对于卫星姿态滑模变结构控制问题,文献[1]提出了反馈线性化方法,但在病态情形中给出的确定逆矩阵方法涉及一个参数,如果参数过大,则控制精度较差;如果参数过小,则控制能量消耗较大.针对这一问题本文提出了利用广义逆矩阵求解控制律的方法,这种方法不仅控制精度高,而且能够大幅度地节约控制能量.

研究空间运动目标到机动摄像机的距离的估计算法.通过相邻帧图像中同一目标上四对特征点的匹配,计算相邻采样时刻目标相对摄像机的距离变化量,结合目标的方位角、俯仰角、特征线度和摄像机的空间坐标,求解一个四阶非线性方程,得到前一时刻目标与摄像机之间的距离,随即确定出当前时刻上目标到摄像机距离.阐述了测距原理,推导了测距方程,最后给出了相应的实验数据.研究表明该方案通过两幅图像即可实现对目标的被动测距,缩比模型试验证明了算法的正确性和有效性.该方法适用于能够面成像的刚体三维运动目标.

针对全混洗互连网络在光通信和光信息处理中的应用,提出一种利用二元光学方法制作的深浮雕微闪耀光栅列阵构建全混洗(Perfect Shuffle,PS)光互连网络的方法.该方法通过逆混洗(Inverse Perfect Shuffle,IPS)和左混洗(Left Perfect Shuffle,LPS)的串联,构成多级的可重排、无阻塞的Omega网络,采用二分图法(Bipartition Graph)依次确定各级节点开关的状态(直通或交叉),最后通过偏振分光棱镜(Polarizing Beam Splitter,PBS)、半波片(λ/2wave plate)和PS Plate的组合,得到可重排、无阻塞的Omega网络交换模块.理论分析和实验结果表明该模块可以实现N=8输入信号按任意序列输出,不会发生路径冲突.该方法实现的全光交换和排序具有自由空间交换、交换透明、串扰小、带宽高的特点,在光通信以及信号处理中具有一定的应用.

基于非等臂双M-Z光纤干涉仪的量子密钥分发系统,这种量子密钥分发系统容易受到外界环境的干扰导致相位漂移,而干涉的稳定性直接关系到密钥分发的误码率.利用跟踪相位随机漂移和实时统计方式实现稳定量子密钥分发,成功进行了75Km的量子密钥分发实验.跟踪相位随机变化实现稳定密钥分发具有系统结构简单,容易操作,同时密钥分发时间上具有一定的随机性,因此减小了窃听者获得信息的概率.

本文基于光纤布喇格光栅和光环行器提出了2×2双向光交叉连接器光串扰分析模型.分析了基于新型模型的相干串扰与非相干串扰的原理、特性以及它们对系统性能的影响.我们采用蒙特卡洛方法进行仿真实验,仿真结果表明,新型双向光交叉连接器的相干串扰将随着波长数的增加而增加且具有较小的功率代价特性.这种新型的双向光交叉连接器通过级联可扩展到N×N的波长路由.它在未来的全光网络中有较好的应用前景.

当前以太无源光网络中动态带宽分配算法主要是基于轮询机制.其中限制带宽分配算法根据各个ONU发送的队列长度能够动态分配带宽,但是这种算法不能实时获得各个ONU的队列长度.因此,利用维纳滤波的方法对自相似业务流量进行预测,预测的结果应用于限制动态带宽分配,得出一种改进的动态带宽分配算法.这种改进算法通过预测ONU的队列长度,更确切地反映了其状态信息,有利于OLT进行准确地带宽分配.对这种算法进行了仿真分析,在业务负载介于0.1～0.5的情况下,平均包时延比较接近0.1ms,达到了改进目的.

