作为一种仙人掌科植物, 火龙果植株无叶, 主要依靠肉质茎进行光合作用、 蒸腾作用等生理功能, 火龙果的肉质茎与常见绿叶类植物叶片在组织结构、 形态等方面存在明显差异, 且二者在植株冠层结构方面也存在明显差异, 该差异会直接影响植株冠层光谱特征, 进而影响基于与光谱技术的光合色素监测。 为探寻提升火龙果茎枝叶绿素含量估测精度的方法, 研究以贵州省罗甸县龙坪镇烟山火龙果种植基地为试验区, 先采集火龙果茎枝光谱及光谱测定部位的组织, 并采用乙醇萃取法测定此组织的叶绿素含量, 然后选用传统数学变换、 连续小波变换、 离散小波变换、 离散小波-微分变换方法分别处理分析光谱数据, 并采用相关性分析算法提取、 筛选敏感特征波段, 最后选用偏最小二乘算法构建火龙果茎枝叶绿素含量估测模型, 分析结果如下: （1）采用离散小波-微分变换算法, 高频信息与低频信息的峰、 谷交替依次呈现, 且可用信息分部具有较强的稳定性, 可用信息随尺度的增加, 曲线振幅加大、 频率降低。 （2）数学变换内的微分变换、 连续小波变换、 离散小波变换与离散小波-微分变换方法均能明显提升光谱对火龙果茎枝叶绿素含量的敏感性, 其中以离散小波-微分变换方法最优, 经处理后光谱与火龙果茎枝叶绿素含量的决定系数最高可达0.565（位于H1分解尺度737.5 nm处）。 （3）离散小波-微分变换最能有效提升光谱对火龙果茎枝叶绿素含量的估测能力, 并且基于离散小波-微分变换H2尺度构建的估测模型为最优模型, 其验证精度的R2=0.769, RMSE=0.040, RPD=1.739。 研究分析了四类光谱处理算法在提升光谱对火龙果茎枝叶绿素含量敏感性与估测能力方面的效果, 表明离散小波-微分变换算法能有效提升光谱对火龙果茎枝叶绿素含量的估测能力, 为火龙果茎枝叶绿素含量的无损估测提供了基础技术支撑。

为从土壤光谱中提取土壤有机质的光谱响应信息, 提升土壤有机质含量诊断精度与可靠性, 以潮土有机质含量为研究对象, 以北京市区域的96个耕层土壤参数与高光谱数据为数据源开展研究分析; 先采用二进制小波技术将土壤光谱数据分离为5个尺度的高频数据与低频数据, 再将低频数据、 高频数据分别与土壤有机质实测数据进行相关性分析, 提取最佳波段组合, 构建有机质含量诊断模型。 结果表明: （1）二进制小波技术可抑制噪声对高频信息的干扰, 能有效提升光谱对土壤有机质含量的敏感性, 进而提升有机质含量的诊断精度与可靠性; （2）在二进制小波技术下, 高频信息对有机质含量的诊断能力明显优于低频信息, 低频信息对土壤有机质含量的诊断能力随尺度增加而降低, 高频信息随尺度增加呈先提升而后降低的趋势; （3）与数学方法相比, 基于二进制小波变换算法构建的模型精度较高, 稳定性较好, 其最优模型的预测精度提高了315%, 可靠性增加了105%。

以河北省廊坊市永清县整个县域为研究区，以GF1-WFV 16 m分辨率影像为数据源，选取覆盖作物完整生长期多个时相的影像数据，构建作物归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)时间序列。通过对研究区NDVI曲线的分析，发现利用该数据构建的NDVI时间序列可描述研究区作物的生长特性，体现当地不同作物的物候差异，能有效地区分出当地的种植模式。选取NDVI曲线上最大值、最小值、峰值的出现时间、峰值数量和阈值等特征参数构建决策树。根据研究区的物候历和对当地种植结构的调查，利用最佳时相的影像，针对某一种或特定几种作物进行分类提取。分别采用决策树分类、神经网络分类等方法进行精度验证，综合比较得出最佳的作物分类方法。研究结果表明，在永清县这一县域研究区，利用GF1-WFV 16 m分辨率多时相遥感数据进行作物分类，采用决策树分类、神经网络分类两种方法的精度分别为72.0729%、87.3%。利用决策树分类的效果最优。

以北京地区的96个潮土土样的有机质含量为研究对象， 以传统光谱变换为参照， 研究分析传统光谱变换与连续小波的耦合在估测土壤有机质含量的可行性； 首先采用传统光谱变换与连续小波处理土壤光谱数据， 然后将处理后的光谱数据与土壤有机质含量进行相关性分析， 提取敏感波段， 并采用偏最小二乘法构建土壤有机质含量估测模型。 结果表明： 耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可大幅提升光谱对有机质含量的敏感性， 其相关系数R2最高可达0.714， 这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可深入挖掘光谱内的有益信息； 与传统光谱变换技术相比， 基于耦合传统光谱变换技术与连续小波技术构建的模型精度更高， 稳定性更好， 其中以微分变换构建的模型最优， 其R2=0.772， RMSE=0.223， 这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可有效压制噪声的负面影响， 提升光谱的稳定性。

