线性菲涅耳聚光系统采用柱面反射镜可提高聚光能力。本文提出一种柱面反射镜曲率半径的优化计算方法，建立了通用计算模型，详细分析了反射光线横向偏移的变化规律、系统瞬时光学效率和能流均匀性等。研究结果表明，柱面反射镜的最佳曲率半径与其宽度几乎没有关联，只需要考虑其与镜场中心的距离和系统有效工作时太阳横向入射角即可得到最佳值。通用计算模型所得的结果与数值精确计算的结果非常接近，最大偏差为1.26%，平均偏差为0.38%。在考虑柱面反射镜型面误差、跟踪误差和曲率半径误差的情况下，当横向入射角大于45°时，系统瞬时光学效率保持在59.46%以上。在聚焦平面的较小范围（相对距离为-0.05~0.05）内，能流密度高且均匀性较好，适合布置光伏电池组件。

线性菲涅耳式集热器聚光精度对光热效率有着非常重要的影响，同时，聚光集热器偏焦引起的局部热斑使吸热器不均衡膨胀会对集热器的结构造成严重破坏，对集热器聚光误差的分析至关重要。根据线性菲涅耳式集热系统线聚焦跟踪的特点，通过机理分析探讨影响线性菲涅耳式集热器聚光精度的主要因素，采用MATLAB软件对各因素进行仿真分析得出线性菲涅耳镜场南北布置偏差、一次反射镜反射中心动态位移偏差及反射光线光程动态变化是引起集热器聚光偏差的最主要因素。镜场布置的南北偏差引起的聚光偏差关于正午时刻呈正态分布，并随着纬度的变化而变化；一次反射镜反射中心动态位移偏差对聚光精度的影响在早晨和傍晚时较大且早晨与下午非对称，最大误差接近0.08°；反射光线光程变化对聚光误差的影响主要体现在全年时间轴上。通过仿真分析结合现场测试，采用线性补偿算法对集热器一次反射镜目标跟踪角度进行补偿，补偿后集热系统的最大聚光误差小于0.06°。

为了分析复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Collector, CPC)的几何光学效率及影响因素, 为线性菲涅尔式聚光系统的优化设计和实际应用提供理论依据。根据用于线性菲涅尔式聚光系统的CPC特点, 在Matlab软件中建立模型并进行光线跟踪计算其几何光学效率。利用TracePro软件对几何光学效率模型进行验证。最后, 采用该模型分析吸热管外径公差、吸热管位置偏移和线型误差对CPC几何光学效率的影响。结果表明: 间隙为32.5 mm、接收半角为55°、截取比为0.3的CPC配合外径为70 mm的吸热管, 当吸热管外径公差小于-0.4 mm、水平方向存在偏移、垂直方向存在正偏移或线型轮廓增大等因素时, 其平均几何光学效率迅速减小。实际应用中应尽可能避免以上因素, 或者设计时减小CPC入射角的范围, 从而降低对CPC平均几何光学效率的影响。

利用几何光学原理推导了线性菲涅尔式聚光器在SolTrace软件中建模所需参数的计算公式，给出了建模方法。结果表明，对于反射镜列数为21列、宽度为0.38 m、长度为4 m，复合抛物面聚光器(CPC)最大接受半角为45°，接收器距反射镜所在平面5.3 m的线性菲涅式聚光器，随着太阳入射角的增大，集热管表面能流密度逐渐增大且分布更均匀；当太阳入射角大于40°后，能流密度和均匀度趋于稳定；CPC为渐开线+cusp reflector曲线比渐开线+抛物线的集热管表面能流密度更大且分布更均匀。该结果对线性菲涅尔式聚光器的推广应用具有指导意义。

线性菲涅耳聚光发电系统具有迎风面小、土地占有率高等优点,从而受到市场的青睐,但是聚光系统建造的高成本制约着其发展应用。针对上述问题,采用多个细集热管代替一个粗集热管的方式来解决,使复合抛物面聚光器(CPC)的总开口达到1118.79 mm,一次反射镜的宽度达到831.81 mm。同时本文对于该设计思路下的聚光系统进行了研究,得到CPC开口半角θ=45°较好,在工作时长6 h内,照射在一次镜场中的光线进入CPC的比率均达到75%以上,瞬时进入率也高达75%以上,实验验证在夏天晴朗天气中午系统光学效率达到61%。

提出了一种阴影与遮挡计算分析模型,并进行了验证。等间距布置16列反射镜,瞄准线高度为9056 mm,对比了镜间距为100 mm时阴影在SolTrace软件中与所提模型中的计算结果。给出了所提模型在上述条件下确定镜场布置最佳间距的实例,结果表明合理间距为331.91 mm,与传统无阴影布置方法得到的330 mm接近,验证了所提计算模型的正确性。该模型对于线性菲涅耳聚光镜场中的阴影与遮挡分析具有普适性,对线性菲涅耳式聚光系统的设计具有较好的指导意义。

为了使船舶能够更加准确地入港和避免发生碰撞,提出了一种辅助船舶入港的发光二极管(LED)导航系统。该系统采用不同闪烁频率的3种颜色灯光对目标水域进行分区,使照射区域内的船舶可以通过灯光的颜色和频率来准确判定其位置和方向,进而辅助船舶快速准确地驶向目的地。为了实现该导航系统,设计了一种大功率LED的发射光学系统,通过矩形集光器和线性菲涅耳透镜使LED的出射光束为矩形;同时设计了控制光源闪烁的电路控制系统,通过单片机、数模转换器和放大电路实现对光源闪烁频率的调制,并根据设计的系统制作出样机,在木兰湖进行验证实验。实验结果表明:制作的光学系统样机与设计仿真结果吻合,出射光束在水平方向上的发散角为6°;所设计的导航系统利用颜色对目标水域分区,从而对区域内的船舶进行导航。

：以用于线性菲涅尔式聚光系统的CPC为研究对象，在Matlab环境下建立了数学模型。利用光线跟踪法对不同间隙、不同最大接受半角和不同截取比的CPC汇聚率进行仿真研究，结果表明用于线性菲涅尔式聚光系统的CPC对不同入射角光线具有特定的汇聚率，随着入射角的变化会出现极小值，极小值所对应的入射角仅与CPC最大接收半角相关，与截取比和间隙无关。仿真计算了间隙为50 mm、最大接受半角为45°、截取比为0.75的CPC汇聚率为80.15%。最后通过实验验证了仿真方法的有效性。