中国科学院计划、高分专项;

为了提高机载远程激光测距机接收系统设计的可行性, 从激光测距方程出发, 分析了最小探测灵敏度与测程的关系。对回波频谱特性、探测模块带宽和放大器带宽进行了仿真, 计算了回波信号的放大倍数, 推算出主放大器输出信号的大小。依据高斯白噪声模型和主放大器输出信号值, 推算了激光测距接收电路的最大允许输入噪声值。设计了电路并进行了试验测试。结果表明, 激光接收灵敏度与理论值的偏差为5.7%, 消光比法对应空中小目标最大测程与理论值的偏差仅为1.5%。该噪声分析方法对机载远程激光测距机的接收系统设计具有一定的指导意义。

近年来蒙古国雅氏落叶松尺蠖灾害不断加剧, 逐渐逼近大兴安岭地区, 将威胁我国北方森林生态系统安全。 以现代遥感监测方法替代传统检测方法, 及早掌握该虫害发生发展规律对防控有重要意义。 为快速、 大范围遥感监测雅氏落叶松尺蠖灾害, 利用光谱分析技术研究了该害虫危害下落叶松受害程度检测模型。 通过实测健康和轻度、 中度、 重度受害落叶松光谱, 计算与比较不同受害程度落叶松原始光谱和去除包络线光谱的敏感度, 揭示光谱敏感波段及去除包络线光谱敏感性。 然后对去除包络线光谱进行一阶导数变换获得光谱特征参数并分析其随受害程度的变化特征, 构建基于CART（分类与回归树）算法的落叶松受害程度光谱检测模型。 研究表明: 去除包络线光谱敏感性比原始光谱更显著, 尤其在480～520 nm（蓝边）、 640～720 nm（红谷、 红边）、 1 416～1 500 nm（短波红外谷）等波段内光谱敏感度介于0.1～2.0, 而且出现了敏感峰现象。 随受害程度增加, 去除包络线光谱敏感性增强趋势比原始光谱更明显; 在蓝边波段上去除包络线光谱敏感峰位置向短波方向移动, 即502 nm→490 nm, 而在红谷及红边、 短波红外谷等波段上光谱敏感峰位置向长波方向移动, 即664 nm→672 nm和1 436 nm→1 448 nm; 红谷位置和短波红外谷位置归一化反射率以及红谷和短波红外谷面积呈上升趋势。 在蓝边与红边波段内去除包络线光谱一阶导数对受害程度有明显响应, 出现了波峰现象。 随害虫危害程度加剧红边位置蓝移（718 nm→700 nm）, 红边斜率及面积和蓝边斜率及面积呈下降趋势。 基于此, 利用红边斜率、 红谷位置和短波红外谷位置归一化反射率、 红谷和短波红外谷面积、 蓝边斜率及面积等去除包络线光谱特征参数构建的CART模型对落叶松受害程度有很好的检测能力。 与多元线性回归模型相比, CART模型检测精度更高, 其Kappa系数达0.875。 研究结果对雅氏落叶松尺蠖灾害的防治有参考价值。

阐述了光纤加速度计的工作原理，利用有限元方法得到光纤加速度计两弹性柱体外半径上节点的径向形变ΔR，并通过公式计算得出加速度灵敏度值39.69dB（0dB=1rad/g），最后依据仿真得到的结构材料参数，研制了光纤加速度计,并测得其加速度灵敏度为39.43dB,与仿真结果相差0.26dB，实验数据与仿真结果相吻合。研究结果表明，利用有限元方法对光纤加速度计加速度灵敏度性能进行仿真具有一定可行性，该研究对芯轴式推挽型光纤加速度计的结构设计和广泛应用具有重要的理论指导意义。

针对星间链路中测距与通信统一系统的需求，提出了一种使用四象限探测器作为跟踪探测器，同时兼顾激光载波通信的方案，使光通信端机在单探测器条件下就能完成通信与跟踪的任务。在室内条件下建立了相应的通信与跟踪复用的测试实验，对四象限探测器在通信模式下的通信速率、极限灵敏度、探测器响应能力等探测性能进行测试。利用曼彻斯特编码特点，采用低通滤波电路对调制光信号进行处理，实现对信号光脱靶量的标定与提取。在光斑不能完全覆盖探测器所有象限时，对探测器输出的通信信号进行优化选取，提高信号信噪比。实验结果表明，采用光敏面直径1 mm的PIN型InGaAs四象限探测器，在曼彻斯特编码条件下，通信速率可以达到10 Mbps，探测极限灵敏度为-33 dBm，误码率为10-7。初步确定了四象限探测器用于通信与跟踪复用模式的可行性，为未来星间激光测距光端机轻小型化奠定基础。

为使星载激光测高仪满足测量精度的需求，分析了接收放大器部分的设计原则与要求，对带宽、信噪比、探测灵敏度和放大倍数等主要性能参数进行了理论分析与研究，得到了性能参数的关系和优化的参量。理论结果表明，在激光测高仪测量范围为450 km~650 km，激光脉冲宽度为8 ns~12 ns，工作波长为532 nm与1 064 nm的情况下，对放大器性能参数进行分析计算，可以满足虚警率为1%的星载激光测高仪的设计需求。

为了研究棱镜色散成像光谱仪的谱线漂移特性， 介绍了成像光谱仪谱线漂移的影响因素及机理， 基于线性光学模型建立了描述谱线漂移特性的数学模型。 在Matlab环境下利用Code V的API函数对系统进行了光线追迹， 验证了数学模型的正确性， 分析了谱线漂移的灵敏度系数。 结果表明: 工作环境变化引起的镜面刚体位移是导致成像光谱仪谱线漂移的主要原因; 在偏心不大于0.2 mm、 倾斜不大于0.02°的小量级干扰下， 不同波长、 不同视场位置的谱线漂移量相等， 误差小于0.1个像元; 镜面刚体位移对谱线的影响是线性的、 相互独立的， 谱线漂移量是各刚体位移引起谱线漂移量的代数和。 基于线性光学模型建立的谱线漂移模型可用于描述成像光谱仪的谱线漂移特性， 对光谱定标、 复杂工况下的光谱特性分析和预测具有指导意义。