舰船航行时庞大躯身及上层建筑会对船体周边的大气流场分布产生较大的干扰, 应用激光测风雷达获取舰船周边大气流场高时空分辨信息, 能提升舰船航空飞行器在高海况条件下的安全起降能力。对舰船载激光测风雷达在海洋环境工作应用模式及数据需求等进行分析, 并介绍了船载激光测风雷达工作原理及国内外发展情况, 分析了雷达的相关关键技术, 最后对船载3维高时空分辨风场测量技术的发展趋势进行了展望。

采集新疆渭干河-库车河典型绿洲96个表层土样,测量其光谱反射率和土壤有机碳(SOC)含量,采用分数阶微分技术(阶数的取值范围为0~2,步长为0.2)结合极限学习机、随机森林、多元自适应回归样条函数、弹性网络回归和梯度提升回归树(GBRT)5种机器学习算法,并对SOC含量进行高精度估算。实验结果表明:分数阶微分的预处理效果优于整数阶微分;特定波段处相关性得到明显提高,最大相关性提高了0.220;作为集成学习的GBRT(验证集中决定系数为0.878,相对分析误差为3.142)在不同阶数下均优于其他模型,建议使用基于1.6阶光谱反射率的GBRT估测干旱区绿洲SOC含量。总之,基于可见光-近红外(VIS-NIR)结合分数阶微分技术与机器学习算法,为提高估测干旱区绿洲SOC含量的模型精度提出新方案。

准确估算土壤含水量(SMC),对干旱区的精准农业、水资源管理具有重要意义。针对传统估算方法和野外测量耗时、费力的问题,通过无人机平台获取新疆阜康市冬小麦样地的高光谱影像数据,分别利用一阶导数、二阶导数、吸光度、吸光度一阶导数(FDA)、吸光度二阶导数对原始高光谱数据进行预处理;采用随机森林(RF)、梯度提升回归树(GBRT)和极端梯度提升(XGBoost)三种算法进行特征变量重要性遴选,基于地理加权回归(GWR)建立模型。结果表明:FDA的预处理效果最佳,以FDA-GBRT为基础的模型效果最优,建模集与验证集的决定系数(R2)分别为0.890、0.891,四分位数间隔为3.490;GBRT算法相较于RF和XGBoost算法优势较为突出,多数模型建模集与验证集的R2均大于0.600;GWR模型对SMC的预测建模有效,可为干旱区农业生态系统的管理与保护提供理论支撑。

利用高温熔融法制备了不同Li+含量的掺杂Yb3+、Tm3+的硅酸盐玻璃样品, 玻璃样品在980 nm半导体激光器的泵浦下能够产生477 nm的蓝光和654 nm的红光。由上转换的荧光强度和泵浦功率的双对数拟合直线得到, 添加Li+能够增加上转换过程中Tm3+向上跃迁的几率, Tm3+的3F2和1G4能级的粒子数布居增加, 从而提高辐射跃迁的几率。红外光谱和拉曼光谱表明Li+的添加对玻璃基质的声子能量影响不大, 却使得声子态密度减小, 使上转换效率提高, 从而提高Yb3+、Tm3+在硅酸盐玻璃中的发光强度。

采用高温熔融法制备了掺杂不同比例Yb3+和Tm3+的硅酸盐玻璃。吸收光谱表明,Yb3+和Tm3+在300～1 100 nm的吸收过程彼此不干扰。研究了玻璃样品在980 nm LD泵浦下的上转换发光行为,结果表明：Yb3+/Tm3+在477 nm（1G4→3H6）发射强烈的上转换蓝光,在654 nm（1G4→3F4）发射较弱的红光,在795 nm（3H4→3H6）发射微弱的红外光。提高Yb3+的比例均能够提高477 nm蓝光、654 nm红光和795 nm红外光的发射强度。研究分析了上转换发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,结果表明上转换蓝光和红光发射均为三个光子过程,红外光发射为两个光子过程。分析了Yb3+、Tm3+在硅酸盐玻璃中上转换发光的机制。

为了探索怀特池在不同特性光源条件下的性能,在使用虚拟仪器技术对怀特池反射光程进行仿真的基础上,研究了提高反射次数的一般规律和方法,同时特别研究了具有一定发散角的光束在怀特池中反射的模型,提出了光束直径及发散角与反射次数之间的关系,该关系可用于指导非激光光源的怀特池应用。仿真结果证明,光束直径和发散角越小,可达到的最高反射次数越多,实验也证明了这一点。

为了将激光多普勒测速技术应用于野外流体速度测量，设计了一种基于双光束模式的激光多普勒测速光学系统，采用光纤耦合半导体激光器作为光源，通过保偏光纤耦合器、保偏光纤准直器以及非球面透镜来实现激光的分束、准直与聚焦，形成干涉条纹，并利用接收透镜、针孔光阑以及雪崩光电二极管检测多普勒信号光。结果表明，所设计的光学系统的空间分辨率为0.046mm3，理论测量误差小于0.59%。系统体积小、装配方便、易携带，适合于野外流体速度测量。

采用无水乙醇低温冷却Yb:YAG片状放大器结构，验证温度对准三能级结构Yb:YAG晶体自吸收的影响。详细研究了放大器在不同条件下的放大性能。在光抽运能量为2.17 J时，单通双程的小信号增益在低温(213 K)下可达3倍；采用双通四程放大结构，小信号增益提高到9倍，获得了单脉冲能量60 mJ的信号光输出。

利用ASD便携式野外光谱仪和SPAD-502叶绿素计实测了落叶阔叶树法国梧桐、 毛白杨叶片的高光谱反射率与叶片绿度, 建立了10个常见植被指数叶绿素含量估算模型, 并采用相关系数较大波段作为BP人工神经网络模型(ANN-BP)的输入变量进行了叶绿素含量的估算, 将自适应神经模糊推理系统(ANFIS)应用到植被叶绿素含量高光谱反演中。 结果表明： 10个常见植被指数中归一化植被指数可以较为精确反演叶绿素含量, 法国梧桐、 毛白杨归一化植被指数回归模型确定性系数R2分别为0.795 7和0.754 6, 法国梧桐、 毛白杨ANN-BP预测值与实测值之间的线性回归的确定性系数R2分别为0.935 2和0.917 1, ANFIS可以大大提高反演精度, 法国梧桐、 毛白杨预测值与实测值之间的线性回归的确定性系数R2分别为0.999 8和0.995 6, 是一种良好的植被叶绿素含量高光谱反演模式。

空间外热流是影响大气层外弹道式目标红外辐射特性的重要因素，其计算方法产生的精度将直接决定大气层外弹道式目标红外辐射特性计算结果的精度。分别用简化和精细两种模型计算了大气层外弹道式目标的温度场、目标红外辐射分布，对比分析了自转和不自转条件下，两种模型在计算结果上的差异。计算结果表明两种模型在目标接收地球辐射和反照加热的计算上存在不一致，精细模型计算所需时间远大于简化模型计算所需时间。