在制冷红外光学系统中，制冷探测器通过前面的光学表面反射，使得探测器探测到自身的像，形成边缘亮而中心暗的黑斑现象被称为“冷反射 ”现象。冷反射严重影响制冷红外光学系统的像面非均匀性，在进行光学设计时需对其严格控制。本文以某中波制冷红外光学系统为例，提出了能有效解决或降低冷反射效应的技术途径，对原设计改进优化，利用 ZEMAX光学设计软件建立非序列数学模型，进行仿真分析，经分析改进后光学系统冷反射由 40%下降到 13%，并开展了工程样机成像实验，实验现象与仿真结果基本一致，表明该分析方法能准确地反映红外光学系统中的冷反射实际情况，可作为制冷红外光学系统研制生产前的判定依据。

为实现中波制冷红外导引头的低成本、无热化设计，采用两轴框架式总体布局方式，基于硅锗光学材料，利用一次成像 3片式光学结构(Si-Ge-Si），选用斯特林制冷型面阵规模 640×512像素尺寸为 15.m的中波红外探测器作为接收器件，设计一种高分辨率低成本中波制冷红外成像制导光学系统，并实现了宽温范围内的无热化设计。设计结果表明，光学系统焦距为 55 mm，视场大小为 10°×8°，在 33lp/mm处，轴上 0视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF）不低于 0.6，轴外 0.7视场传递函数不低于 0.40，畸变小于 1%，冷光阑效率 100%。同时，结合整流罩进行针对性优化设计，系统冷反射现象基本消除，在－40℃～＋70℃温度范围内具有良好的成像效果。光学系统结构简单，易加工装校，良品率高。经实测样机，光学系统成像质量优良，各项性能指标满足技术指标要求。

连续变焦光学系统在执法取证、森林防火、海洋搜救、道路交通、无人机侦察等领域有着广泛且必不可少的实际应用。为提高变焦系统的性能指标，并使系统小型化，通过 Zemax光学设计软件反复优化计算，设计了焦距为 2.68～17.5 mm、视场为 4.7°～31°的变焦系统。整个系统由 4组 10片透镜组成，物镜的像方 F数为 2.15～3，MTF值在 250 lp/mm时均大于 0.25，畸变在 4.5%以内，光学总长小于 27 mm，总质量小于 0.77 g，具有结构紧凑、体积小、重量轻、分辨率高、成像质量好等优点，是一款微小型的连续变焦光学系统。

为实现空空弹导引头的小型化、轻量化设计，采用滚 -仰式导引头总体布局方式，利用反射镜折转光路，选用 J-T制冷型 320×256长波红外探测器作为接收器件，设计了一种高分辨率长波红外成像制导光学系统。设计结果表明，光学系统样机焦距为 100 mm，视场大小为 5.5.×4.4.，在 16 lp/mm处，轴上视场的调制传递函数（MTF值）高于 0.54，轴外传递函数（MTF）高于 0.40，系统畸变小于 2.1%，系统在－45℃～＋ 70℃温度范围内具有良好的消热差效果。此外利用光学设计软件对系统进行了杂散光和公差分析，经实测样机，光学系统成像质量优良，各项性能指标满足技术指标要求。

大视角、高分辨率、低畸变光学成像系统是全视角高精度三维测量仪中最为关键的核心器件。现有三维测量仪实际使用过程中不可避免会产生各种误差,因此科学合理地评估和降低全视角高精度三维测量仪的测量误差具有十分重要的科学及工程应用意义。通过多角度、全方面分析定量研究了相机内方位元素标定误差对几何定位误差的影响,以及相机光学系统MTF分析、点扩散函数分析、波像差分析和公差分析对匹配误差产生的影响。研究结果表明,在各种影响三维测量仪光学成像系统测量误差的因素当中,相机的传递函数是影响系统三维定位误差最主要的因素,当系统MTFN值大于0.4 lp/mm、系统几何畸变小于1个像素,PSF能量集中在以3 μm为半径的圆环内(小于1个像素),且PSF峰值达到了0.9时,三维测量仪的定位误差可达到秒级精度。

