开展了不同重频下2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验。基于传热学理论，利用有限元法对2.79 μm中红外激光辐照PbS探测器中的温度分布进行了数值分析，并比较了脉冲数目、重复频率对损伤效果的影响，分析了2.79 μm中红外激光辐照PbS探测器的损伤机理，获取了相关阈值数据。研究表明，2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤机理主要以热熔融为主，在温度没有达到PbS熔点时，PbS就会发生热分解反应，析出黄色沉淀物PbO；计算得到单脉冲2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤阈值为13.03 J/cm²，且脉冲数目、重复频率对损伤效果影响很大，损伤累积效应明显。理论模型能够较好地解释PbS表面初始损伤形貌特征。

以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器,进行了多普勒频移和气溶胶的非相干探测模拟实验。在发射机脉冲能量为500 mJ,重复频率为10 Hz,光谱线宽不超过0.005 cm -1,光束发散角小于0.10 mrad,接收望远镜镜头直径为350 mm,以雪崩二极管为探测器,数字采样率为2×10 7 sampling/s,采样数据位数为16 bit(有效位数为11 bit)的条件下,获得了45°斜程探测距离为2500 m的风廓线,视线风速探测精度为2 m·s -1。模拟结果显示,以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器的激光雷达可用于火星风沙直接探测。相对于354.7 nm激光脉冲,1064 nm激光脉冲(可以与激光诱导击穿光谱仪兼容)回波的干涉对比度高,Mie后向散射强度高于Rayleigh后向散射强度。

针对高光谱图像像元中端元物质非线性混合的特点, 借鉴生物群智能现象, 提出一种基于双鸟群优化的高光谱图像非线性解混算法。为进一步提高非线性解混算法的精度, 通过模拟鸟群中觅食、警惕以及飞行等行为得到非线性问题的最优解。算法通过双鸟群的迭代优化来交替更新目标函数中的最优解以及非线性模型参数, 最终得到高光谱图像端元丰度的最佳估计。仿真实验和光谱数据实验结果表明: 双鸟群优化算法迭代收敛, 能克服局部最小值问题; 相比于同类算法, 该算法解混结果的丰度重建误差、平均光谱角距离和像元重建误差3项指标均较小, 该算法解混精度高, 像元重构效果好, 能有效提高高光谱图像非线性解混的精度。

火星大气风速廓线探测对研究火星大气环境具有重要意义,基于马赫-曾德尔干涉仪的多普勒测风激光雷达相对于一般的相干/非相干多普勒测风激光雷达更适合于火星地基探测。为使马赫-曾德尔干涉仪对激光雷达中望远镜接收到的大视场角回波光信号进行频移检测,需要对马赫-曾德尔干涉仪进行视场展宽。对马赫-曾德尔干涉仪中棱镜式视场展宽技术与“猫眼”光学系统的视场展宽技术进行研究后发现,棱镜式视场展宽技术更具优势。设计并搭建了一套光程差为219 mm的马赫-曾德尔干涉仪,使用压电晶体扫描反射镜片的方式测量其对以11 mrad视场角入射的准平行光束的透射谱,得到干涉仪最大的干涉对比度为0.87,满足多普勒测风激光雷达的使用需求。结合地球大气环境分析了干涉仪干涉对比度随高度的变化,结果表明:虽然大光程差马赫-曾德尔干涉仪的干涉对比度在5 km以下低空大气中随高度增加有小幅下降,但仍可使用这种干涉仪进行大气风速探测。

基于热传导理论, 构建了相对运动情况下脉冲激光辐照HgCdTe探测器的理论模型, 利用有限元法分析比较了不同重频、不同移动速度下探测器的热效应.结果表明, 在相对静止情况下, 重频脉冲激光辐照HgCdTe探测器时, 激光能量主要被HgCdTe光敏层吸收, 温度场高温区主要分布在HgCdTe层与CdZnTe层交界面附近; 重频为1 kHz、10 kHz时几乎没有温度累积效应, 当重频为100 kHz时, 随着脉冲数的增多, 峰值温度不断增加, 有明显的温度累积效应.在相对运动情况下, 随着激光光斑的移动, 温度峰值所在的位置逐渐向速度矢量方向偏移.从损伤的角度考虑, 当每个温度峰值都大于HgCdTe熔融温度时便能达到损伤的空间区域累积效应, 实现对多个探测像元的损伤.定性分析了汇聚到探测器焦平面单脉冲激光光斑在不同移动速度下的热效应, 结果表明移动速度越快, 脉冲结束时刻峰值温度越低, 温升曲线的斜率越小, 上升越慢.

