针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号（GF4）的可见光通道面阵成像载荷，基于成像模型中内外方位元素的相关特性，提出一种基于先验有理多项式（RPC）模型的在轨几何定标方法，以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像点为观测值，在初始的定标参数基础下重建精确的几何定标参数，实现卫星成像载荷系统性几何误差的补偿。本方法完全避免了传统在轨几何定标构建严格几何成像模型中复杂的辅助数据处理和多个成像坐标系统的转换，建模和解算均极为简单，且定标结果可直接应用于基于严格几何成像模型的地面处理系统。通过一组GF4卫星面阵载荷的真实影像数据实验验证了本方法的有效性和模型的合理性，结果表明：本方法可有效补偿成像模型中的系统几何误差，且得到定标结果与基于严格几何成像模型的传统定标方法几乎一致。

高动态环境下常规协方差矩阵锥化 (CMT)零陷展宽算法在零陷展宽后深度会变浅，且应用于二维平面阵上时需要信号来向信息。为此提出了干扰来向扰动服从 Laplace分布的零陷展宽并加深算法。该算法首先对信号模型重新建模，并基于模型推导了二维 Laplace算法；之后利用投影变换提取出数据中的干扰分量，并通过系数加权增强干扰分量；重新构造协方差矩阵，利用零陷展宽算法扩展干扰来向；最后结合功率倒置(PI)算法完成干扰抑制。仿真实验表明，所提算法不但能够在零陷展宽算法的基础上实现零陷加深，提高了抗干扰算法稳健性，并且能够适用于任意平面阵。

阵元间互辐射作用的存在会导致密排阵的性能变化, 如谐振频率漂移、辐射功率降低等, 对基阵整体性能产生不利影响。该文分析了八元平面阵的互辐射阻抗特性, 通过改变互辐射阻抗来提高阵的辐射功率, 并通过将互辐射作用引入指向性的算法, 修正了基阵的指向性算法。在此基础上, 用有限元软件仿真了基阵的指向性, 并制作样机进行了试验。结果表明, 工作频率越低, 阵元间距越小, 阵元间互辐射作用越强烈, 引入互辐射作用修正的基阵指向性更接近真实情况。

激光雷达是一种可以精确、快速获取目标三维空间信息的主动探测技术，在目标的识别、分类和高精度三维成像及测量方面有着独特的技术优势，应用范围和发展前景十分广阔。本文详细阐述了激光雷达探测以及三维成像系统的各种体制、探测原理等；总结和梳理了国内外单点扫描、线阵推扫以及面阵三维成像激光雷达系统的发展现状；同时对比分析了它们在星载、机载、车载等不同平台和应用领域的技术特点及优劣势等。近年来，三维成像激光雷达逐渐从单点扫描向小面阵扫描和线阵推扫式及面阵闪光成像发展，成像速度越来越快；同时单光子探测技术逐渐成熟，探测灵敏度越来越高。随着现代探测技术越来越趋向于多种传感器的融合探测发展，三维成像的发展也趋向于主、被动成像相结合，以获取更丰富的目标信息。

提出一种用于激光三维成像的均匀光照明系统, 通过仿真实验验证了系统的有效性。光纤脉冲激光器发射窄脉冲红外激光光束经过光纤分路器后, 出射 64路能量相同的激光光束, 每一路激光光束从光纤阵列出射, 出射阵列置于发射光学系统焦点前后, 形成点阵照明, 被目标物反射的激光光束经接收光学系统接收后, 成像于APD面阵探测器之上, 像元和点光源一一对应。解决了传统照明系统存在的光能分布不均匀和激光能量利用率低的问题。

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像, 采用自研带读出电路的雪崩光电二极管(APD)面阵探测器组件, 研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域, APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号, 经信息处理获得目标区域3-D距离图像, 对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明, 所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像, 成像距离达1.2km, 距离分辨率为0.45m, 成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。

相比传统的点扫描激光雷达，基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达，具有测距速度快的优点，但同时会引起单帧图像信噪比降低。根据成像激光雷达的原理，建立了其在散粒噪声影响下的测距精度模型，基于该精度模型和机载面阵激光雷达成像的特点，提出了一种应用灰度图像配准叠加提高测距精度的方法。对飞机姿态、光源均匀性、叠加帧数等因素在采用该方法时是否对测距精度有影响进行了分析。分析结果表明，图像完全匹配后，飞机姿态对测距精度没有影响，光源均匀性优于40%时对测距精度影响可以忽略，一定叠加帧数内时灰度叠加不会影响目标之间的相对距离。进行了地面动态实验和机载航拍实验，并将此方法应用于图像的校正，实验结果验证了该方法的有效性。

为了解决光学系统投影厚度过大问题,采用自由曲反射面结合非球面设计方法设计出超短距离、超广角投影显示系统,其屏幕投影距离小于20 cm。为解决激光色域系统转换,建立了激光三基色与荧光粉三基色色域变换与扩展的理论模型并搭建了基于DSP高速图像处理芯片为核心的颜色变化实时硬件处理试验开发系统。通过该系统可以调试不同颜色系统转换算法,验证转换模型的正确性,并为实现专用颜色转模块提供了开发平台。

为了使平面阵列激光微造型方法应用于工程技术领域，基于“单脉冲同点间隔多次”激光微造型新工艺，对平面阵列的加工方法进行了深入的分析研究，给出一种全新的扫描策略，对已有的加工方案进行了路径优化。由于采用该扫描策略进行“单脉冲同点间隔多次”激光微造型时，要求激光头对每行加工初始点进行精确定位，基于此，对工作台的定位问题进行了分析研究，给出了工作台精确定位流程图，并对该扫描策略的编程实现过程进行了分析研究，给出了路径优化后平面阵列加工过程流程图。结果表明，该扫描策略满足既定的“单脉冲同点间隔多次”激光微造型新工艺的加工要求，且能获得较好的微观形貌和表面质量。