图像信噪比,克服了目标成像过暗和过饱和的问题,利于目标的检测与提取。