滤波是机载激光雷达点云数据处理的关键步骤之一，形态学滤波算法作为一种经典有效的机载激光雷达点云滤波算法受到广泛使用。针对大多数形态学滤波算法地形特征保留不佳、滤波效果不好的问题，提出一种基于薄板样条多级插值的形态学滤波算法。该算法结合形态学开运算滤波窗口不断减小的特点，采用薄板样条插值在不同尺寸的窗口下进行处理，此过程由上往下迭代进行，直至窗口大小小于设定的最小滤波窗口尺寸。采用国际摄影测量与遥感协会提供的测试数据集进行实验，结果表明，所提算法精度有明显提高，在建筑物或山坡等地区的滤波效果尤为突出，有效保留了地形特征。

针对无先验知识下, 混合二进制协议数据帧难以识别分离的问题, 提出了一种基于联合高斯混合模型 (GMM)和自编码器的聚类方法。对于捕获到的未知二进制数据帧, 首先通过栈式自编码器对其进行降维提取特征, 并根据相应判别准则获取最佳聚类个数, 最后使用改进了代价函数的自编码器对二进制数据帧进一步训练以提高聚类准确率。实验表明, 该方法对网络二进制协议数据帧识别的准确率达到 94%以上。

为了进一步揭示空心阴极放电中放电模式的转换机制, 特别是空心阴极放电过程中自脉冲的形成机理, 利用柱型空心阴极放电结构, 在空气环境下研究了放电处于不同模式时的发光特性。 测量得到了不同放电模式下的伏安特性曲线、 放电发光图像、 自脉冲阶段的脉冲波形等。 实验结果表明随着放电电流的增加放电分为汤生放电模式、 自脉冲放电模式、 正常辉光放电模式和反常辉光放电模式。 虽然所用电源为直流电源, 但在自脉冲放电阶段电流和电压随时间呈周期性变化。 实验结果表明在不同的放电模式下具有不同的发光特性。 在由汤生放电转换为自脉冲放电模式和由自脉冲模式转换为正常辉光放电模式过程中, 放电腔的径向中心处和轴向孔口附近均存在光强的突变。 实验同时在200～700 nm范围内测量得到了不同电流时的发射光谱。 结果表明发射光谱主要集中在330～450 nm, 主要包括氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg )和氮分子离子的第一负带系(B2Σ+u→X2Σ+g)。 其中氮分子离子第一负带系具有较强的发射光谱。 由于B2Σ+u激发电位较高, 因此该谱带较强发射光谱的存在表明空心阴极放电较其他放电形式更容易获得高激发态粒子和高能量电子。 在650～700 nm附近存在一弱的发光谱带, 主要为氮分子的第一正带发射谱(B3Πg→A3Σ+u)。 在此基础上根据双原子光谱发射理论, 结合氮分子第二正带系的三组顺序组带: Δν=-1, -2和-3, 利用玻尔兹曼斜率法计算得到了不同放电模式下氮气的分子振动温度。 结果表明在实验电流范围内分子振动温度在3 300 K左右, 随着电流的增加而升高, 并且在自脉冲消失时存在一突变迅速增强。 由于电子能量、 电子密度与分子振动温度密切相关, 因此该结果也表明随着放电电流的增加电子平均能量和电子密度不断增加, 当脉冲消失时, 电子平均能量和电子密度出现跃变升高。 最后, 对空心阴极放电中自脉冲的形成机理进行了讨论, 结果表明自脉冲放电源于放电模式的转换。

利用脉冲触发信号在半导体中产生非平衡态载流子的方式，提出一种使用太赫兹连续源和超快速响应探头测量半导体少数载流子寿命的方法，用于表征半导体的瞬态载流子动力学过程。根据上述设计原理及思路，以泵浦光作为周期性激励信号，搭建出一套工作时间窗口为纳秒到秒量级，时间精度在纳秒量级的非接触式半导体少数载流子寿命测量系统，具有装置简单、操作方便、成本低廉等优点。使用搭建的系统对不同掺杂类型、不同掺杂浓度、不同厚度单晶硅的非平衡态少数载流子寿命进行测量。最后，通过改变泵浦光单脉冲能量，对单晶硅光生载流子寿命进行测量，结果表明单晶硅少数载流子寿命随着泵光能量的增大而变长。该系统所实现的宽工作窗口、高时间精度太赫兹快速过程的探测，可应用于太赫兹领域的快速成像和快速生物响应探测。

