三维微结构在光陷阱、隐身与光场调控、超高压密封、人工生物材料等领域具有重要的应用价值。三维微结构的加工制造方法, 包括激光直写、光刻、电子与化学蚀刻等先进制造方法发展迅速, 其检测仪器有扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、激光共焦显微镜、低相干干涉显微镜, 但这些检测仪器一直受到西方发达国家垄断。阐述国内在低相干干涉显微测量方法方面的研究进展, 包括干涉显微镜的光学设计方法、装校流程、宽谱低相干干涉图处理与微结构形貌复原方法, 并给出了不确定度评定结果。结果表明: 仪器三维形貌合成不确定度为0.9 nm, 最大微结构轴向分辨率为0.13 nm。

单光子探测技术利用单个光子作为信息载体, 可以突破现有激光探测极限, 是目前国内外应用基础研究的热点。采用InGaAs/InP APD(Avalanche Photodiode)探测1064 nm激光时, 存在较大的暗计数和后脉冲概率, 影响探测的准确率。对比分析了3种淬灭方式对单光子探测电路性能的影响, 门控淬灭相比被动淬灭和主动淬灭有更小的死时间, 对暗计数和后脉冲概率有更好的抑制作用。针对门控淬灭方式对比研究了正弦门控滤波法、自差分法、双APD平衡法和电容平衡法4种方案, 以有效降低门控信号产生的尖峰噪声。通过对正弦门控滤波法探测电路的优化设计与调试, 探测电路的死时间为9.3 ns, 在9%的探测效率下暗计数率为1.64×10-6/ns, 后脉冲概率为3%。

由于SAR图像固有的相干斑噪声和海陆交界处复杂的地形影响, 利用区域合并方法在进行SAR图像的海岸线提取过程中很容易出现误合并。为解决SAR图像海岸线分割中单一分割尺度造成的误分割问题, 提出基于SLIC超像素的SAR图像海岸线分割算法, 超像素分割后再利用改进的融合光谱和纹理信息的合并代价(CT-Model)进行合并, 最后将海陆交界处的海岸线显示用来进行分割效果对比。实验结果表明, 改进后的合并准则在SAR图像的海岸线分割上具有更好的精确度。

“动中通”伺服系统的稳定环因受齿隙摩擦等因素的影响, 表现出较强的非线性特征。标准BP算法对非线性系统虽有较好的辨识效果, 但存在网络收敛慢、过程振荡、泛化能力差等缺点。为弥补这些不足, 提出了基于累积误差函数梯度的双学习步长的自适应BP算法, 以加快收敛、减少振荡, 并设置全局误差阈值控制训练次数, 进一步提升泛化能力。通过在“动中通”平台上设计实验, 验证了改进后算法在收敛性、辨识精度、泛化能力等方面都有明显提升, 可以得到非线性稳定环更精确的BP网络模型。

脉冲耦合神经网络(PCNN)具有全局耦合性与脉冲同步发放等特点, 可用于解决融合图像高频子带系数的选取不符合人眼视觉特性的问题。但PCNN在应用于多源图像融合的过程中存在着模型结构复杂、参数设置繁琐等问题, 针对PCNN的模型结构, 分析了模型优化的两类方法, 并总结了PCNN应用于多源图像融合的一般规律, 为PCNN更好地应用于多源图像融合提供了参考。

分布式综合模块化航空电子系统(DIMA)已成为未来新一代航空电子系统的发展方向。为解决DIMA系统网络通信技术方案的选择问题, 构建了系统体系结构模型, 以通信、导航与识别综合系统为切入点讨论了其与联合式系统和综合模块化航空电子系统的区别与联系；基于此, 总结了DIMA系统的网络通信需求, 并通过对比分析光纤通道、航空电子全双工交换式以太网和时间触发以太网, 确定了采用时间触发网络实现DIMA系统网络互连在实时可靠通信和系统增量升级等方面的优势。

针对航空发动机传感器硬故障, 基于模型预测控制(MPC)算法, 提出了一种“隐性”判断传感器故障的主动容错控制(FTC)方法。首先, 该方法建立包含正常模式以及传感器故障的预测模型库, 然后, 监控决策单元根据传感器测量值, 选择与之最匹配的预测模型, 并向切换单元下达切换指令, 以此达到在线容错的目的。同时, 对CMPASS-40K涡扇发动机进行了主动容错控制仿真, 结果表明, 监控决策机制能够在较短的时间内判断传感器故障, 实现容错, 而且该方法不仅能实现已知故障容错, 还能实现未知故障容错。

