为了提高石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)系统的探测灵敏度,本文提出了一种基于透镜-反射镜组合的离轴石英音叉增强光声光谱(LR-QEPAS)系统。该系统采用使激光束在共振管内往返四次的透镜-反射镜组合结构和谐波探测技术,在室温和一个大气压下对1392.58 nm处的水汽吸收线进行测量,优化了系统的调制深度,验证了离轴LR-QEPAS系统的性能随着激光在共振管内往返次数的增加而提高,并且在同样的实验条件下引入离轴QEPAS和双通QEPAS系统进行比较。最后利用Allan方差对系统的稳定性和探测灵敏度进行分析,得到了离轴LR-QEPAS系统在64 s积分时间内的最小检测极限为7.54×10 ^-8,归一化噪声等效吸收 (NNEA)系数为3.46×10 ^-9 cm ^-1·W·Hz ^-1/2。实验结果表明,透镜-反射镜组合结构可以显著提高QEPAS系统的性能。

为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点, 解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题, 采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法, 分析了系统的结构原理, 采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度, 得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果, 分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系, 并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明, 由于SPBS结构简单, 不需要多个单元组合, 所以不存在装调误差, 并且大幅度降低了加工误差。

双路四通道同时干涉成像光谱仪以视场光阑代替狭缝,无旋转和移动部件,通过消色差分光棱镜和Savart偏光镜将入射光分为四对相干光束,同时在探测器上获取四幅不同偏振信息的目标图像,进而利用傅里叶变换运算并对数据进行处理得到偏振光谱图像。分析系统结构和原理得出不同偏振状态下的干涉强度表达式,四幅干涉图相加获取目标图像的总强度,同一Savart偏光镜的干涉强度相减获得纯干涉条纹,将两纯干涉条纹进行加减运算可降低系统的背景噪声,提高了系统信噪比。在考虑晶体色散关系的基础上分析讨论了光程差随波长、入射角、入射面与晶体主截面夹角以及晶体厚度的变化,在傍轴条件下设计出横向剪切量、成像透镜焦距和晶体厚度的具体参数,实现了高光谱分辨率成像,为新型干涉成像光谱仪的设计与应用提供了一种新方案。

为了研究Rochon棱镜反向使用消光比特性, 采用分析棱镜胶合剂中光弹效应的方法, 对Rochon棱镜正、反向使用时消光比进行了分析, 并设计了实验, 从理论和实验上对平行光反向通过Rochon棱镜时消光比下降的原因进行了研究。结果表明, 当平行光正向通过Rochon棱镜时, 消光比为1.14×10-5; 反向通过时, 消光比为2.93×10-3;反向通过加上λ/4波片后, 消光比为5.72×10-5; 准直光束反向通过Rochon棱镜时, 由于胶合剂中的光弹效应的存在, 使得传播方向不改变的一束光的消光比下降, 验证了理论分析的正确性。该结果可为Rochon棱镜的设计制作和正确使用提供必要的参考。

基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统，不仅可同时获取目标正交偏振分量的干涉图和二维空间图，而且可以通过调整Savart偏光镜的厚度，得到不同光程差下正交偏振分量的干涉图像。该系统的显著特点是正交图像的同时获取和光程的实时改变。描述了可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统结构、理论原理，推导出了干涉强度表达式。详细分析了可调光程的Savart偏光镜(MSP)和可调光程的宽视场型Savart偏光镜(MWSP)的光程差及横向剪切量的变化范围。通过两种偏光镜之间的对比可得光程差差别甚微但MWSP剪切量较大，且变化量比MSP高50%。这为以后选择Savart偏光镜类型提供了重要依据。

在激光电光调制补偿测量光相位延迟量过程中, 加入交流调制电压形成倍频接收信号, 获得消光的精确定位, 能提高测量精确度。通过调制信号形状变化与相关参量之依赖关系, 可拓展测量范围, 解决在某些点附近无法测量波片相位的“盲区”问题。根据接收到的调制光信号形状变化趋势与待测波片样品方位、延迟量、旋转方向等条件的联系, 在待测波片快轴选定后, 通过波片旋转影响信号形状变化规律的观测, 可敏锐地甄别在半波点或全波长点附近波片的正负偏差特性, 从而解决了一般偏振干涉补偿测量相位无法解决的测量盲区问题。不改变测量系统结构也不需添加任何器件, 适应于最小延迟偏差≥λ/360的情况。

针对带标签的高斯混合概率假设密度滤波算法无法获取衍生目标的问题，提出一种可以提取衍生目标的带标签GM-PHD 算法。首先，通过为高斯项加注标签的方式区别不同的目标，以辨别单个目标及其航迹。其次，在滤波过程中，对每一时刻得到的状态估计值与已形成的航迹标签进行匹配关联，实现航迹维持。最后，通过设置衍生阈值来判断状态估计中是否存在衍生目标以及可能产生的目标个数，为新生目标高斯项和可能的衍生目标高斯项重新分配标签，并创建新的航迹。仿真实验结果表明，与传统的带标签GM-PHD 算法相比，在衍生目标存在的情况下，改进算法具有更好的跟踪性能。

针对杂波环境下标准的势均衡多伯努利滤波器不能有效跟踪多机动目标的问题，本文提出了一种新的多机动目标跟踪算法。该方法将势均衡多伯努利滤波器与“当前”统计自适应模型相结合，对目标的运动状态矩阵进行扩维，改变了目标状态转移矩阵和过程噪声方差，增加控制矩阵，实现目标加速度的自适应调整，从而使新算法能够适应目标运动状态的变化。仿真结果表明，在机动条件下，新算法能有效地跟踪多机动目标，而且跟踪精度较高。

椭圆偏振器是一种非常重要的偏振态调制器件。采用线偏器与波片组合方式设计，通过各部件间方位的补偿调整来满足不同波长或椭偏度的需求，波长调整范围大，输出状态稳定，具有较高的实用价值。由偏光矩阵和邦加球理论可知，器件间方位、相位以及波长间存在着规律性关系，匹配相关条件能够影响不同波长下的偏振光状态。此设计由一个宽频透射的偏光棱镜和两个完全一致的“零级”波片组成。棱镜保证了入射光偏振方向的稳定性，波片承担了波长的选择和椭偏度的改变。研究表明材料特性限制了应用范围。云母波片设计的应用波长范围为300～1400 nm，连续调整波长范围700 nm。