对于精密测角定位系统来说, 畸变的存在会直接 影响测量的几何精度, 因此需要对光学系统进行畸变标定以 便于后期的畸变校正。为了解决F-Theta光学镜头的畸变标定 问题, 建立了一种基于精密测角法的标定系统, 并详细论述了畸变标定过 程。通过实验测得了视场与绝对畸变量之间的关系。利用基于曲线拟合的最小 二乘逼近方法求解出了F-Theta光学镜头的焦距。最后对F-Theta光 学镜头的测角精度进行了分析。结果表明, 该镜头满足秒级测角精度的要求。

鉴于全视角高精度三维测量仪中现有光学成像系统无法同时满足大视角、高分辨率和低畸变等技术指标，为此设计了一种能够同时克服上述缺陷的光学成像和畸变校正系统。采用复杂化双高斯结构形式进行f-θ镜头设计，引入非球面提高系统成像质量。实验结果表明，设计的光学系统为长焦广角低畸变高分辨率光学系统，在环境温度-10 ℃~70 ℃下，视场角达到90°，畸变小于-0.001 67%，传递函数达到0.4@100 lp/mm，可实现工作距离3 m~100 m成像清晰。同时，光学系统中非球面镜片的面型精度会对成像质量产生很大的影响，根据公差分析，非球面的面型精度PV值小于0.17 μm时系统成像质量满足要求，实际加工过程中非球面面型PV值达到0.158 μm，传递函数达到设计指标要求，提高了系统的成像质量。

土壤污染已成为威胁全球人类生存的重大战略性问题。据统计, 中国至少有1/5的耕地受到重金属污染, 总面积达2 000万ha。由土壤污染引发的食品安全问题、人类健康问题、生态环境问题愈演愈烈, 污染程度有逐年加重的趋势。及时有效地治理污染土壤已成为学者们关注的重点。化学淋洗法是较为有效的污染土壤修复方法, 但土壤淋洗过程组分流失现象不可忽视, 因为这可能在去除土壤污染物的同时, 导致土壤肥力下降、理化属性改变或土壤生态功能的彻底丧失。土壤淋洗过程淋溶组分的光谱特性研究, 可以为污染场地修复工程提供决策参考, 对于恢复土壤生态功能具有重要的指导意义, 但目前来看这方面的研究还略显欠缺。本研究以乙二胺四乙酸(EDTA)为淋洗液, 通过异位柱淋洗实验研究铅/镉复合污染黄土淋洗过程中的组分淋失特性, 主要包括黄土盐基离子、黄土养分、粘土矿物和有机质。借助X射线衍射(XRD) 和扫描电镜 (SEM) 分析淋洗过程对黄土粘土矿物的影响, 同时跟踪识别淋洗液中可溶性有机质 (DOM) 的三维荧光光谱 (3D-EEM) 特性。研究表明: EDTA对污染黄土的淋洗过程能够造成组分淋失。淋洗过程结束的240 min时, EDTA对铅和镉最终淋洗率分别为49.86%和62.25%。盐基离子中的Na离子和黄土养分中的硝态氮最易淋失, 淋洗过程对黄土粘土矿物的影响基本可以忽略。反应前期(10 min) 淋洗液中最先出现的是类富里酸类物质(Eex/em=240～250/320～340, Eex/em=260～290/450~470);到淋洗中期 (60 min) 类胡敏酸类物质荧光峰(Eex/em=290~320/430~490) 开始出现, 同时类富里酸荧光峰(Eex/em=240/320)有减弱趋势;反应后期(120和240 min) 荧光峰强度均明显降低, 这反映了淋洗液中荧光组分组成特性差异。光谱联用技术可以有效表征污染黄土淋洗过程淋失组分特性差异。

建立了涵盖刚体货物、牵引伞、舱内地板角等影响因素的复杂空投过程运动学模型, 提出了空投系统牵引伞力作用方向, 推导了空投货物与载机相互作用力大小及作用点, 设计了0-1控制变量对货物在空投的不同阶段进行分时控制, 简化了建模过程, 使模型具备不同空投模式下的仿真能力, 在此基础上设计了集空投系统设置、仿真、分析与显示为一体的实时仿真平台, 最后通过仿真对该模型与传统空投模型之间的动态响应误差进行了量化分析。