利用数字超模分布式布拉格反射型激光器、电光调制型偏振控制器、InGaAs光电探测器、高速光开关,并结合高精度的控制检测算法和波分复用技术,设计了一款用于自动测试光无源器件的波长相关损耗和偏振相关损耗等性能指标的检测系统。该系统的光源模块采用OPA569AIDWP芯片作为控制核心,实现优良的功率稳定性控制;功率探测模块采用多档位放大量程控制技术、屏蔽降噪技术并结合软件算法,显著抑制系统噪声,提高功率计的灵敏度和动态范围。该系统测试流程简单,测试精度和稳定性较高,测试偏差小于0.05 dB,不仅提升了光无源器件产线的自动化检测能力,同时降低了复杂仪器设备对人工操作能力的要求,实用性好,且市场前景广阔。

根据空间探测相机在轨工作状态及成像特点,结合调制传递函数(MTF)常用测试方法,利用月球边缘刃边法,对其进行了在轨MTF检测。该方法将月球边缘与深空背景形成的高对比度线状边缘图像作为测试目标,使用仿真手段分析每个环节多种处理方法的计算精度及运行速度,形成了优化的月球边缘刃边法在轨MTF检测流程,其中在边缘扩展函数(ESF)处理环节,使用修正的Savitsky-Golay滤波器组合双高斯拟合法,得到了准确的ESF,同时有效抑制了噪声。仿真和实验结果表明,该方法对信噪比高于30 dB图像的测试精度达到0.02,能实现相机焦面位置和MTF的准确标定。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)作为一种痕量气体精确检测的方法,已广泛应用于生活生产之中,该方法可通过积分吸光度与气体浓度的线性关系准确反演待测气体的浓度。环境变化和系统噪声等易造成吸光度曲线发生变形,故需对吸光度曲线进行非线性拟合,将其回归至Voigt模型。设计并搭建了基于TDLAS的CO实时在线监测系统,在此平台基础上,提出了一种三角替代Voigt线型单光谱积分吸光度的快速计算方法,并与高斯-埃尔米特方法进行比较。结果表明:三角替代方法浓度反演精度仅下降0.11%,平均计算耗时缩短84.19%;三角替代Voigt线型拟合方法以极小的精度损失,大幅提高了线型拟合的运算速度。

分析了影像测量仪移动机台定位误差的成因, 比较了无误差补偿和采用线纹尺进行定位误差补偿两种情况下机台的定位精度。为了克服线纹尺补偿时由人工采点造成的瞄准误差和摆正误差, 提出了采用阵列实心圆标准精密样板对进行平面综合定位误差补偿的方法。该方法首先进行样板摆正, 通过图像采集获取实心圆图像, 通过图像处理的方法获取每个圆心坐标, 并实时记录在采集图像中, 该圆心标记用于为调整样板坐标系与移动坐标系平行而转动标准样板时的摆正比对。摆正后, 通过移动机台到每个阵列圆圆心与图像中心重合的位置, 记录对应的坐标点对, 通过多项式拟合的方法获取拟合系数, 并用于机台的定位误差补偿。采用该方法在VMS300影像测量仪机台上进行测试, 经过补偿后仪器的定位精度可以达到2 μm。

在吸收光谱领域特别是可调谐半导体激光直接吸收光谱（dTDLAS）技术中, 需要精确测量吸收光谱的积分吸光度值以精确反演出流场温度、 组分浓度等参数。 对于非均匀流场, 单光路吸收光谱测量时, 由于沿测量路径的谱线展宽随流场状态的变化而变化, 见诸文献的研究主要采用Voigt或Lorentz线型对吸光度曲线拟合处理或直接对吸光度曲线数值积分获取积分吸光度值, 针对方法可能引入的误差进行了模拟分析, 并提出Voigt线型两翼拟合吸光度的方法来获取吸收光谱的积分吸光度值, 以减小拟合误差。 采用流场测量中常用的H2O作为目标气体, 选取了8条具有不同低态能级的吸收线, 以实验室平焰炉为原型建立两种非均匀流场模型, 并通过分段法对流场非均匀性进行等效处理。 分别采用Voigt线型拟合法、 数值积分法和Voigt线型两翼拟合法模拟计算两模型的积分吸光度值, 通过与理论积分吸光度值对比得出各方法的误差大小, 从而确定出在不同的非均匀流场情况下相适应的积分吸光度值获取方法。

与传统测量方法相比, 数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性, 能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题, 研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法, 并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析, 得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5 pixel、计算窗口尺寸41×41 pixel和拟合窗口尺寸3×3 pixel。实验验证了上述测量参数的有效性, 为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。

针对直升机桨叶共锥度测量中背景复杂、圆形标记点较小, 易出现定位不准的问题, 提出一种新的圆形标记点定位方法。首先, 利用OTSU图像分割方法计算阈值; 然后, 以OTSU阈值为边界阈值, 对图像进行多重分割; 利用圆度特征和质心变化规律, 对每一次分割后的连通域轮廓进行干扰排除, 实现圆形标记点的粗定位; 最后, 采用最小二乘拟合法完成标记点的精确定位。通过圆形标记点定位实验, 表明该方法在复杂场景下对较小的圆形标记点具有较高的定位精度, 可用于提高大场景复杂环境下直升机桨叶共锥度测量精度。

为了解决星点在实际成像过程中能量分布的偏正态分布问题，提高星点中心的定位精度，提出了基于偏正态分布模型的点扩展函数（PSF）相关算法。该算法根据实际星图中星点的能量分布特征，建立与之相对应的 PSF，利用相关的原理，找到与星点能量分布相似度最高的 PSF，通过确定对应PSF的最大值位置实现对星点中心的定位。实验结果表明，在星图噪声为N(0,0.001)的仿真条件下，且星点中心在1 pixel 内随机分布时，偏正态 PSF 相关法的星点中心平均定位精度可达到0.04 pixel，远小于质心法0.4 pixel和高斯曲面拟合法的1.03 pixel。由实验结果可知，该算法定位精度高于质心法和高斯曲面拟合法，具有较好的抗噪声性和稳定性，提高了星点中心定位精度。

声光器件衍射光峰值偏转位置与输入信号频率成正比是声光频谱仪测频的基本原理，但实际中衍射的非线形效应会引起衍射光峰值偏转误差较大。为减小频率测量方差，需对衍射光强数据做相应处理。对CCD背景噪声的数字特征分析，以背景噪声数学平均值为阈值做去噪处理。根据最小二乘法原理，对衍射光强数据做一次高斯函数拟合，拟合数据与光强数据相关系数为0.997 6。在现有测试光学平台下，根据衍射光强峰值位置估计的频率测量方差为542.5 kHz2，利用拟合高斯函数中心值估计的频率测量方差为31.8 kHz2。为减小声光频谱仪频率测量方差提供了理论支持。