针对传统微透镜面形测试光路复杂和效率不高的问题，提出了一种基于微透镜远场光斑高效提取环带状面形误差峰谷（PV）值的方法。基于几何光学原理，计算了不同环带误差形成的光斑的分界线位置；建立了环带误差的三维模型，通过仿真不同误差模型下的远场光斑，获得了分界线内外光强比值和环带误差值的对应关系；最后利用微纳加工技术制备出不同环带误差的微透镜阵列，搭建测试光路，通过测试获得了不同环带误差下的光斑能量分布，通过模型计算获得的微透镜环带状面形误差PV值与干涉仪测试结果一致。

采用高功率双光束激光-金属活性气体（MAG）复合焊接技术对Q355ND钢进行焊接。通过调整双光束能量比分析激光能量密度分布对焊缝横截面成形、熔深及熔宽的影响，并获得了27 mm厚板“Y”型单面焊双面成型良好的对接接头。然后分析了焊缝区、热影响区的显微组织和主要元素分布，测定了焊接接头的显微硬度。试验结果表明，随着激光能量比的增大，焊缝熔深表现为先减小后增大的变化趋势，能量比的变化对熔宽影响较小，在激光能量比为0.75时获得了最深的焊缝熔深。通过调整能量比，所焊接的对接接头焊缝显微组织主要为铁素体和贝氏体。在焊接接头熔合线附近元素均匀分布，未出现元素迁移现象。硬度峰值出现在靠近熔合线热影响区附近，焊缝区硬度明显高于母材，热影响区硬度随着与焊缝中心距离的增加而逐渐减小。

围绕工字钢梁损伤识别问题,研制了一种新型双端固定梁结构光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,实现了工字钢梁振动响应的有效获取。在此基础上,研究了工字钢梁损伤自动识别方法,利用其对FBG振动传感器获取的振动响应进行处理。该方法采用小波包能量比变化偏差(ERVD)作为损伤特征,进而基于极限学习机(ELM)算法实现工字钢梁损伤状态识别。传感器仿真模拟和实验测试结果表明:设计的FBG振动传感器频率响应范围为10~350 Hz,在加速度响应范围为0.2g~3.0g时,灵敏度为6.7 pm/g,具有良好的线性度和横向抗干扰能力。工字钢梁损伤识别实验结果表明:所提方法对工字钢梁的损伤状态识别准确率达到96.7%,与常规的基于back propagation(BP)神经网络的损伤识别方法相比,准确率提高了3.4个百分点。

针对天文望远镜光学系统中镜面散射对成像质量的影响, 提出了一种基于反射镜表面功率谱密度计算离轴三反成像系统像面环围能量比的方法。基于Harvey-Shack散射模型, 提出了像面光强分布与反射镜表面功率谱密度的关系, 描述了离轴三反系统中的散射在各个反射面的传播过程, 并给出了像面光强分布与反射镜表面有效均方根相对于工作波长的比值的关系。通过多手段测量获取1.5 m口径加工样件在不同空间频率频段内的表面功率谱密度, 利用k-相关模型拟合其全频段一维功率谱密度和二维功率谱密度, 加工样件的面形精度有效均方根(在1/D到1/λ范围内)为13.7 nm。对比了离轴三反系统在不同工作波长下像面环围能量比的分布, 给出在我国某大型空间天文望远镜在考虑散射情况下的加工要求, 镜面的有效均方根为10.3 nm, 其中低频误差均方根小于8 nm。

为了研究激光-熔化极惰性气体保护焊(MIG)复合法焊接铝合金时激光、电弧两种热源各自的作用, 得出二者最佳耦合效果, 采用观察接头显微组织、焊缝截面形貌等手段, 分析了激光、电弧各自对焊缝的影响。在此基础上, 进一步测定焊缝气孔率、力学性能等参量, 探索了能量分配比例对焊接接头性能的影响规律。结果表明, 激光-MIG复合焊接6061铝合金时, 控制电弧、激光能量比在0.9附近, 辅以合适工艺, 获得的焊接接头气孔率仅为1.5%, 抗拉强度291MPa, 达母材的82.9%, 符合工程需求。此研究对不同厚度的铝合金复合焊具有普遍指导意义。

系统研究了双光束焊接过程中能量比对焊缝成形以及能量利用率的影响，采用高速摄像技术实时观察了不同能量比下的熔池行为，分析了能量比对双光束焊接特性的影响机制。结果表明，随着能量比增大，双光束焊缝熔深先减小后增大，熔宽变化规律与之相反，并在能量比为50/50时获得最小熔深和最大熔宽。不同能量比下能量利用率差别较大，能量比为20/80和50/50时分别获得最大值32.7%和最小值27.8%。熔池尺寸同样受能量比的影响，随着能量比增大，熔池长度先增大后减小，而宽度一直减小。能量比对双光束焊接特性的影响主要归因于焊接过程中匙孔状态以及熔池流动方式的改变。

雷达回波信号的有效提取是影响后续膛内多普勒信号处理的关键环节，目前内弹道工程应用中通常采用手动截取，该方法的误差较大、精度较低。针对上述问题，提出了一种雷达回波信号的自动提取方法。首先截掉明显的无用噪声部分，然后根据短时傅里叶变换(STFT)时频分析方法结合多普勒原理求出整段信号的速度，并判断出最大速度点作为有效信号的终点，利用改进的多时窗能量比法判定信号的起点。仿真信号及实际信号的实验结果表明，该方法对有效信号起点与终点提取的平均误差为0.1875 μs。

针对高功率板条激光器输出激光的高阶空间频率分量较多、光斑形状为长条形等特点，指出衍射极限倍数β值或环围能量比γ值用于评价板条激光器输出激光光束质量时需注意的条件，以及光斑能量百分比和理想光斑形状等因素对光束质量测量结果的影响，并以千瓦板条激光器输出光束为例说明基于桶中功率（PIB）的β因子的计算方法，提出以包含时空特性的β因子是作为衡量高功率板条激光器光束质量的有效方法。

对基于NSCT分解的可见光和红外图像的融合算法进行了优化技术研究。在场景复杂或有多个区域需要同时关注时,低频子图融合阶段采用简单的二值化区域分割方法并不能将不同区域的感兴趣目标有效地反映到融合结果中。所以本文采用基于最大熵的多阈值分割方法,并对每一个分割区域计算其区域能量比指导融合系数的求取;高频融合阶段采用最能保持图像细节的梯度最大规则。实验结果表明本文算法能够将多个区域中的感兴趣目标很好地反映到融合结果中,并保留了可见光图像丰富的细节信息和分辨率高特征,融合图像具有更好的视觉效果。

以大型光学系统主镜为研究对象，基于经典标量衍射理论分析了中高频误差对环围能量比(FEE)的影响。根据光学镜面面形误差近似为高斯平稳随机过程以及全频段面形误差对光强分布和FEE的影响，建立了光学镜面中高频误差梯度均方根(GRMS)与FEE之间的数学关系模型，进行了仿真分析并利用实际面形误差数据进行了验证。研究表明，FEE随着中高频误差GRMS的增加近似呈指数规律衰减，同时各频段误差将无误差时对应的光强分布边缘部分能量转移到光强分布的中心以及更宽范围，并且随着中高频误差的增大，能量转移曲线出现反复振荡。结果表明，在特定光学口径下，中高频误差GRMS值分别＜12 nm/mm以及30 nm/mm时，中高频误差对FEE的影响均＜5%，可用于控制中高频误差对FEE的影响，为中高频误差的进一步修形提供理论支持。