设计了一款用于激光雷达的CMOS单光子飞行时间图像传感器.该传感器集成了16个结构优化的单光子雪崩二极管像素和一个双计数器结构的13-bit时间数字转换器电路.每个像素单元包括一个新型的主动淬灭-恢复电路.该设计通过优化器件的保护环来降低器件的暗噪声; 带有反馈回路的主动淬灭-恢复电路用于降低死时间; 时间数字转换器采用双计数器结构来避免计数器的亚稳态导致的计数错误.基于CMOS 180 nm标准工艺制作了该传感器.测试结果表明：在1 V的过偏压下, 单光子雪崩二极管列阵的中值暗计数率为8 kHz; 在550 nm波长光照下探测效率最高, 为18%; 设计的主动淬灭-恢复电路将死时间有效降低至8 ns; 时间数字转换器的分辨率为416 ps, 帮助整个系统实现厘米级距离分辨率.该传感器在0.5 m距离下实现了空间分辨率为320×160的深度图像, 其测距的最大非线性误差为1.9%, 准确度为3.8%.

利用流体模型模拟研究了氦气空心阴极放电的时空动力学过程, 计算得到了不同放电时刻电子和亚稳态氦原子密度、电势、电场、基态电离速率和分步电离速率等的时空分布特性。特别是讨论了亚稳态原子和分步电离对于放电的影响。结果表明, 随着电流的增长, 放电处于五个不同的放电模式: 第一阶段电流上升非常缓慢, 为汤生放电模式, 带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场均很弱; 第二阶段电流迅速上升, 放电模式由汤生放电向空心阴极放电过渡, 带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场迅速增强; 第三阶段达到准稳态阶段, 放电电流增长速度变缓, 形成了明显的阴极鞘层结构; 第四阶段为空心阴极效应形成阶段, 向稳态阶段过渡; 第五阶段为稳态放电阶段。研究结果同时表明, 亚稳态氦原子和分步电离在放电的初始阶段对于放电的发展作用较弱, 在前三阶段中, 电子的产生以基态电离为主。随着放电的发展, 由亚稳态原子引起的分步电离对新的电子产生的作用逐渐接近并超过基态电离, 对总电离的贡献率越来越高。

为实现面阵相机对沿轨方向长条带区域一定重叠率的推凝视成像, 设计了高分辨 CMOS传感器的钟摆式搜索成像模型.通过长条带逐层区域划分和成像重叠率渐近变化构建, 计算了钟摆式搜索成像参量和卫星实时推凝指向姿态, 并利用多次小幅逼近的PD控制器分析了搜索成像姿态控制精度与成像像移失配量.利用高分CMOS原理样机和小卫星姿控仿真平台对P5型曲面LED靶标系统进行地面等比缩放的长条带钟摆式搜索成像仿真试验.结果表明: 帧间重叠率大于85%的钟摆式搜索成像比全凝视成像区域扩大了4倍;控制周期为10 Hz时,其姿态控制精度优于0.05°, 姿态稳定度优于0.003°/s, 搜索成像对应的图像传递函数能够达到0.141 1.

目前光学遥感器向着大口径、宽视场的趋势发展, 随着遥感器口径和视场的不断增大, 需要与之对应的定标设备来满足其全口径全视场的定标要求。为此, 研制了一套超大口径(3.2 m)均匀光源系统。首先基于积分球理论和黑体普朗克理论设计出口光谱辐射亮度, 并利用LightTools软件对出口均匀性和朗伯特性进行内置光源分布仿真设计。然后针对超大口径均匀光源辐射性能测试存在的问题, 研制了一套基于阵列探测器的辐射性能测试装置, 并应用校正算法进行一致性校正。最后利用新研制的设备对超大口径均匀光源进行测试实验, 并对测试不确定度进行分析。结果显示：0.8 m口径光源的光谱辐射亮度大于600 W·m-2·sr-1, 3.2 m口径光源的均匀性优于98.362%, 中心点±45°范围内朗伯特性优于98.810%, 数据表明新研制的超大口径均匀光源满足设计要求。

为实现高分视频卫星微光条件下对目标进行长周期凝视曝光成像, 设计了适应凝视跟踪稳像姿态变化的自适应曝光周期算法.建立卫星对地实时凝视跟踪数学模型, 搭建矢量映射的速度匹配曝光成像关系, 利用蒙特卡洛方法对卫星三轴姿态角和姿态角速度控制准确度在微光成像曝光时间内引起的像移量进行统计计算, 分析了一定姿态控制准确度下满足高分卫星微光成像的曝光周期.最后, 利用灵巧验证卫星进行微光成像曝光周期自适应稳像姿态的在轨试验.结果表明, 卫星姿态控制准确度分别为0.08°与0.0088°/s和0.04°与0.003°/s时, 对应的成像曝光时间分别为18 ms和55.2 ms, 通过对微光成像的目标点进行分析, 曝光过程中成像目标点的实际偏差像元量小于1个像元, 此偏差对成像质量影响较小, 成像影像的信噪比高.