针对从基于压缩超快成像（Compressed Ultrafast Photography，CUP）的任意反射面速度干涉仪（Velocity Interferometer System for Any Reflector，VISAR）中获得的压缩图像中重构出冲击波二维条纹图像的问题，提出一种基于卡尔曼滤波的双约束图像重构算法。该算法首先基于条纹图像具有的稀疏性和平滑性，将问题转化为基于小波与全变分双先验约束的优化问题，然后，考虑到实际成像的噪声问题，采用加权卡尔曼滤波对图像已有信息进行预测和调整，最后将卡尔曼滤波引入二步迭代阈值算法的迭代过程中，进而求解该双约束优化问题，实现压缩图像的精确重构。在大噪声仿真实验中，该算法重构图像的峰值信噪比和结构相似度分别提高了4.8 dB和14.81%，显著提高了图像重构质量。在实际实验中，该算法重构出了清晰的冲击波条纹图像，且将冲击波速度最大相对误差降低了9.57%和平均相对误差降低了2.2%，验证了该算法的可行性。

针对基于超快压缩成像(CUP)与二维任意反射面速度干涉仪(VISAR)获得的压缩图像重构冲击波二维条纹的问题，提出了一种基于低秩约束和全变分正则化的压缩图像重构算法。该算法利用条纹图像空间结构的相似性以及平滑性，将重构问题转化为核范数最小化和全变分正则化的优化问题，利用即插即用的交替方向乘子法将优化问题分裂为多个子问题求解，实现了CUP-VISAR压缩图像的精准重构。仿真结果表明，在大噪声的条件下，重构图像的峰值信噪比提高了8.45 dB，结构相似性提高了8.52%，重构效果优于主流重构算法。进一步设计实际实验，实验结果表明，冲击波条纹的最大速度相对误差从13.5%降低到3.46%，减少了近10%，验证了算法的有效性。

提出在条纹相机前加载异形光纤面板或环转线光纤传像束实现广角任意反射面速度干涉仪（VISAR）条纹采样的诊断设计，发现采样位置坐标处于靶面某圆上。综合运用坐标变换、傅里叶变换、勒让德展开等方法提取广角VISAR条纹相位实现内爆对称性分析，并通过示例验证了其可行性。针对诊断方法的特点、光路设计、装置研发、数据处理等展开讨论，指出广角VISAR诊断内爆对称性的发展方向。运用该方法记录并分析广角VISAR条纹数据，可使靶丸内爆对称性诊断准确、直观、形象，能为惯性约束聚变中激光等离子体不稳定性、流体不稳定性等研究提供支撑。

通过分析虚像连续性和位置分辨，指出点集散判据相比相位差判据更适合用于广角任意反射面速度干涉仪(VISAR)靶虚像模型构建。基于点集散判据计算了椭球镜形状参数、像面记录方式、冲击波面倾斜对广角VISAR靶虚像的影响，发现虚像外内径之比总保持在8左右，且 $ {10^{ - 5}}\left( {k - 400} \right) \lt m \lt {10^{ - 5}}k $ （k与m为广角VISAR靶形状参数）时，椭球镜加工误差对像面影响较小；对像面进行平面检测难以得到动态干涉条纹；广角VISAR诊断区域允许波面平均倾斜不超过2°。讨论了广角VISAR靶虚像相干性、异形光纤面板的加工、椭球镜参数的选取、物像重构等问题，对诊断实验提出了参考建议。虚像性质研究为广角VISAR诊断能力提升奠定了基础，对惯性约束聚变内爆对称性诊断具有重要意义。

单像素成像系统是通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标二维分布信息的计算光学成像技术，与传统直接成像技术相比具有高能量收集效率、高灵敏度等一系列优点，在高能物理诊断技术领域有着广阔的应用前景。针对实际单像素压缩感知成像系统在复杂诊断环境中存在的重建噪声较大的问题，提出并实现了基于分块平滑投影Landweber二次重构算法的单像素成像系统。根据算法观测矩阵分布特性以及数字微镜硬件输入要求实现了实际投影观测矩阵的变换，利用二次重构算法实现了单像素诊断的仿真分析与实验测试。仿真结果表明，在采样率为20%～30%的条件下，重建图像峰值信噪比大于20 dB，结构相似性高于0.8。进一步搭建单像素成像平台完成实验研究及验证，实验结果表明，利用二次重构算法模型对目标场景进行恢复的效果优于其余两种传统算法。二次重构单像素成像系统在采样率仅为20%的条件下能够重建出清晰的原始图像，具有较好的噪声抑制特性。

