随着用户对定位精度的要求越来越高，遥感器对视轴稳定性的要求指标也越来越高。随着相机系统复杂性的提高，部组件设计完毕后复算视轴稳定性的迭代设计方法越来越不可取。为将视轴稳定性指标分解到部组件，利用线性光学理论，以某相机为例，使用CODEV得到光学系统的视轴灵敏度矩阵。在此基础上，使用蒙特卡洛法将相机总体视轴稳定性指标分解到了各部组件。结果表明，若要视轴保持0.45″（CE90）的稳定性指标，主镜、次镜、三镜应分别保证最大平移不超过0.76、1.5、2.5 μm，最大角位移不超过0.1″、0.4″、0.8″。最后，根据设计后的相机模型复算了相机视轴稳定性，结果表明满足总体指标。该方法可为复杂遥感器设计之初的视轴稳定性指标分解提供参考。

为拓展脉冲功率技术在超快诊断领域的发展和磁脉冲压缩技术的应用，基于磁性元件良好的开关性能和脉冲宽度压缩原理，采用具有多重压缩特性的级联磁开关，设计磁脉冲压缩电路，并将输出的皮秒选通脉冲应用于分幅相机时间分辨率研究。研究结果显示，磁脉冲压缩电路能产生适用于分幅相机的皮秒选通脉冲，当直流电源为500 V，磁开关电感量为1 μH，初级线圈回路充电电容为4 μF，变压器匝数比为10∶1，磁开关线圈匝数比为1∶2，复位电流为1 A，次级线圈回路和两级磁开关电路充电电容为1 pF时，获得幅值为-3.2 kV和半高宽为149 ps的选通脉冲，将其加载于采用蒙特卡洛法建立的微通道板通道内光电子动态倍增模型，通过计算随选通脉冲的时变增益和构建微通道板上的时间-增益曲线，可实现87 ps的分幅相机时间分辨率。研究结论可为应用于分幅相机的皮秒选通脉冲产生以及磁脉冲压缩电路的拓展应用提供新思路。

提出了一种基于表面双向反射分布函数（BRDF）离散测量值直接追迹散射光线的方法，以各向同性表面为例，先对随散射角离散变化的表面BRDF离散测量数据组做空间坐标转换，由散射角半球空间转换到方向余弦空间；再通过等间距赋值插等值方式得到方向余弦空间内分布的BRDF数据；然后，利用舍选抽样法不受限于累积分布函数（CDF）求解过程的优点，设计新的散射概率模型，以方向余弦空间内BRDF数值比表示离散光线的概率分布，设定检验条件筛选出散射光线的空间坐标，实现散射光线追迹。为验证本文方法的准确性与适用性，设置相同的入射角、追迹光线数量等仿真参数，编制了本文光线追迹方法的仿真程序，对不同光机元器件建模仿真，对比商用LightTools软件的仿真结果，计算二者的通用质量指数UQI作为比对评价指标。结果表明，基于舍选抽样BRDF离散数值的散射光线追迹方法，运算结果数据准确，与商用LightTools软件的仿真结果相比，UQI值均在0.998以上，且波动范围小，本方法具有良好地适用性。

为获得高幅值和窄半高宽的选通脉冲，基于雪崩三极管Marx脉冲发生器和脉冲陡化技术，设计皮秒高压脉冲电路，对应用于分幅相机的选通脉冲展开研究，并采用蒙特卡洛法建立微通道板通道内的光电子动态倍增研究模型，通过将选通脉冲应用于微通道板增益计算获取时间分辨率。研究结果表明，基于Marx脉冲发生器和脉冲陡化技术相结合产生皮秒选通脉冲的方法是可行的，当Marx脉冲发生器为三级，脉冲陡化电路的两个电感和电容分别为725 nH、7 nH、1 pF时，可获得幅值-2.8 kV和半高宽124 ps的选通脉冲。将该选通脉冲加载于微通道板上进行光电子动态倍增过程研究，通过分析和统计微通道板增益，获得分幅相机的时间分辨率约为53 ps。

为解决偏振子午面蒙特卡洛法的计算结果与测试结果存在出入的问题，文中提出了一种限定接收范围的改进算法。偏振子午面蒙特卡洛法计算过程中采集整个截面的前向散射光，但实际接收装置通常接收部分前向散射光，这是引起偏振子午面蒙特卡罗法的计算结果与实验结果存在出入乃至失配的重要因素之一。为此，改进算法限定了前向散射光的接收范围，限定的接收范围与实际接收范围一致。采用原算法和改进算法分别模拟 45°线偏振光和水平线偏振光在聚苯乙烯悬浊液中传输。选用粒径 1 μm 的聚苯乙烯悬浊液开展验证实验，通过对照测试结果，改进算法相比原算法能够更好地匹配实测结果。通过计算单个微粒的偏振状态保持情况，阐明改进算法提高计算精度的作用机理，即前向散射角愈外延，散射光的偏振态变化愈剧烈，而改进算法规避掉了绝大部分前向散射角外延程度较大的散射光。

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量一氧化碳（CO）气体浓度时，反演精度受光强、温度、压强等的影响，需要对系统的总体误差进行分析与分配。为了提高TDLAS的测量精度，降低多项误差对测量的影响，本文提出了对系统各个测量误差的分配方法。首先建立了CO浓度反演的误差模型，基于二次谐波测量原理引入了二次谐波峰值、光强、驱动电流、温度、压强和光程几项误差；其次，利用随机化方法分别研究了系统各项误差对浓度误差的影响，并通过数值拟合的方法推导了浓度误差与各项误差的关系，比较了浓度误差对各项误差变化的灵敏度；最后，根据求得的灵敏度关系，综合考虑浓度测量要求以及现有器件的工艺水平，对各项误差进行了合理、有效的分配。利用蒙特卡洛法对本文所提出的各项误差分配方案进行了仿真，仿真结果表明，在CO体积分数为2.5%时，该误差分配方案可使浓度测量的绝对误差小于0.025%。在实验室条件下对体积分数为2.5%的CO进行了测量，其绝对误差小于0.01%，实现了对CO气体浓度的高精度反演。本文的研究结果保证了TDLAS浓度检测系统在多项误差影响下的测量精度，同时，可有效降低系统的设计难度和经济成本，对仪器的开发和应用具有重要的指导意义。

水下无线光传输面临功率衰减和时域宽度变大的问题，蓝绿光长距离传输特性更难以测试。利用蒙特卡洛法对水下蓝绿高斯光束传输过程进行仿真，分析海水类型、传输距离和发散角等因素对接收功率及脉冲响应的影响，数值对比小发散角情况下不同海水类型和传输距离的接收面上功率分布。结果表明，随着海水衰减系数、传输距离和发散角的增加，接收功率逐渐减小，时域宽度扩展变大。其中浑浊港湾海水在10 m以上传输距离时，接收功率受发散角的影响微乎其微，而时域宽度随发散角的增加由0.32 ns变为0.8 ns。虽然传输距离相差一倍，纯海水和清澈海水功率相似度依然高达99%。基于海水衰减系数的差异性，利用功率相似度和面积比来研究水下长距离的传输，可高效快速地获得长距离传输特性。