为了论证单光子成像技术天基应用可行性，分析了光学系统后向散射影响消除、单光子雪崩光电探测噪声抑制、自由运行模式等关键问题。基于偏振滤波理论、泊松统计滤波理论，选取重尾型脉冲激光函数，采用蒙特卡罗仿真方法，构建了星载单光子计数成像系统仿真模型，并仿真了不同轨道高度、不同重复次数和门控时间间隔条件下的光子计数结果。结果表明，脉冲激光回波光子计数波形与发射波形相近，仿真情况与实际相符，单光子成像距离存在阈值，当重复次数低于开门次数时，存在漏检现象。根据本研究的参数设置，在500 km的轨道高度上，当重复次数为2000、开门次数为2000时，激光测距精度可达0.09 m。所提相关方法可以为星载单光子计数成像系统指标分配和在轨参数调整提供技术支撑。

应用三维并行蒙特卡罗程序JMCT, 计算了特征温度分别为1, 3, 5, 8 keV的黑体谱X射线入射到铝、二氧化硅、金的表面的背散射光电产额和电子能谱, 并与文献结果进行对比, 验证了程序的正确性, 进而针对系统电磁脉冲(SGEMP)研究中的典型几何结构--金属圆柱腔体, 模拟计算了其在黑体谱X射线照射下的光电输运过程, 用温度为1 keV、注量为1 J/m2的黑体谱X射线平行照射圆柱腔侧面, 半个侧面发射光电子, 计算得出了和方位角相关的不同面上发射光电子的光电产额、能谱分布和角分布, 结果表明掠入射的X射线会产生更高的光电产额; 光电子的发射角分布都基本符合余弦角分布的规律。

为了提高航空光电成像侦察系统对地面目标定位的精度,提出了一种基于航拍图像的无人机光电成像定位算法,并利用蒙特卡罗模拟法对影响目标定位精度的因素进行了仿真,确定了影响目标定位精度的主要因素。仿真结果表明:该算法的定位精度可满足无人机对大地目标实时定位的要求,实现航拍图像指定目标的便捷定位。

根据机载光电平台的特点, 建立了6个坐标系统, 进行了8次线性变换, 构建了从光电平台成像系统像面坐标系到大地地理坐标系的目标定位数学模型。计算了目标在大地地理坐标系的经纬度和高程坐标, 分析了各种测量参数对目标定位精度的影响。通过建立误差模型和仿真数据进行目标定位实验,采用蒙特卡罗方法统计目标定位误差。实验结果表明,载机经纬度误差、载机姿态角度误差及光电平台指向角度误差是影响目标定位精度的主要因素,其中载机经纬度误差直接传递到目标定位误差, 载机姿态角度误差和光电平台指向角度误差大体上以10-4~10-2比例作用到目标定位误差。本文方法有效可行, 对机载光电平台目标定位具有实用价值。

为分析飞行器的速度、航高、姿态角与姿态变化对推扫式航空遥感器成像质量的影响,采用光线矢量与光轴旋转变换相结合的方法建立了系统的像移模型,计算遥感器像移补偿的精度。分析了平移与旋转运动所引起像移的特点,通过运动的分解建立了推扫式航空遥感器的像移模型;以两组工作参数为条件,分析速高比、姿态角与姿态变化对像移的影响,并提出相应的像移补偿方法。应用蒙特卡罗法,依据与模型相关变量的误差分配,计算推扫式航空遥感器像移补偿的精度。在满足表3的误差要求,速高比为0.3～0.5(1/s),TDI基数不超过32级的情况下,像移补偿残差的3σ值为16 μm,达到了遥感器的指标要求。

针对基于交比不变原理的结构光光平面标定方法,利用误差分析理论和矩阵扰动原理分别对系统的测量误差和光平面标定误差进行分析,提出了结构光测量系统的误差传递模型。给出了满足在1 000 mm的测量距离上获得±0.5 mm的测量精度情况下,各标定参数所需要的精度要求,以及标定样本提取的精度要求。通过实测实验结果,验证了误差分析的有效性。该误差分析为提高结构光系统的测量精度提供了理论依据。