卫星的温度变化直接影响着电子器件的工作性能, 为了研究辐冷板的温升效应对电子器件温度的影响, 通过分析辐冷板的散热机理和辐冷板工作特性, 采用有限元分析软件, 对简化后的辐冷板模型进行了激光辐照热效应计算分析。以脉冲激光作为辐射源, 对辐冷板进行照射, 通过对其表面温度场进行数值模拟, 得到了在脉冲激光照射下的瞬态温度场分布, 并对模拟结果进行了分析和研究。发现电子器件在没有散热的情况下温度将升高64.5 K, 在最大工作状态时激光的照射将严重影响热管的工作性能, 而且热管的非正常工作将使电子器件温度升高, 影响电子器件正常运行, 为星上温度影响电子器件性能实验奠定了理论基础。

基于麦克斯韦方程组及热力学理论, 分析了脉冲强激光在不同入射角、不同偏振态下辐照10.6 μm窄带滤光片的热力效应, 研究了不同入射角及偏振态下的温度场、应力场, 计算了激光辐照下热力效应给窄带滤光片带来的通带漂移效应, 比较讨论了不同入射角下的损伤阈值.结果表明: 随着入射角度的增大, 温升峰值的幅值与位置都有了较大的变化; P偏振光与S偏振光辐照引起的温升峰值都随着入射角度的增大逐渐下降; 温升峰值的位置随着入射角的增大逐渐靠近滤光片与空气的界面; P偏振光与S偏振光引起的热力效应差异性越来越明显.在激光能量相同的情况下对比了不同激光入射角下的通带漂移特性, 小角度入射时滤光片中心波长偏移超过200 nm, 10.6 μm处透射率下降到6%以下.随着入射角的增大, 滤光片熔融损伤阈值越来越大, 而且在小角度入射时, P偏振光与S偏振光熔融损伤的阈值差别很小; 当入射角大于30°时, P偏振光与S偏振光的熔融损伤阈值差别越来越大.以较小的功率实现激光对窄带滤光片的损伤需要考虑激光的入射角及偏振态.

为实现旋翼的遥感探测分类与识别, 对基于微多普勒效应的扩展旋翼面目标激光回波特征开展研究。采用物理光学面元法构建了运动扩展旋翼的相干激光探测微多普勒回波模型, 分析计算了旋翼激光角度散射特性, 证明远场条件下旋翼各处回波反射率一致。对三种典型形状旋翼的激光探测回波进行了仿真, 通过平滑伪魏格纳维利(SPWV)变换得到了扩展旋翼的时频特征。电磁散射机理证实各频率带的产生与旋翼结构形状相关, 且桨叶数量以及整体平动速度并不影响旋翼形状在时频图中的特征表达。据此提出了旋翼形状参数的激光探测求解方法, 通过仿真验证了展弦比、根梢比以及桨尖后掠角三种参数算法的正确性, 为后续的旋翼探测识别奠定了基础。

为了降低传统高分辨率海面遥感图像舰船目标检测方法的计算复杂度, 提高检测速度, 在舰船目标检测中引入了基于直方图对比度的视觉显著模型和空间降维算法, 提出一种新的高分辨率海面遥感图像舰船目标快速检测算法。首先对高分辨率遥感图像进行空间降维, 然后计算降维图的视觉显著图, 突出感兴趣目标区域, 最后利用最大类间方差法分割视觉显著图以获取舰船目标候选区域。结果表明, 目标检测所消耗的时间减小为原来的10%~12%, 弱化了复杂海面纹理背景对目标检测的影响。该研究提高了高分辨率遥感图像舰船目标的检测效率。