为防止低轨光学卫星相控阵数传任务过程中相机进光而对传感器造成损伤，提出了一种相控阵数传任务期间的太阳光姿态规避方法。首先，计算出地心固连坐标系中卫星指向太阳的向量与卫星指向地面数传站的向量，并建立两向量所在平面的单位法向量。其次，以单位法向量为旋转轴使卫星指向地面数传站的向量以相控阵最大离轴角进行旋转，旋转后的向量即为卫星在地心固连坐标系下的太阳光规避向量。然后，通过太阳光规避向量、地心固联坐标系中卫星的位置及地心固联坐标系到轨道坐标系的转换矩阵，规划卫星在轨道坐标系下的太阳光规避姿态并计算出相控阵指向角。最后，在吉林一号高分02D星上进行了仿真分析和在轨试验。仿真结果表明，在相控阵最大波束角为60°的情况下，卫星使用太阳光姿态规避方法进行数传后，在12月份内相机与太阳光夹角在90°以下的概率由传统凝视姿态数传方法的44.1%降低为2.1%。吉林一号高分02D星在轨试验结果表明，近似相同条件下的两次数传任务在使用太阳光姿态规避方法进行数传后，相机与太阳光的夹角由传统凝视姿态的31.3°~152.1°提升为96.3°~180°，验证了太阳光姿态规避方法可在数传任务期间有效规避太阳光，保证了低轨光学卫星相机在轨的安全性和可靠性。

为了消除激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）中的自吸收效应，提高元素定量分析的精确度，同时满足工业中便捷分析元素的要求，需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术（self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy，SAF-LIBS）的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术，使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度，并将声光调制器（acousto-optic modulator，AOM）作为门控开关，从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器（intensified charge coupled device，ICCD）和中阶梯型光栅光谱仪，实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积，降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后，对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明，等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1 ~ 50 kHz激光重复频率范围内，Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱，确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下，Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小，在45°处信噪比最高，且在一定的积分时间下，最佳光学薄时间t_ot为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下，对Al元素进行定量分析和预测结果表明，Al元素定标曲线的线性度R²为0.982，平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽，同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点，有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。

针对铁谱图像获取时人工对焦误差大、速度慢等问题，提出了一种融合全局信息和局部信息的铁谱图像自动对焦方法。此方法分为两个阶段：全局对焦阶段利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks，CNN)提取整幅图像的特征向量，并利用门控循环单元(Gate Recurrent Unit，GRU)融合对焦过程提取的特征，预测当前全局离焦距离，起到粗对焦的作用；局部对焦阶段提取磨粒的特征向量，利用GRU融合当前特征与前一轮对焦提取的特征，并依据最厚磨粒信息，预测当前磨粒离焦距离，起到精对焦的作用。同时，为了提高对焦准确率，提出了结合拉普拉斯梯度的对焦方向判定法。实验结果表明，此算法在测试集上的对焦误差为2.51 μm，当景深为2.0 μm时对焦准确率为80.1%，平均对焦时间为0.771 s。本文提出的自动对焦方法具有较好的性能，为铁谱图像自动准确采集提供了技术支持。

为实现不同尺寸微粒的高效分离，提出一种三角形截面微流道的惯性微流控芯片，研究了微粒在流道中的聚焦与分离特性。首先，设计一种直角三角形截面结构的螺旋流道，采用精密微铣削工艺加工了流道的铝材模具，利用倒模与等离子清洗键合工艺制备微流控芯片。接着，配制三种尺寸（6 μm，10 μm和15 μm）的荧光微粒悬浮液，利用高速摄像机和荧光显微镜拍摄粒子在流道中的运动轨迹，观测不同悬浮液流量时微粒的聚焦效果。最后，对微粒聚焦轨迹图像进行堆叠分析，研究微粒的惯性聚焦与分离行为。结果表明：随着悬浮液流量的增大，6 μm粒子逐渐聚焦并向流道外壁面迁移，而10 μm和15 μm聚焦粒子束则向流道中心迁移。当悬浮液流量为1.5 mL/min时，6 μm和15 μm混合粒子实现了100%精确分离。研究结果表明，三角形截面螺旋流道可产生强偏置二次流，使不同尺寸微粒实现高效、精确分离，为细胞精准操控提供了一种新的技术手段。

针对深空探测超宽光谱定标黑体源的关键技术问题，构建了一种基于优化微结构和纳米超黑涂层的深空探测星上黑体定标源。基于有限元方法仿真，验证了微锥结构不同宽高比与黑体发射率间的对应关系，确定了周期性线阵V槽结构相对于平面结构在黑体发射率方面的提升作用。优化星上黑体源高发射率微结构，优选空间超黑高发射涂层，设计星上黑体源高精度测温系统，进而完成黑体源工程设计。最后，通过星上黑体源发射率计量及实验室辐射定标稳定性测试进行验证。检测结果表明，深空探测超宽光谱定标黑体源具有超宽光谱范围、高发射率、高温度稳定性等特点，其光谱范围为5~50 μm，法向平均发射率为0.986，温度稳定性达到0.16 K。该定标黑体源可大幅提升高发射率辐射定标源的光谱范围，为深空探测载荷的在轨高精度星上辐射定标提供支撑。