介绍一种基于二值化联合变换相关的综合鉴别函数算法，用等相关峰及Gram－schmidt展开获得的综合鉴别函数对迭代算法进一步优化，获得了适用于二值化联合变换相关的综合鉴别函数。采用这种算法制作的综合鉴别滤波器既有相关峰值高和相关峰尖锐等特点，又能识别旋转图像。计算机模拟结果表明：这种相关器在信噪比、光能效率、相关峰尖锐度和鉴别能力上都有一定程度地提高，实现了较高鉴别率旋转不变光学模式识别。

为解决超低频、微小振动的高精度测量与装调间的矛盾,提出了一种新型的激光多普勒信号检波系统.该系统通过一运动光栅的衍射,得到约40.5%的测量光强,用另一光栅的衍射消除两束差动光间的夹角以及光波长对测量精度的影响;频移﹑混频分开进行,保证系统装调更方便准确;用1/4波片﹑渥拉斯顿棱镜等得到相位差90°的正余弦信号,实现位移方向识别.实验得出,该系统振动频率和振幅测量精度均为1%,可测频率范围可达到0.5-500Hz,可测振幅范围:1μm-5mm.

把相移技术和迭代算法应用到综合鉴别联合变换相关中,计算机模拟结果表明,运用了相移技术和迭代算法后这种相关器的光能效率和鉴别率得到了很大提高,实现了高鉴别率和高光能效率的综合鉴别光学模式识别.进一步研究了输入噪声对相关器性能的影响,相关的抗噪声能力有待提高.

研究了差动多普勒技术和锁相放大器的频率跟踪技术,设计了一种精度高、动态范围大的激光多普勒差动检波系统.此系统结构紧凑,安装调节方便,可以充分利用激光光能.而且,它把两束高斯光束的束腰聚焦在被测物体上,获得了最小光斑和平面波的叠加,提高了分辨力、信噪比和信号强度.采用频率自动跟踪技术来解决信号丢失问题,抑制了各种噪声和干扰.模拟实验证明,振幅测量精度为1%,频率为0.6%;分辨力为50
nm,技术指标是令人满意的.

为了解决物体微小位移或微小振动的超低频高精度检测与装调间的矛盾,提出一种倒置差动式4f激光多普勒光栅检波系统。它利用两个相位光栅分别实现频移和混频,提高了位移测量精度;且采用4f结构,提高了空间相干性,使装调更为方便;增设λ/4波片、沃拉斯顿棱镜并与差动放大器结合,不仅得到识别位移方向的正弦、余弦信号,而且将±1,±3级衍射光能量都充分利用,使多普勒信号强度和信噪比更高。

为解决远距离处人工地震波的检测问题,研究了光源的相干性,系统的稳定性,激光多普勒信号强度、信噪比,位移测量灵敏度和精度等理论及方法。采用在腔内插入两个直径为1.8 mm的可变光阑和输出光的准直结构(4倍),增大光源的相干长度和可测距离;在两路光中分别加入声光调制器和λ/4波片,实现偏振态匹配并使系统工作更稳定,提高信噪比;采用透镜聚焦接收,增大信号强度;采用特伦逆向反射装置,消除它在位移或振动过程中因偏摆或横移所带来的影响,使测量灵敏度和精度提高约一倍。将此系统用于2 m处的振动进行原理性实验,其振幅测量相对误差为0.1%,可测频率最高为750 Hz,因此可用于高空遥测人工地震波。

为了进一步提高地震检波器的指标,研究了激光多普勒测量方法和微弱信号检测技术等,设计出了一种LD做光源的差动式激光多普勒检波系统,此系统采用高斯光束聚焦、大口径透镜接收,能接收到很强的多普勒信号,并且具有高的空间分辨力,同时,采用声光调制技术及锁相放大技术,提高了信号的信噪比,其结构简单、紧凑,装调方便,光能利用率和空间分辨力高,可测频率范围为0.5Hz～1000Hz;振幅范围为2μm～5mm;频率测量精度为0.6%;振幅测量精度为1%.

在利用激光多普勒效应对旋转体表面轮廓损伤进行测量时,其散射光的多普勒信号强度及质量是影响测量精度的极其重要的参数.研究了激光多普勒参考光技术、旋转体表面散射光位相无规则变化的平均效应和最小二乘法曲线拟合技术,设计出高信噪比的参考光路,并对物体表面细微结构所引起的信号丢失进行了重构,实现了旋转体表面轮廓损伤的测量,其相对误差约0.3%.

在利用激光多普勒效应进行远距离处固体面内位移测量时,散射光的多普勒信号强度、信噪比及信号质量是位移测量的极重要参量,它们直接影响位移测量的距离和精度。为此研究了激光多普勒差动方法、锁相放大、数字滤波等技术,设计出能获得最好结果的差动光路以及高灵敏度、高Q值的锁相放大器和能重构丢失信号的同态滤波系统等,实现了50 m处固体面内位移测量,其最大相对误差可以达到1.5%。