激光驱动惯性约束聚变（ICF）研究是当前国际前沿科学中一个具有挑战性的研究领域，它以高能激光作为驱动源，在极短的时间内将大量能量注入靶丸中使聚变材料达到高温高密度的状态从而在靶丸中心形成热斑并引燃整个燃料层，最终实现可控核聚变。由于内爆热斑直径为50～100 μm，其持续时间为100～200 ps，离子温度达到5 keV，压力可达4.0×10¹⁶ Pa。因此，发展极端瞬态条件下的诊断技术具有重要意义。介绍了两种基于压缩感知技术的诊断方法，第一种是基于数字微镜阵列（DMD）进行编码的反射式可见光压缩感知技术，这种技术将现有的一维任意反射面速度干涉仪（VISAR）与压缩超快成像（CUP）系统相结合，有望实现一种全新的具有高时间分辨的二维VISAR诊断技术，将诊断维度从一维扩展至二维，同时它克服了现有的二维VISAR单幅成像的缺点，有望实现对内爆压缩过程流体力学不稳定性演化过程的连续诊断。由于基于DMD进行编码的反射式可见光压缩感知技术只能用于可见光波段，无法用于紫外与X光波段，为此还发展了一种透射式压缩感知技术。这种透射式压缩感知技术采用一种新颖的透射式元件实现对待测信号的编码，可以实现对紫外和X光波段信号的二维超快探测，有望实现对内爆热斑超快时空演化过程进行精密诊断。此外，针对单通道CUP技术的高时间分辨的优势和低空间分辨的不足，还提出了多通道编码、分别扫描、解码、再合成的全新的高时空分辨诊断系统基本思路，有望实现高时间分辨的同时，实现高空间分辨的二维新型诊断技术。

对国内激光惯性约束聚变（ICF）领域高时空分辨技术的最新进展进行了比较全面的介绍。针对热斑诊断时间分辨优于10 ps、空间分辨优于10 μm、能区10～30 keV的需求，从光学、X射线、核诊断和计算成像几个角度，比较系统地介绍了最新的进展。光学领域主要介绍基于泵浦探测技术的全光扫描和全光分幅技术。全光扫描技术的时间分辨可以达到200 fs，全光分幅的时间分辨可以达到5 ps，空间分辨可以达到5 μm。该系统的主要部件为光学器件，在ICF未来的强电磁、强电离环境下有很好的应用前景。X射线系统主要介绍最近几年发展的高分辨KB显微镜，其采用STTS构型，可将空间分辨提高到3 μm，满足当前高分辨的需求。漂移管技术的时间分辨可以达到10 ps，作为一种正在发展的技术，对此进行了较为全面的分析。中子成像系统主要介绍了高空间分辨的记录系统以及对应的瞄准技术的进展，其空间分辨可以达到20～25 μm。计算成像作为一个全新的分支，最近引起了ICF领域的广泛关注。着重介绍了三维光场技术和在高时空分辨领域有很好应用前景的压缩感知超快成像（CUP）技术，对其可能在ICF领域中的应用提出了设想。

针对极端高压条件物质特性研究需求，在我国万焦耳激光装置上利用其高能量、高功率、任意整形长脉冲输出的技术优势先后开展了冲击压缩、准等熵压缩以及“预冲击准等熵压缩”复合热力学路径压缩等多种热力学路径的高压加载技术研究，建立了实用的高压加载设计方法，重点优化了高压加载源的平面性和干净性，发展了高压状态精密表征技术，实现了10¹¹ Pa以上准等熵，10¹² Pa以上冲击以及两种路径之间的宽区高压加载状态能力，为激光装置上的高压状态方程及相变动力学研究提供了重要的技术基础。

当前，激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下，实验与模拟的偏离逐渐增大，一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点，使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来，四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立，部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识，还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响，促进了实验技术的精密化发展。在未来，还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术，面向点火黑腔条件，大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度，开展新物理机制的探索和研究，在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。