定位型振动光纤探测主机输出的是一个巨大的传感器阵列信号，数据量大且实时性处理要求高，对数据处理提出了很高的要求。本文立足于定位型光纤周界安防系统，基于英伟达公司(NVIDIA)的统一计算设备架构( CUDA)平台对预处理算法进行图像处理器( GPU)加速。结果表明预处理算法运行在 GPU上可以达到很好的加速效果，对系统的实时性能有明显提升。

以被动式毫米波成像为应用背景, 介绍了辐射计的工作原理, 成功研制了一种带宽 35 GHz集成直接检波式辐射计原理样机, 以满足成像系统对辐射计的需求。信号由两级低噪声放大器进行放大, 再由检波器直接检波, 最后进行视频放大, 以提供足够高的信号供后端进行数据采集。放大器由两级低噪声放大器组成, 放大增益 40 dB。单独对检波器进行设计、测试, 在 75~100 GHz范围内, 该检波器电压灵敏度大于 1 000 mV/mW, 在 100~110 GHz范围内, 电压灵敏度大于 500 mV/mW。最后集成了一个整体辐射计模块, 该辐射计在 35 GHz带宽内积分时间为 0.6 ms, 温度灵敏度为 0.45 K。

制备了响应在太赫兹波段的台面型砷化镓 (GaAs)基阻挡杂质带 (BIB)探测器, 并进行了背景电流的测试分析。采用金属有机化学气相沉积 (MOCVD)工艺进行外延层生长, 能更有效地控制吸收层的掺杂浓度, 提高阻挡层的纯度。另外, 搭建了 GaAs基 BIB探测器的低温测试系统, 在3.4 K测试温度下, 对器件施加 -5~5 V偏压, 测得 300 K背景响应电流在 10-2~10-6 A量级。在低电流区, 电流随偏压增加的速率相对较快; 在高电流区, 电流随偏压增加的速率变得相对平缓。且对于相同偏压绝对值, 正偏压工作模式下的背景响应电流比负偏压工作模式下的背景电流高。基于测试结果, 重点分析了 GaAs基 BIB探测器的光电输运机理。

针对传统无线电导航定位系统中需要2个发射台进行精测定位距离的问题, 利用最小频移键控(MSK)信号谱线的特点, 可以测量接收设备与单个发射台的距离; 针对无线电定位系统受信号质量和信道环境的影响而定位精确度不高的问题, 本文对单一发射台的MSK信号频谱做平方处理, 利用2根谱线的相位差与空间传输距离的线性关系来提高定位精确度。该方法不依赖于信号的同步, 可做到盲估计巷道内的宽度。仿真结果表明, 在信噪比大于0 dB的信道环境下, 测量精确度达到150 m以内。

基于太赫兹波的大气吸收窗口, 设计了一款四级级联的太赫兹mesh带通滤波器。此滤波器的中心频率为0.25 THz, 在3 dB处带宽为0.1 THz, 在通带内的插入损耗为1.5 dB, 纹波系数小于0.5 dB, 在室温下通带内的透过率能达80%以上, 且此滤波器的中心工作频率和带宽可以通过缩放mesh槽孔的尺寸来调节。利用电磁仿真软件HFSS, 结合周期边界条件及理想匹配层吸收边界条件模拟了太赫兹mesh带通滤波器的mesh排列方式、介质衬底及不同入射角度的入射波、不同极化方式等因素对滤波器透过率、插入损耗的影响。

研究了用于空间红外相机低温光学系统的压电双晶片扫描器的低温迟滞蠕变问题。压电双晶片具有行程大，不发热，在低温下仍然能够工作等优点，然而由于压电陶瓷固有的迟滞蠕变特性，使得其扫描精度受到了较大的影响。本文在常温和低温下，对所研制的压电双晶片扫描器的迟滞和蠕变特性进行实验研究和特性对比。结果显示：尽管压电双晶片扫描器的迟滞量和蠕变量均有大幅度下降，但由于总行程的下降幅度更大，使得迟滞度和蠕变系数有较大上升; 120 K下的迟滞度约为300 K下的2倍，120 K下的蠕变系数比300 K下的上升了一个数量级。低温下压电双晶片扫描器的迟滞和蠕变特性相比常温下更加严重，这给其在低温下的高精度应用带来了更大的影响。

斯特林制冷机的电磁兼容性问题是导致红外凝视相机探测性能下降的一个重要原因。对斯特林制冷机的电磁干扰进行研究，在此基础上进行了电磁兼容性设计，减小了电磁辐射干扰，提高了凝视相机的探测性能，对于红外探测器意义重大。通过制冷机改进之后的图像信噪比验证了设计的成功。

线扩展函数测试是光学成像系统成像质量评价中最重要的一部分，线扩展函数测量精度的高低直接影响到系统调制传递函数(MTF)曲线的测量精度。为了提高线扩展函数的测量精度，提出了一种基于几何投影的线扩展函数测试算法。从算法的原理分析入手，通过感兴趣区域(ROI)截取、狭缝确认及投影计算，拟合得到线扩展函数曲线。用中波红外探测器对黑体背景下的狭缝成像来对算法进行验证，与传统横狭缝测线扩展函数的方法进行对比，分析非均匀性噪声对测量结果的影响，最后对算法的误差来源进行了分析。结果表明，本算法提高了线扩展函数的测量精度，影响测量误差的主要因素是成像系统的信噪比。

传导发射测试是红外成像系统必须通过的一项电磁兼容性测试。在研制阶段进行实验室内部的诊断性传导测试，将使得红外成像系统更容易满足电磁兼容标准要求，从而缩短了研发周期，提高了系统探测率。而漏电保护是红外成像系统实验室做传导测试所面临的首要问题。分析了红外成像系统实验室中传导测试使用LISN 引起漏电保护的原因，并针对红外成像系统的特点提出了两种新的LISN设计方案，并在仿真中验证了设计的合理性，解决了红外成像系统实验室中做诊断性的传导测量引起的漏电保护问题。

详细讨论了三反射式光学系统的设计方法,从初级像差理论出发推导出了三反射式系统初始结构的计算公式,并且得出了系统结构形式与其基本结构参数和焦距之间的关系。通过设计实例讨论了不同的三反射式光学系统的特点及其应用。设计了大视场、小F数且实现衍射极限成像的Cook-TMA光学系统和有利于杂散光抑制、小F数且实现衍射极限成像的Rug -TMA光学系统。