为分析粗糙表面参数对激光散斑统计特性的影响规律,需研究激光散斑与目标材料间的映射关系。通过计算机模拟了具有不同均方根粗糙度、相关长度、偏度、峰度特性组合的随机粗糙表面,并基于激光散斑场的理论模型对由这些随机表面生成的激光散斑图案进行了分析与处理。结果表明,各项表面特征参数均会对激光散斑场统计特性产生影响,且不同表面参数组合下形成的激光散斑场表现出了极大的特异性。因此,所研究的激光散斑统计特征或可作为区分材料表面的有效信息在未来加以利用。

散射相函数是研究气溶胶中光传输特性的一个重要参量。对比了大气辐射传输中的蒙特卡罗仿真常用的4种近似散射相函数, 针对二项Henyey-Greenstein(TTHG)相函数的参数不易确定的问题, 提出了一种基于粒子群优化的TTHG散射相函数, 该函数可以很好地拟合Mie散射相函数, 尤其是在大于90°的后向散射方向效果更加明显。相比于HG、HG*、RHG等相函数, 文中提出的相函数可以更好地逼近实际散射情况, 得到更精确的蒙特卡罗仿真结果。

阐述了光电混频技术的基本原理。基于独立光电器件和组合光电器件两种实现途径,追踪并归纳了光电混频技术的研究进展。受微波光子变频技术的启发,提出了一种基于体型电光调制器的光电混频方法。该方法使用电光调制器在光场进行混频解调,后端采用高分辨率、低成本的图像传感器,突破了阵列尺寸对图像分辨率的限制,具有高能量利用率、高信噪比的优势。

为减小传统激光测距方法中复杂电路系统对脉冲计时或相位比较引起的测距误差, 针对偏振调制激光测距技术, 利用电光调制器中晶体折射率随施加电场线性变化的特性, 将待测物体反射的光脉冲调制成时间的函数, 通过所得偏振光两个垂直方向上的光强比值求解待测距离。在研究其测距原理、距离方程及误差分析的基础上, 推得文中测距方法所能达到理论测距精度的表达式,并分析调制过程中正弦、锯齿、指数三种调制函数对测距精度的影响, 在相同距离范围内, 锯齿函数具有更好的适用性, 正弦函数与指数函数的组合函数具有更高的测距精度。进一步分析正弦函数不同波段对测距精度的影响可知, 采用-?仔/6~?仔/6波段调制时其适用性及测距精度都有很大提高。研究结果对提高偏振调制激光测距精度具有重要意义。

无扫描激光三维成像雷达具有体积小、质量轻、高分辨率、高精度和对动态目标无失真成像等优点, 目前已成为许多国家研究的重点和热点。本文阐述了闪光式、光子计数、增益调制型等7种无扫描激光三维成像雷达体制和距离选通成像技术的基本原理, 追踪并归纳了其研究进展, 对比分析了各体制的技术优劣, 并从核心器件角度分析了发展趋势。结论如下: 采用2D传感器在光学层面进行时间信息转换实现三维成像的方法具有高分辨率、高能量利用率和高信噪比等特点, 在航天、测绘、**、民用等领域具有突出优势和应用前景。

针对空间高轨目标、微纳卫星等点目标姿态信息难以获取的问题，跟踪了国内外基于光度数据反演目标特征信息的最新动态，分析了目前基于光度数据姿态反演的主要方法及特点。分析结果表明，基于非线性滤波的姿态反演方法能够高精度地反演目标姿态，近实时地解决目标稳定以及机动状态的姿态反演问题，是未来姿态反演的主要方向。在此基础上，进一步剖析了非线性滤波姿态反演需要突破的关键问题，包括形状模型反演、双向反射分布函数模型选取和参数确定以及非线性滤波算法的讨论。

针对光度曲线的特点将光谱领域曲线匹配算法应用至光度学领域，解决了基于光度曲线特征规律卫星形状反演方法的算法需求。介绍了反演方法的主要原理，通过融合角匹配(SAM)算法和信息散度(SID)算法，设计了联合信息匹配(SAM-SID)算法，确定了阈值，使曲线匹配的成功率大于93%。最后利用兴隆观测站的实测数据验证了算法的适用性与稳健性。实验结果表明，SAM-SID算法成功匹配出了SAM算法和SID算法都未能匹配出的圆柱体卫星，适用于球体、圆柱体以及立方体卫星的形状反演，且较SAM算法和SID算法结果更加直观，适用性和稳健性更强。