针对相关滤波器的空间正则化权重与目标内容无关和跟踪过程中模型退化等问题,提出一种基于时间感知和自适应空间正则化的相关滤波跟踪算法。首先,提取灰度特征、CN(color name)特征和方向梯度直方图(HOG)特征来提升算法模型对目标的表达能力;其次,通过图像显著性检测算法获得带有目标内容信息的空间正则化初始权重;然后,在目标函数中加入自适应空间正则化项来缓解边界效应对相关滤波器的影响;最后,加入时间感知项使相关滤波器学习到相邻帧之间的信息,降低算法模型在处理不准确样本时发生过拟合的风险。在OTB-2013和OTB-2015公开数据集上对所提算法进行性能评估实验,结果表明,所提算法在多种复杂场景下都有良好的稳健性,在跟踪成功率和距离精度上优于其他对比算法,且速度达到24.2 frame/s,能满足实时性要求。

基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段(8~12 μm)时, DMD的衍射效应对系统的成像对比度造成较大影响。为使系统获得高对比度的红外图像, 需要对DMD的衍射特性进行分析。首先根据DMD的结构和工作原理, 将DMD等效为一特殊的二维闪耀光栅, 并利用光栅衍射理论和傅里叶变换, 推导出DMD二维光栅衍射模型; 然后利用MATLAB对DMD在8~12 μm波段的衍射模型进行仿真计算; 最后对仿真结果进行了实验验证。通过仿真计算和实验分析得出结论: 基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段时, 照明光束需要选取合适的入射角; 当入射空间方位角为0°, 入射天顶角为44~48°时, 目标模拟器生成的红外图像对比度达到最佳,系统成像质量最好。

为了实现物体位移测量的高精度，无损伤和简单化，对柱面镜像散效应进行了研究，利用正交柱面镜像散效应实现物体的位移测量。根据高斯光线追迹的矩阵方法，建立正交柱面镜的矩阵光线传播模型，并利用Zemax进行仿真验证；给出了正交柱面镜像散位移测量系统的矩阵传播模型，并具体分析了系统的量程和分辨率；进行实验验证，在5.6 μm 量程范围内，实现了精度为200 nm 的移位测量。该方法为位移测量提供了一种新的非接触、高精度的光学测量方式。

系统的成像波段分别为近紫外（300 nm~380 nm）波段，可见光（380 nm~760 nm）波段和近红外（760 nm~1 100 nm）波段。通过搭建与该光学系统相对应的辐射定标装置，建立辐射定标数学模型，对已研制的三波段成像光学系统进行绝对辐射定标的研究。针对系统成像波段光谱范围较宽的特点，以分波段辐射定标方法对于测量得到的定标数据，采用最小二乘线性拟合法进行处理，对算法进行修正，再对定标数据进行处理。通过实验验证了2种方法的定标精度，结果表明：修正后的算法可得到精度更高的定标曲线，测量相对误差不超过5%，定标结果满足实际工程需求。

针对现代战斗机向目标空域的远距引导过程，建立了战斗机与目标的三维相对运动数学模型，引入了战斗机自动攻击的概念，并将三维引导问题分解到水平和垂直两个面内分别进行研究；基于战斗机远距引导时间最短的要求以及最优控制的相关理论，以时间最短为目标分别设计了战斗机水平面和垂直面的远距引导律，在此基础上设计了远距引导战斗机自动攻击控制律；最后通过仿真比较，验证了时间最优引导法能有效应用于战斗机为实现自动攻击的远距引导。