基于纤芯失配理论，提出了一种多模单模多模（MSM）结构与光纤布拉格光栅（FBG）级联实现温度和应变同时测量的光纤传感器。利用MSM结构的干涉谱和FBG对温度和应变的不同响应灵敏度，实现了对温度、应变的同时测量。实验结果表明，在20 ℃~80 ℃的温度范围内，MSM结构的干涉谱和FBG的温度灵敏度分别为0.091 nm/℃和0.0102 nm/℃；在0～650 με的应变范围内，应变灵敏度分别为 -0.0013 nm/με和0.0012 nm/με。因此利用敏感矩阵，即可实现对温度和应变的同时测量，且温度和应变的最大测量误差分别为±0.2 ℃和±8.25 με。该结构灵敏度高，结构简单，且不易受电磁等干扰，实验结果具有良好的线性度，在工程领域应用前景良好。

基于多模干涉理论和长周期光纤光栅(LPFG)的传感特性，提出了一种单模多模单模(SMS)结构与LPFG级联的光纤传感器，实现了温度和折射率的同时测量。实验结果表明，SMS结构的干涉谱和LPFG对温度和折射率具有不同响应灵敏度，其温度灵敏度分别为0.017 nm/℃和0.060 nm/℃；SMS结构对折射率不敏感，而LPFG的折射率灵敏度为-35.60 nm/RIU(RIU为折射率单位)。因此利用敏感矩阵，实现对温度和折射率的同时测量，得到温度和折射率的最大测量误差分别为±0.59 ℃和±0.0013。该结构灵敏度高、结构简单，且不易受电磁等干扰。实验结果具有良好的线性度，在生物化学领域应用前景良好。

利用单模光纤(SMF)中的包层模与纤芯导模之间的干涉，提出了一种基于多模-单模-多模(MSM)结构与布拉格光栅(FBG)级联可同时测量温度和折射率的传感器。基于MSM结构的干涉谱和FBG的透射峰对温度和折射率具有不同响应灵敏度的特点，利用敏感矩阵实现了对温度和折射率的同时测量。实验测得MSM结构和FBG的温度灵敏度分别为0.055 2 nm/℃和0.015 8 nm/℃，MSM结构的折射率灵敏度为109.702 nm/RIU，而FBG对折射率变化不敏感。温度和折射率的测量精度分别为 ±0.32 ℃和± 0.002 3。实验显示提出的MSM结构的温度灵敏度比单模-多模-单模(SMS)结构传感器提高了5倍，同时由于SMF中的包层模对外界环境的变化较敏感，该MSM结构也可应用于其他传感领域。

提出了一种基于相移光栅（PSG）的多波长掺铒光纤激光器的结构。在该结构中，使用双相移点相移光栅作为波长选择器件，该光栅是在普通布拉格光栅上插入两个相移点而形成的。以980 nm的激光二极管(LD)作为抽运源，通过调整偏振控制器（PC），在室温下得到了稳定的三波长激光输出。通过连续25 min的观察，观测到输出波长的峰值波动范围小于0.6 dB。研究了相移光栅激光器的温度特性，通过设置不同的温度（25 ℃~85 ℃），实现了此类基于相移光栅激光器的微调谐。该掺铒光纤激光器可同时输出多个稳定的波长，因此可应用于多波长干涉测量以及全光通信等领域中。

窄线宽半导体激光器广泛应用于雷达和传感等领域，因此窄线宽激光器的研究具有十分重要的意义。设计采用了电反馈的结构，从激光器发射出来的光经过一个专门设计的频率鉴别器，来稳定激光器的中心波长。光电探测器将频率鉴别器发射出来的光转化成电流，与激光器内部探测器的电信号比较，比较之后的差值反馈到激光器将激光器的线宽锁定在环路带宽范围内；从而将激光器线宽由原始的0.5 nm降低到0.08 nm。

提出了一种基于光纤干涉原理的同时测量温度和应变的传感器，通过在Lyot滤波器(LFF)中熔接一段长周期光纤光栅(LPFG)构成。其中LFF由在起偏器(PL1)和检偏器(PL2)中嵌入一段保偏光纤(PMF)构成。实验结果表明，LFF的干涉谱和LPFG的谐振峰对温度和应变有不同的响应灵敏度，因此可利用敏感矩阵实现对温度和应变的同时测量。实验测得LFF和LPFG的温度灵敏度分别为-1.3173 nm/℃和0.0604 nm/℃，应变灵敏度分别为-0.0185 nm/με和-0.0004 nm/με。温度和应变的测量精度分别为±1 ℃和±25 με。该系统采用线性结构，结构简单、易于实现，具有较高的灵敏度和稳定性，同时测量结果具有良好的线性度。