为了满足用户对虚拟现实头戴显示器大视场和高分辨率的需求, 采用逆向设计方法, 通过理论计算与软件仿真, 设计了一种同轴大视场虚拟现实型头戴显示器的光学结构。结果表明, 每个通道采用3片非球面透镜, 全视场角为90°, 出瞳直径为8mm, 出瞳距离为13mm, 在奈奎斯特频率10.58lp/mm处调制传递函数大于0.3, 最大畸变为6.1%; 与参考文献相比, 此结构分辨率高、畸变小、像差平衡合理。该设计为优化大视场头戴显示器的光学结构提供了参考。

大气中二氧化硫(SO2)浓度很低,发出的荧光信号很弱,直接影响了SO2浓度的检测精度,并且传统荧光采集光路长,这阻碍了仪器的微型化发展。为提高荧光信号的采集效率以及仪器的检测精度,缩短传统光路,针对荧光随机性发散分布特征,利用ZEMAX软件进行痕量SO2荧光信号采集光路的设计,并与传统荧光采集光路进行对比仿真分析。仿真结果表明:优化后的荧光采集光路对荧光的采集效率约为22.6%,比传统荧光采集光路的采集效率高4倍,透镜组的像方主点到最佳采集点的距离减少了29.17%。优化后的光路有利于进一步实现已有大气痕量硫检测仪器的小型化改进与检测精度的提高。

为了测试分析上转换纳米材料（up-conversion nanoparticles, UCNPs）的荧光寿命，设计了一种针对UCNPs进行荧光寿命信号数据高速采集并测量输出的系统。该系统通过MATLAB编写虚拟原始荧光信号并完成滤波和数据拟合，将数据程序脚本嵌入LabVIEW中进行计算和处理，在上位机显示荧光信号波形、拟合数据波形、荧光个数、荧光寿命以及寿命极值等。研究结果表明：该系统软件仿真和数值计算模拟取得了基本一致的结果，在背景噪声一定的情况下，两者误差在3%以内，具有良好的稳定性和准确性。本研究工作对UCNPs荧光寿命测量系统的研发有一定指导价值。

车载平显系统(HUD)可以让驾驶员更快速地查看车速、导航等相关信息,缩短驾驶视觉盲区时间,减少交通事故,改善驾驶体验。为加快车载HUD的普及,研究基于数字微镜元件(DMD)的微型投影系统,并以符合车身结构的反射式光学系统为核心,给出了仿真模型。借助投射投影屏,图像多次反射后进入人眼,形成位于挡风玻璃前端的虚像。设计目标显示,虚像距离为2.5 m,驾驶员不需要改变视距便可查看图像内容;水平可视范围为140 mm,垂直可视范围为60 mm,得到眼睛在不同位置看到的图像的光学传递函数,均接近衍射极限,表明图像清晰,设计效果较好。图像视场角为水平12°,垂直6.75°,在不干扰驾驶员视线的情况下提供了足够的显示面积。

针对8移相键控(PSK)和16振幅移相键控(APSK)信号的频偏估计及误比特率，介绍了高阶的恒包络数字调制方式8PSK和16APSK，重点研究2种调制信号的频偏估计，并搭建通信链路模型。采用Matlab对8PSK,16APSK调制信号在加性高斯白噪声下的频偏估计进行仿真分析，并使用频偏估计得到的载波频率进行相干解调，最后对比分析实际误比特率与理论误比特率。仿真结果表明：在不同信噪比的加性高斯白噪声信道条件下，8PSK的抗噪声性能比16APSK好；采用本文给出的频偏估计方法能够较好地接近理论误比特率，为设计通信系统提供依据。

通过实验研究了由四透镜组成的中红外透射光学成像系统的鬼像在像平面上的分布规律。研究表明, 随着光源入射角度的变化, 像平面上透射光聚焦点与鬼像中心的位置相对视场中心发生偏移, 且在相同条件下, 鬼像中心的偏移量与透射光聚焦点的偏移量并不相同。根据该成像规律, 针对鬼像中心的偏移量比透射光聚焦点的偏移量大的透射光学系统, 提出一种抑制鬼像的有效方法, 即通过调整造成鬼像的核心透镜的角度, 使鬼像位移出视场, 并利用软件仿真验证该方法的正确性, 为以后复杂光学系统的鬼像规避设计提供有益的参考。

为了对灯具设计效果进行评价,提出了一种快速评价方法。基于实际灯具光强的实测数据,利用软件仿真来获得受照面的照明效果,从而有效控制误差和降低成本。对单个灯具在自由摆放位置和旋转角度的条件下,利用网格法划分受照面,由光度学理论计算得到受照面的照度分布。依据几何光学独立性,扩展到总体方案的照度分布。将照明效果用照度曲线和图像显示,从而对灯具设计状况获得快速、有效、直观的评价。为使图像更具直观性和有效性,提出了图像颜色随照度变化近似满足人眼gamma特性。以研制的天幕灯为例,证明了该方法的可行性。

介绍了一种核脉冲信号的数字梯形成形算法。利用函数卷积法实现了梯形成形的递推算法。该算法是核信号滤波成形的常用方法，它的实现提高了系统的时间和能量分辨力。利用 Matlab7.0软件，完成了对理想核脉冲信号和实际探测器输出信号的计算机模拟仿真与分析。该算法可以根据实时信号改变参数配置，优化滤波器并显示成形结果。