基于双轴跟踪槽式太阳能系统对比实验平台,通过理论分析和实验测试的方法研究了积尘对槽式太阳能系统光热性能的影响。引入积尘反射因子和采集因子修正系数来量化积尘对系统光热性能的影响程度。研究结果表明聚光器镜面积尘对焦面聚光特性有明显影响,积尘分布的不均匀性造成散射辐射较为严重,随着积尘量的增加,一定尺寸内的焦面获得的能量减少,焦面中心能流密度减小,小尺寸开口接收器对焦面可采集能量的变化更为敏感。若要保证实验中的槽式聚光镜采集因子修正系数大于0.90,积尘反射因子需小于4.3%;建立了一种积尘对槽式太阳能系统集热性能影响的预测模型,通过实验测试进行了验证,该模型预测值与实验值的相对误差小于5.07%,两者的吻合度较高。该预测方法具有较好的普适性,可为工程实际应用提供理论指导。

基于双轴跟踪槽式聚光系统设计了焦面能流密度测试装置,采用理论分析和实验测试的方法对由接收器的定位误差和跟踪误差引起的聚焦损失进行研究,并通过采集因子量化光学损失,从而揭示出各种误差影响的规律。结果表明:随着定位误差的增大,焦面宽度增加,焦面能流密度降低且趋于均匀;随着跟踪误差角的增大,焦面中心偏移量和光学损失增加。对于实验使用的双轴跟踪槽式聚光系统,当接收器光孔宽度为50 mm时,若要保证采集因子大于90%,接收器的定位误差需保证在455 mm的±1.1%之间且跟踪误差角小于0.111°,此时采集因子可达95%。采集因子对跟踪误差角的变化更为敏感,实验研究结果与理论分析结果吻合,验证了测试设备和方法的可靠性,实验拟合的函数关系可为工程应用提供了理论指导。

为了研究切向气流对激光毁伤低慢小目标的影响, 采用仿真分析和实验相结合的方法研究了在激光辐照典型低慢小目标材料尼龙66过程中切向气流对激光烧蚀作用的影响。建立了激光烧蚀尼龙的简化物理模型, 利用红外热像仪分别研究了1.5 s和4 s两个时刻激光辐照下尼龙材料的温度场分布和烧蚀形貌, 并与无气流条件下的结果进行对比。实验表明, 切向气流对激光烧蚀尼龙材料过程的影响主要分两个阶段, 在辐照前段时间切向气流减缓了激光辐照下尼龙66材料的温升, 抑制了激光对尼龙材料的烧蚀作用; 但随着温度的升高, 热分解产物增多使激光屏蔽作用增强, 切向气流减轻了目标材料表面热分解产物对激光的衰减, 并为尼龙材料的氧化烧蚀提供更多氧气, 促进了烧蚀作用。最后对切向气流下激光烧蚀尼龙的过程进行了ANSYS仿真, 实验结果和仿真结果基本一致, 从而验证了理论的可靠性。

针对大气光通信中常规多脉冲位置调制(MPPM)的光调制方式，提出了一种由二进制相移键控(BPSK)改进的混合多脉冲调制方案。本方案中，BPSK 调制后的光脉冲在BPSK-MPPM 混合帧中传输，信息被携带在所发送光脉冲的位置与相位中，利用光脉冲位置变化来传输更多的比特。研究了改进的系统模型、传输信道、带宽利用率、传输效率和信道容量，并与常规方案性能指标做了比较。仿真结果表明，改进方案的带宽利用率和传输效率高于常规方案，并且在有保护时隙的混合MPPM 帧结构中，信道容量也会提高。

为了得到激光辐照下尼龙材料的烧蚀规律，利用红外成像的方法分析了近红外连续激光辐照尼龙材料引起的热烧蚀现象。用摄像机和红外热像仪记录了尼龙材料在烧蚀过程中的主要现象和温度变化过程，并对实验结果与ANSYS仿真结果进行了对比。使用波长为976 nm，输出功率密度为1×105 W/m2、光斑高斯半径为10 mm的光束对尼龙材料进行照射的结果显示：开始时尼龙材料温度迅速上升，发生膨胀，并逐渐熔融分解；随着照射时间的增加，尼龙材料温度变化变缓，熔融部分向光斑边缘退化；当达到一定温度时，材料温度不再升高。由于受光束质量、材料性能不均匀、熔融部分向边缘退化等因素影响，得到的实验烧蚀结果与理论烧蚀结果稍有差异，但基本吻合，验证了实验方法及ANSYS数值仿真方案的可行性。

为了解决空中低慢小目标探测存在“发现难、识别难、跟踪难”的问题，提出了一种面阵推进式激光成像探测方法。采用面阵探测器对场景选通成像，通过车载成像系统的行进来实现多帧不同场景图像的获取，并运用一种特定的距离映射关系来实现对观测场景的3维重构。以低空小型飞行物为目标，设计了成像探测系统的基本参量，并从激光二极管阵列单元、脉冲宽度与重复频率、大气衰减、信噪比和脉冲峰值功率等方面分析了成像探测系统的基本性能。结果表明，在低空范围内，面阵推进式激光成像探测方法可有效对大面积空域进行快速3维成像，缩短图像生成时间，为下一步的系统工程实现提供了理论和技术指导。

针对激光对低慢小目标材料的毁伤问题，采用有限元方法，建立激光辐照平板表面激发瞬态温度场的三维模型，对激光烧蚀尼龙材料的温度场变化进行数值模拟。得到了不同时刻材料表面温度场和烧蚀场分布，研究了辐照时间对材料损伤和烧蚀过程的影响，并进一步讨论了光束分布形式、光斑半径对温度场的影响。

近年来, 激光主动成像技术得到快速发展, 为获取高分辨率的图像信息提供了一种全新的探测手段。本文阐述了距离选通成像系统的基本原理, 结合国外研究成果, 对4种成像探测系统做了介绍：超分辨率距离映射成像系统、短波红外单基/双基成像系统和红外与激光双模组合成像系统。重点对各系统的构成、关键器件及技术优势进行了研究, 并对实验结果进行了分析。分析了距离选通成像技术的发展趋势, 对发展新型成像探测系统具有参考价值。

为对空中飞行目标实施合理有效的强激光干扰, 需要综合考虑采用的干扰方式、干扰效果以及考虑光斑偏移对干扰效果的影响。以热传导理论为基础, 建立了激光辐照下移动目标温度场模型, 采用伽辽金法建立了有限元分析模型, 采用了等效比热容的方法处理材料的相变过程; 并以Ansys软件为仿真平台, 对目标在高斯分布的强激光作用下的温度场和热应力进行了综合仿真分析。结果表明, 光斑与目标辐照区域的相对偏移对目标表面温度影响较大, 对目标纵深破坏效应相对较小, 应力变化主要发生在激光辐照区域, 应力最大处也会随热源的移动而变化。