光纤陀螺作为敏感角速度信息的元件对其精度要求较高,仅在硬件方面提高它的精度会极大的增加成本,工程应用中不经济,而从软件设计对光纤陀螺信号进行处理以提高精度便显得尤为重要.小波分析作为一种新型时频共域滤波器,处理二维信号取得了很大的进展,而在实时处理时间信号领域成果相对较少,为此,介绍了小波分析理论并提出了小波分析对光纤陀螺信号实时处理的工程应用方法.

由于采用普通照相机拍摄的照片可能出现图像扭曲、交叠和倾斜,现有的图像镶嵌算法仍不能有效的进行处理,而且在这方面的研究也相对甚少.本文针对此问题,提出了一种适用于图像发生任意角度的旋转变换下仍可实现精确镶嵌的算法.即首先是采用Harris算子进行角点提取,使提取的精度达到亚像素级;然后根据这些角点信息建立图像间的角点对应关系,并由此得到投影变换矩阵;接下来采用图像变形技术,通过逆向映射重建发生空间变换的图像,由此得到的变形图像与源图像再进行无缝拼合.实验证明,该算法是有效的,具有较高的镶嵌精度.

鲁棒性是数字水印最基本的要求之一,水印嵌入的位置和强度直接影响到水印的鲁棒性.本文提出了一种新的基于离散脊波变换(DRT)的盲水印算法,利用脊波变换对线状奇异性的稀疏表示特性,找出图像中视觉重要信息,并将水印嵌入其中,提高了水印的鲁棒性.根据图像局域脊波系数来选取水印嵌入强度,保证了水印的不可见性.水印提取不借助于原始图像,能实现盲提取.在强烈攻击的情况下,实验结果表明,此方法对JPEG压缩、滤波、噪声、裁剪等攻击具有很好的鲁棒性.

文章讨论了在DCT域中进行红外视频图像预处理的可能性,并提出了一种基于DCT域的压缩视频预处理算法.该算法通过DCT域低通滤波、系数变换和对比度拉伸实现了红外图像的增强处理.仿真结果表明,提出的算法克服了对视频压缩、解压再处理的弊端,提高了系统的整体性能和响应速度,改善了视频图像的视觉效果.

对于非线性系统估计问题,高斯粒子滤波器可以获得近似最优解,与粒子滤波器相比其优点是不需要重采样步骤和不存在粒子退化现象.采用高斯粒子滤波代替当前模型自适应跟踪算法中的卡尔曼滤波,将高斯粒子滤波与当前统计模型的优点相结合,提出了一种新的当前统计模型自适应跟踪算法,用于非线性非高斯系统的机动目标跟踪.MonteCarlo仿真表明,该算法跟踪精度优于标准的交互多模型算法和当前统计模型自适应跟踪算法,实时性好于交互多模型粒子滤波算法.

文章基于激光的传输和散射物理特性,建立了激光信号探测的二维解析模型,得到了在不同探测角度条件下的散射场能量,导出了后向散射光的到达延迟时间与探测角度和离轴距离关系的理论公式.在近轴、远距离传输情况下的离轴距离与延迟时间成简单的线性关系.延迟时间虽然取值很小,但大于脉冲宽度,提出了采用精确测量接收信号的延迟时间来实现二维空间中激光束离轴定位的方法.

报道了一台LD端面抽运Nd:YVO4晶体的内腔三次谐波转换的全固态连续紫外激光器.在谐振腔内,1064 nm的基频波经Ⅱ类相位匹配KTP晶体进行二倍频产生532 nm波长激光,二者再经Ⅰ类相位匹配LBO晶体进行和频获得355 nm紫外激光输出.在Nd:YVO4晶体的外端镀1064 nm/532 nm双波长高反膜作为输入镜,其与输出镜构成平-凹腔结构,并考虑到Nd:YVO4晶体所产生的热透镜效应,对腔长进行了详细的分析计算.当LD抽运功率为3W时,获得4.2 mW连续运转的355nm紫外激光.

