空间科学仪器广泛使用基于四象限光电探测器的太阳导行镜指向跟踪系统来实现对日精确指向控制。为满足对日指向高精度高稳定性需求，提出面向空间应用的四象限光电探测器筛选方法，研制针对四象限光电探测器的筛选系统。通过对比筛选试验前后四象限探测器的暗电流、响应度及象限响应度均匀性等参数变化，依据判别准则分析探测器的空间环境适应性，剔除可能存在的早期失效或性能差异变化较大的探测器。试验结果表明：研制的筛选系统具有高准确度，系统前端等效输入电流噪声为 0.58 fArms，通过筛选试验后依据评估标准最终优选的四象限光电探测器各通道暗电流绝对值最大值为 6.08 pA，各通道的响应度变化最大值为 0.716%，各象限响应度非一致性筛选前后变化最大值为 1.24%。最终将该四象限探测器应用至太阳导行镜指向跟踪系统上，满足航天环境条件的使用要求。该筛选装置及筛选方法可实现对面向空间应用的四象限光电探测器的筛选，且对其他光电器件筛选具有借鉴意义。

向列相液晶可变相位延迟器(LCVR)已逐渐成为空间偏振调制仪器的研究热点，然而，国内没有液晶器件在空间使用的经验，液晶器件在各种空间环境下的适应性如何尚未可知。因此，本团队设计了一套星载向列相液晶相位延迟测试系统，该系统不仅可以在地面的空间力、热模拟环境中测试LCVR的关键性能，还可以搭载在卫星上对LCVR的相位延迟稳定性进行在轨验证。本文首先阐述了LCVR相位延迟的测量方法并实现了光机电系统的优化设计，在此基础上，研究了LCVR在空间力、热模拟环境中的电光性能。研究结果表明：力学试验前后，LCVR的电光性能未发生明显变化；在热试验中，LCVR的相位延迟-电压曲线的稳定性在0.185°以内。本次试验发现LCVR的相位延迟-电压曲线随环境温度呈线性变化，该结果为未来星上数据校准提供了数据支持。最后，在长达9个月的不间断运行测试中，LCVR的相位延迟-电压曲线长周期变化小于1°，标准偏差为0.27°。这表明该液晶试验仪长周期工作性能良好，可以满足在轨测试需求。

为满足红外探测系统无热化、高质量成像的需求,在非球面硫系玻璃基底制备3.7~4.8 μm波段增透膜。根据试验要求选取黏结层材料,提高基板与薄膜之间的附着力;利用有限元分析法通过多物理场仿真软件,将温度场与热应力场相结合建立三维模型,分析非球面薄膜的应力分布情况。根据模拟结果对沉积工艺进行优化,采用温度梯度烘烤法降低硫系玻璃基底的热应力,并采用真空原位退火法释放沉积薄膜的应力,解决非球面镜的脱膜问题。所制备的薄膜可以通过MIL-C-48497A标准中的附着力、湿度、中度摩擦等测试,并在3.7~4.8 μm波段的平均透过率为99.12%,满足红外探测系统的指标要求。

从图像复杂度的角度，提出一种一维对象复杂度的灰度图像分割算法。用阈值将灰度图像分为背景与目标2类，统计其对应直方图与总像素个数，并计算对象复杂度；依据图像复杂度分割准则算法公式，遍历每一灰度级对应的图像复杂度值，选取图像复杂度值最小对应的灰度值为最佳分割阈值。仿真实验结果表明，与经典Otsu算法、信息最大熵算法和最小交叉熵算法相比，本文算法速度快，稳定性和效率最好，是一种通用有效的图像分割算法。

太阳是地球能量的主要来源, 太阳活动和变化对地球影响极大。为了满足天文学家对太阳观测和研究的需求, 设计一种新型Lyman α和可见光双波段内掩式日冕仪(SCI日冕仪), 能够在121.6 nm和700 nm两个波段同时对日冕进行高分辨率成像观测。根据太阳在121.6 nm和700 nm日面与日冕的辐射特性确定仪器的参数, 给出了日冕仪的初始结构, 建立评价函数对初始结构进行优化。分析了日冕仪光学系统的成像性能和各个光学元件产生杂散光对成像性能的影响, 确定影响系统杂散光抑制水平的主要光学元件和机械结构, 提出了对光学元件表面粗糙度的要求, 给出了里奥光阑的位置和通光口径。还设计了日冕仪光学反射镜和光学分色镜的膜系结构, 实现了对内日冕在121.6 nm和700 nm两个波段的同时成像。实验结果表明: SCI日冕仪视场覆盖1.1~25个太阳半径(Rs, 取1 Rs=0.267°), 空间分辨率优于4.8″, 杂散光抑制水平在1.1Rs处优于10-6量级, 在2.5Rs处优于10-8量级, 满足观测需求。

传统的跳角测量方法存在测量效率低、误差大、实用性差、测量范围窄等问题。针对这些问题,提出一种基于改进最小二乘法的火炮跳角测量方法。该方法采用改进圆拟合算法检测炮口图像的中心位置,并在双目摄像机的标定下得出火炮射击目标点的坐标位置,将炮口图像中心位置瞄准火炮射击目标后实弹射击。在数据处理中,计算得出火炮射击初速度矢量的方向,结合炮口图像中心位置与射击目标的瞄准方向,最终得出火炮跳角的实际测量值。实验结果表明,改进算法包含的参数少,目标函数简单,计算复杂度低,在缩短计算时间的同时还提高了炮口图像中心定位的精确度。测量结果显示,跳角实测值精度误差在0.5'之内,验证了跳角测量系统的准确性。

目前在光谱成像领域建立由空间分辨力的量化测量方法, 但在探测器分辨能力不足时, 其存在测量时成像位置不同带来测量结果不同的现象。本文提出了一种适用于面阵成像光谱相机空间分辨力的精密测量方法, 其基于黑白线对在精密平移下的光谱图像, 绘制出单个像素的灰度随位移的变化曲线, 理论上通过曲线的分割可获得各种可能成像位置下灰度随像素的分布结果, 在实际操作时可仅通过一种曲线分割取点, 直接得到各成像位置均能分辨的线对密度值。该方法有效地避免了现有方法在探测器分辨能力不足时的缺陷, 通过对一台面成像光谱相机的实验测量验证了其可行性。

为了解决传统复原算法在退化图像复原过程中过度依赖先验知识弊端, 提出利用BP神经网络学习和泛化能力强的优点进行退化图像复原研究。首先, 采用BP神经网络进行退化图像的复原研究。然后, 针对BP神经网络在学习过程中由于对网络初始值的过度依赖导致网络收敛速度慢、易于陷入局部极小值的缺点。提出利用灰狼优化算法的全局搜索能力对BP神经网络的初始参数进行优化, 并利用改进收敛因子与动态权重指导种群移动的方式对灰狼算法进行改进。实验表明, 本文提出的改进灰狼算法优化BP神经网络复原方法与维纳滤波算法、L-R复原算法、BP神经网络和PSO-BP神经网络等复原方式相比, 收敛速度和复原精度方面得到大幅度提高, 在客观的评价标准结构相似度与峰值信噪比方面都获得较好的数值结果。