针对指数变增益迭代学习控制(ILC)算法难以进一步改进且缺乏优化理论等问题, 提出一种指数变增益迭代学习控制(ILC)算法在线性时不变(LTI)系统中的控制增益优化方法。首先,由托普利茨矩阵特性和矩阵迭代理论得到单输入单输出(SISO)离散LTI系统中的收敛充要条件, 并证明算法的收敛性; 其次, 由最优化理论得到算法单调收敛条件, 最终得到最优控制增益的精确解, 并得出指数增益与最优控制增益之间的关系。该方法根据系统状态方程得到最优控制策略, 可计算得到精确最优控制值, 进一步提高系统收敛速度。仿真结果表明, 该方法能有效提高算法学习速度, 具有良好的控制性能。

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能, 提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律, 在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象; 基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制, 以提高系统的动态响应性能和鲁棒性, 提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后, 以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象, 进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明, 相比于传统级联PI控制, 捕获速度为1 (°)/s的目标时, 级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%; 跟踪等效最大速度为4 (°)/s和最大加速度为2 (°)/s2的正弦引导信号, 可将跟踪误差RMS值减小31%, 采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。

微视觉系统中同轴光源和光学衍射的存在, 使CCD相机获取的图像具有灰度值偏低、光照不均匀、动态范围大、对比度差以及微细结构丢失或无法辨识的缺陷。为改善图像质量, 本文提出一种升余弦变增益子带分解微视觉图像自适应增强方法。该算法首先基于图像特性利用自适应Log增益对原图像进行增强, 提高微视觉图像中亮暗区细节特征与背景的对比度; 接着使用自适应升余弦卷积进行快速照度估计; 然后对各通道的输出图像采用自适应变增益子带分解算法获取独立光谱子带; 最后进行亮度校正、图像融合与色彩恢复。将该算法用于微位移测量系统中可使测量结果的相对误差小于20%; 用于处理光照不均的图像可有效降低同轴光源靠近中心区域的亮度; 此外, 扩展至普通图像的处理中可提高对比度, 改善细节特征。3组实验结果的平均图像质量相对提高率为81.46%, 71.18%和93.75%; 平均耗时为386 s, 0.24 s和1.27 s。

针对红外制导弹药在采用具有角度约束制导律时需要剩余飞行时间的问题, 提出了一种不需要剩余飞行时间且可实现大落角攻击的变增益比例导引律。利用期望落角固定时中末段导航比与过载及目标视角约束的解析关系, 建立导航比计算模型, 解算出中、末段导航比及切换点位置; 随后,对比研究了变增益比例导引律与弹道成型制导律的性能, 并对其工程应用进行了分析研究。结果表明: 变增益比例导引律在实现落角及位置约束的同时能满足视场角及过载约束, 且相比于弹道成型制导律, 其硬件资源需求更少。

为了提高红外导引头的跟踪精度，降低导气管对导引头控制系统的影响，提出一种新型可变增益扰动观测器。首先，利用搭建的导引头实验系统研究了导气管干扰的扰动特性。然后，在分析导气管扰动的系统特性基础之上，结合经典扰动观测器理论，设计了新型可变增益扰动观测器，并分析了其鲁棒稳定性。最后，针对某实际红外导引头系统，设计了可变增益扰动观测器，并进行了导气管扰动抑制实验。结果表明: 经典扰动观测器无法对导气管的扰动进行有效的抑制，而采用可变增益扰动观测器后，系统速度阶跃响应稳定精度提高71.1%; 位置阶跃响应稳定精度提高42.8%。研究表明可变增益扰动观测器可以有效地抑制红外导引头中的导气管扰动。

多光子纠缠态是量子通讯网络中的重要资源，光与二阶非线性介质相互作用的自发参变下转换过程是目前制备多光子态较成熟的方案之一。尽管脉冲光可以提高非线性转换效率并简化通信协议，但是进一步增强光与介质间的相互作用对提高多光子的产生效率依然必要。设计了飞秒脉冲激光谐振腔系统，在不改变脉冲重复频率和频率梳结构的情况下，提高了下转换过程的参变增益，从而获得更有效的多光子态输出。与传统的脉冲光单次穿过晶体方案相比，单光子与双光子的产生率分别提高6.25倍和38.6倍。实验结果与理论分析基本一致。

为实时动态测量未知深度水下目标微弱后向散射信号，设计了一种新型的光电倍增管(PMT)选通变增益探测系统。采用给PMT外加选通和变增益纳秒电脉冲的方法，通过改变PMT光阴极与第一打拿极之间电势差，实现PMT选通；借助给PMT最后一个打拿极外加变增益高压脉冲改变PMT最后一个打拿极与前置打拿极间的电势差，实现PMT变增益。实验结果明：在选通和变增益脉冲到来时，阳极输出相应的脉冲信号，信号脉宽为40ns，脉冲幅值增大，证明该方法能够实现PMT选通和变增益。

转台正弦摇摆时换向误差较大,影响系统的跟踪精度.对此,提出了一种变增益算法,将速度回路的前向通道放大倍数设计为一个以系统输入速度作为自变量的函数,使其随着系统速度的变化而自动调整.在低速运行时,放大倍数较大,提高系统刚度,可获得较高的低速跟踪精度;在高速运行时,控制放大倍数,以保证系统的动态性能.设计了两种变增益函数进行实验,实验结果表明,该方法可以把换向误差从48'减小到10',是一种较为实用和有效的设计方法.

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究,用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系,给出了放大器设计的各种最优化参量.研究结果表明,这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽,还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散,因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光,利用光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)技术高效率参变放大飞秒脉冲产生1012 W甚至1015 W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义.建立的理论模型具有普遍意义,也为其他类似的参变过程提供了重要的理论依据.

本文从双光束增益振荡的动态方程组出发,给出一般情况下双光束光折变振荡稳态时的普遍结果,解释了文献[1,2]中理论不完全符合实验规律的原因,表明文献[1,2]中的理论只适合于光折变效应为纯扩散机制的特殊情况。