针对传统三角形星图识别算法的不足, 本文提出了一种不依赖星等信息的全天球自主快速三角形识别算法。通过构建三角形最大内角及其两边作为匹配特征三角形, 建立了全天球导航特征库, 对生成的特征库按最大内角值构造散列函数, 并分块存储。识别过程中, 采用“边-角-边”原理进行匹配。首先, 根据最大内角的观测值实现子块的快速定位, 然后, 在子块中对观测三角形的两边进行星角距快速匹配, 缩小了角距匹配的范围, 提高了识别速度。试验表明, 星点位置噪声低于2个像元时, 识别率优于98.08%; 观测星数等于10颗, 特征库分块总数为1 024时, 平均识别时间为13.1 ms。与现有三角形识别算法相比, 该算法在识别速度、识别率及抗星等噪声能力等方面具有明显优势。

为实现白天红外光电测量系统对低信噪比恒星的质心及能量高精度计算, 本文给出一种高效的方法。首先, 分析了红外光学系统白天恒星的成像特征。其次, 先对采集的图像序列进行预处理操作得到预处理图像。接着对预处理图像序列执行叠加求均值和下采样操作得到下采样图像。在下采样图像中以亮度为特征求取恒星的疑似位置后, 在预处理图像序列上建立与疑似位置相对应的目标区域, 在目标区域内顺序求取质心序列。对目标区域的图像序列以质心偏移为基础进行移位相加后获取目标图像。在目标图像上以信噪比为判据完成恒星提取, 以及质心和能量的计算。再次, 分析指出此方法能增强目标信噪比的原理, 并给出其适用范围以及相关参数的确定方法。最后通过实验表明, 采用移位相加法可增强目标的信噪比, 并提高提取正确率; 且对于SNR不大于48的恒星可将其质心和能量计算精度平均提高006 pixel和285%。移位相加法对低信噪比的恒星可较为精确地计算其质心和能量。

为了在已知粗略方位角和地理位置时实现三视场天文定位定向设备的快速测量，给出了一种三视场定位定向设备的快速局部星图识别方法。分析了三视场定位定向设备使用全天球识别数据库执行三角形识别时识别效率低的原因; 指出了应先进行视场内识别，后进行视场间识别以提高效率，并给出星图识别时角距误差门限的选取范围; 给出了一种基于粗略位置和方位快速生成局部识别数据库的方法，它可以减少识别信息的冗余，实现高效的星图识别。仿真实验和野外实验结果表明：使用此局部识别方法正确识别率可达99.19%，识别速度为24.3 ms，基本满足三视场天文定位定向设备快速高效测量的要求。验证了局部星图识别方法的效率，以及采用先视场内识别后进行视场间识别方式的正确性。

为了保证船载经纬仪的测角精度, 补偿站位及船摇误差, 分析了船载设备的姿态数据对测角误差的影响并建立了船摇误差模型。根据该模型提出了设备标定及测量方案, 并给出了船载设备站位修正及事后数据处理方法。首先, 建立船摇误差模型, 分别给出航向、俯仰及横滚测量误差对设备方位角和俯仰角的影响公式; 结合测量设备指标及任务要求, 制定了标定及测量方案, 给出了设备能够保证精度的测角范围。然后, 提出了在船载设备特殊使用环境下, 站位数据的测量方法及相应的站位船摇修正算法。最后, 说明了船载光测设备的测量数据事后处理方法。实验结果表明, 在船载精确姿态测量系统最大误差为航向角1.2′, 纵倾角24″, 横倾角24″的条件下, 设备的测角误差均方根为方位≤57″,俯仰≤34″, 基本达到了在该测量条件下的理论最优测角精度。

考虑自适应光学波前探测技术利用相位差异法来估算波前相位畸变和恢复图像时运算量较大，难以用软件在PC平台上实现，而使用数字信号处理(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)搭建计算平台虽然可使运算并行化从而缩短运算时间，但其目标函数结构复杂，因此，本文利用泽尼克多项式的性质，提出了一种相位差异目标函数的改造方法。给出了改造后的目标函数计算公式和梯度计算公式，使相位差异法在每次计算目标函数时只进行多项式运算，从而不仅方便了用DSP和FPGA的硬件实现，也充分利用了硬件处理的并行性。设计了仿真实验和室内实际光路实验，分别以分辨率板和光纤光束为例对模拟图像和实际采集图像进行了恢复。实验结果表明，改造后的相位差异法仍具备较好的图像恢复能力，光纤光束成像分辨率显著提高，颗粒间轮廓清晰可见。

针对某空间目标色温测量技术，提出了一种可用于选择最优波段和提高系统温度分辨力与测温灵敏度的方法。 基于目标不同波长辐亮度的比对，推导了目标单色辐射率之比 与标准黑体波长及色温之间的关系，建立了目标色温测量数学模型，从而巧妙地绕开辐射率对测温工作的不利影响。同时建立了波段优 选评价函数数学模型，并通过分析系统的温度分辨力及测温灵敏度与探测波段之间的关系优选探测波段，提高了色温测量的精度。 基于红外系统进行的波段选择仿真结果表明，在8.0 ～ 8.5 m范围内，当波段宽度取60 nm时，对温度为200 ～ 300 K的空间目标进行色温测量的温度分辨力最高可达到0.07 K。对不同温度目标的温度分辨力与测温灵敏度分别平 均提高了7.9 %和11.3 %。通过波段优选可以有效提高温度分辨力及测温灵敏度，为空间目标探测与识别装置的 研制提供了技术支持。

开展了用相位差异散斑技术实现图像采集和图像恢复的实验，在实验室环境下设计了针对扩展目标的相位差异散斑成像双相机实验平台。用两台外触发模式的相机同步采集焦面和指定离焦面上的短曝光图像，用变形镜构造光学系统误差，用强力热吹风机模拟大气湍流。分析了用多台相机与单台相机相比引入的不同问题，给出了多通道之间相面旋转问题的处理方法和多通道之间读出噪声不一致时的相位差异散斑法的目标函数；验证了相位差异散斑法提高图像分辨率的能力。分别用采集到的单帧，3帧，10帧图像进行PDS运算并分析结果，与基本的相位差异法相比，多帧相位差异散斑成像所恢复的图像质量有很大的提高。

为了克服大气湍流和光学成像系统像差引起的波前相位畸变，提出利用相位差异散斑法同时采集焦面和离焦面通道的单帧短曝光图像来估算波前相位畸变。结合夏克哈特曼波前探测器设计了针对扩展目标的相位差异散斑法高分辨率成像和相位估计对比实验，通过定量移动高精密平移台获得焦面和离焦面图像，并将解算的波前面形与夏克哈特曼波前探测器实测的波前面形进行对比，验证了相位差异散斑法提高图像分辨率和正确解算波前相位的能力。实验结果表明，估算的波前相位面形和夏克哈特曼实测面形趋势有较好的一致性，恢复后图像分辨率提高了12%，表明该方法是大口径光电成像系统较为理想的图像恢复技术之一。