相参压制干扰技术在突防设备中得到广泛应用, 其作战对象——导弹防御系统雷达很难采取有效措施对其进行对抗。立足现有雷达技术, 针对基于间歇采样的相参压制干扰技术的固有缺陷, 提出一种通过雷达AGC达到对抗相参压制干扰的方法, 并通过机理分析和仿真验证, 证实该方法能够有效对抗基于间歇采样的相参压制干扰。

针对ViBe算法在进行海面远距离运动目标检测时存在噪声和干扰的问题, 在ViBe算法的基础上提出4点优化。首先, 在背景建模中扩大样本取值范围减少判别误差;接着, 根据背景的动态变化程度自适应地设定不同的阈值与背景模型更新速率, 增强了算法的自适应能力;然后, 定义一个闪烁等级, 当闪烁等级达到一定阈值时, 判定为闪烁点, 减少对海面闪烁点的误判;最后, 对输入的视频序列进行金字塔变换, 得到不同分辨率的图像, 对于不同分辨率的图像, 分别使用改进的 Vibe算法检测出结果, 并对这些结果进行融合, 再一次减少了海面闪烁点的影响。实验结果表明, 所提算法能够减少海面噪声, 以较好的实时性稳定地检测和提取海面远距离运动目标。

四旋翼飞行器姿态信息的准确性直接影响飞行器的飞行控制效果。介绍了四旋翼飞行器姿态解算常用的梯度下降与互补滤波融合算法和自适应互补滤波算法的原理, 并基于自主研发的IMU系统对两种算法的静态与动态解算效果进行了实际测量和对比分析。实验结果表明, 自适应互补滤波算法在两种情况下的滤波效果均优于梯度下降与互补滤波融合算法。

为改善Staple目标跟踪算法的运行速度, 在学习位置滤波器的过程中, 对提取的图像特征进行PCA降维；在学习尺度滤波器的过程中, 将提取的不同尺度样本个数由33减少至17, 并且通过QR分解对尺度信息进行压缩。为保证尺度估计的准确性, 在计算尺度响应时, 使用插值法将尺度响应个数插值到33。实验结果显示, 在准确率几乎不变的情况下, 所提算法可将跟踪速度提升50%左右。

空地多目标火力分配是机载空地多目标攻击系统的核心。分析了空地多目标火力分配问题的特点, 提出了不同的最优评价标准, 并根据其对应的目标函数建立了3种空地多目标火力分配模型。以自适应蚁群算法为基础, 利用遗传算子进行交叉变异操作, 结合粒子群算法的思想修改信息素更新规则, 给出了融合算法求解空地多目标火力分配问题的步骤。通过仿真实验验证了融合算法的有效性。

利用凸优化融合图论建模分析, 构建传感器阵列信号模型, 设计噪声和干扰子空间导向向量校正。采用松弛半正定(SDR)和S-过程凸优化分析, 将非线性非凸问题建模为半定规划(SDP)凸优化问题, 构建空间功率谱匹配的协方差矩阵模型, 得到传感网时空数据凸优化稳健波形成方法。提出抵达时差(TDOA)和频率相位差异(FDOA)多态融合算法, 显著提高多目标跟踪质量, 实现精确定位。仿真实验结果表明, 时空数据凸优化稳健波形成方法具有明显优势, 分辨能力优于传统定位算法。

由于隐身技术的发展和攻击战术的需要, 载机可能会进入敌方导弹不可逃逸攻击区。针对雷达型中远程空空导弹的不可逃逸攻击区内部的机动规避问题, 设计了一种基于深度学习网络的规避决策的模型, 通过蒙特卡罗仿真法建立了机动可逃逸数据库, 对网络模型进行了学习, 并仿真验证了网络输出的有效性。仿真结果表明, 学习后的网络输出在满足机动可逃的条件下, 在追逃仿真中有较好的决策效果, 可显著提高在导弹不可逃逸攻击区内的逃逸成功概率, 同时也可为飞行员执行高风险任务时的机动决策提供参考。

对于复杂环境下四旋翼无人机(UAV)在斜面上完成精准降落, 提出了一种新颖的系统框架。通过带有板载大疆Manifold, 视觉传感器guidance的四旋翼无人机实现斜面平稳降落。采用比例—积分—微分(PID)控制方法对无人机的自主降落控制算法进行了优化, Manifold对获取的导航数据进行实时计算, 四旋翼无人机可以精准到达降落点上空。提出通过代价函数筛选四旋翼无人机平台大疆(DJI) M100采集的数据, 并采用反向补偿算法完成了在斜面上的精准降落。实验结果表明, 所提算法能够有效保持四旋翼飞机在飞行时的位姿稳定, 并能在斜面上精准降落。

研究了基于暗通道先验和自适应颜色校正的密闭空间下的水下图像处理。针对传统水下图像去雾方法对光照强度不均的密闭空间内的图像处理效果不佳以及色彩失真问题, 利用暗通道原理对水下图像进行去雾后, 引入自适应红通道补偿参数, 改善红光缺失现象；结合渐晕模型对水下图像亮度通道进行校正, 降低光强对图像成像质量的影响。所提方法在真实的密闭水下环境中进行测试, 实验结果表明, 相比于传统去雾算法, 所提方法可以在有效改善图像亮度的同时还原图像色彩。

针对传统蚁群算法机器人在路径规划过程中出现收敛速度缓慢和陷入局部最优的问题, 将蚁群算法与加入虚拟牵引力和快速函数的人工势场法相结合, 引入势场合力作为蚂蚁搜索路径点的部分启发信息, 使结合后的算法具有较高的全局搜索能力, 避免了传统蚁群算法由于启发信息误导所致的局部最优问题, 同时提高了收敛速度。为了验证此方法的有效性, 用Matlab软件进行仿真实验, 结果表明机器人运动轨迹平滑, 接近最优路径。

设计了一种永磁同步电机驱动的舰载光电跟踪系统, 利用光纤陀螺实时检测光电跟踪器的运动状态, 由永磁同步电机通过齿轮间接驱动光电跟踪系统, 使其在惯性空间保持稳定。不同于陆基光电跟踪系统, 舰船受风浪影响所产生的摇摆运动会耦合到舰载光电跟踪系统, 对其跟踪性能产生较大的影响。为了减小舰船摇摆带来的影响, 降低齿轮间隙、死区、摩擦、系统模型失配等扰动的影响, 设计了舰载光电跟踪系统的干扰观测器(DOB), 利用DOB观测出包括舰船摇摆所造成的各种扰动, 将其作为补偿信号前馈到控制输入端, 减小非线性扰动对系统的影响。实验结果表明, 该方法能提高光电跟踪伺服控制单元的抗干扰能力, 有效提升系统的控制性能。

ARINC825规范是在CAN总线相关标准的基础上, 基于民用飞机高安全性的要求, 在通信调度、完整性协议、冗余等方面对CAN协议做了适应性改进而形成的一个机载总线标准, 在高层协议中增加了基于主时间片和次时间片的通信调度, 从而保证了确定性。对ARINC825的确定性进行分析, 提出了基于FPGA的设计方法, 并分别通过仿真和测试方法对该设计以及端到端传输延时进行了分析, 结果表明能够满足确定性要求。

针对导弹控制系统模飞测试中存在的测试效率低、不能模拟导弹飞行状况等问题, 提出闭环模飞测试方案, 极大地满足了导弹控制系统模飞测试的快速性、全覆盖性和有效性的要求, 能够检验系统各部分之间的协调性, 以及整个系统对大干扰的调节能力。介绍了闭环测试方案提出的必要性、原理以及实现方法, 具体论述了激励信号算法设计, 以及根据测试数据判断导弹性能的方法。仿真验证了该方案的可行性。

为了将运动模糊图像恢复成清晰图像, 提出了一种基于暗通道与低秩先验的图像盲去模糊方法。首先, 利用图像暗通道的稀疏性进行中间复原图像估计, 同时引入带权值的低秩先验约束抑制中间复原图像中的噪声, 提高模糊核估计的准确性；然后, 通过交替迭代的优化策略得到准确的模糊核；最后, 用Hyper-Laplacian先验方法得到清晰图像。实验结果表明, 提出的方法能有效抑制噪声和振铃效应, 保留图像细节, 对运动模糊图像有较好的复原效果。

提出一种基于自适应光源采样的软阴影高效逼真绘制方法。首先, 通过对面光源的部分区域进行规则采样生成多张阴影图, 再将阴影图重投影到视点下, 在屏幕空间根据比较生成的阴影差值来判断是否需要进一步细分光源采样点, 从而实现自适应的逐层采样, 避免生成对软阴影质量没有贡献的阴影图, 在保持软阴影逼真绘制的同时, 较好地提高绘制效率。