多层膜光栅是集多层膜的高反射率与光栅的高光谱分辨于一身的新型光学元件,它的出现使得在极紫外/软X射线(EUV/SXR)波段采用非掠入射、高光谱分辨率的分光元件成为可能.对多层膜光栅的衍射特性进行了分析,这些衍射特性使多层膜光栅能够作为核心部件,实现很多新颖的EUV/SXR光谱仪器,如窄带X-UV单色仪与多色仪.近年来,多层膜光栅的制备领域不断地出现新的思想与方法,同时多层膜光栅的实际应用也不断增多.多层膜光栅作为一种重要的光学元件,在天文学、物理学和材料科学等领域具有广泛的用途.介绍了多层膜光栅在众多研究领域中的应用.

应用一维时域有限差分方法研究各种条件下一维二元光子晶体的偏振带通滤波特性,具体数值分析了掺杂层位置、厚度、电磁参数、入射角度四种因素对偏振滤波特性的影响.数值结果表明传统意义上的光学多层膜是一维二元光子晶体在光学厚度满足四分之一波长时的特例;可见光区的偏振滤波器的窄带滤波特性与掺杂层的位置有关,掺杂层在整个膜中间位置时偏振分离效果好,掺杂层的厚度与周期层厚度相差越大则分离效果越好,两组元折射率相差越大越易形成禁带,入射角越大禁带越窄,偏振的分离度越好.特别是P偏振局域模更多;在线度参数相同的情况下介质电磁参数对禁带有较大影响,禁带只有在两组元折射率相差越大才能形成,介质损耗同样是不可忽略的因素;光源的入射角对禁带有重大影响.本文的研究对光子器件的设计有一定的指导作用.

根据Sellmeir方程的系数在Lorentz模型中的意义所表明的数量关系,将该方程简化.对实验数据作适当的组合和变量替换,将修正的Sellmeir方程展开成多项式对实验数据进行拟合.根据对误差曲线的分析以及有关系数在Lorentz模型中作用,对该系数作进一步优化,最后确定修正的Sellmeir方程系数.得到在近紫外和近红外光谱区,方解石的修正的Sellmeir方程的系数分别为别为 Ao=2.6926,Bo=0.0192,Co=0.0195,Do=0.0143;和Ae=2.1846,Be=0.0085,Ce=.0143,De=0.0023,拟合结果的误差平方和分别为1.13×10-7和1.72×10-8.本结果可在计算方解石色散特性时使用,本方法可在拟合其它材料的色散方程时使用.

本文从原理和实验两方面提出了一种明显提高相位测距分辨率的方法.应用差频模拟锁相环(APLL)专用集成电路KD080H,作者设计制作出一种环路噪声带宽小于1Hz的晶体分频APLL,并成功用于相位检测频率1.5kHz的相位测距系统.实验表明,在光电信号频率为15MHz,晶体滤波器带宽500Hz,所得信号信噪比仅为40dB的条件下,测距分辨率可优于0.5mm,比应用中心频率1.5kHz带宽50Hz的有源滤波器测距系统的分辨率提高约7倍.该方法还具有结构简单,成本低,使用方便等优点.

给出了"频率(波长)红移法"测量半导体激光二极管热阻Rth的原理:由于温度变化引起LD峰值波长的变化△λ,间接得到温度变化△T;由注入电功率和输出光功率间接得到热耗散功率.克服了以往测试方法复杂、投入高、效率低等不足,而且可以与LD其它参数测试结合,投入少,适合于LD规模化生产和产品研制改进.介绍了Rth测试系统硬件和软件的实现方法以及测试实例.

提出一种测量由力矩电机驱动的稳定转台摩擦参数的方法.通过对转台自由减速过程速度曲线的拟合,以及电机启动过程电流的测量,可以得到最大静摩擦力矩、库仑摩擦力矩、粘滞摩擦系数和转动惯量.建立了稳定转台摩擦的仿真模型.针对一个单轴稳定转台进行的仿真和实验结果表明,在扰动换向时产生的稳定误差尖峰由扰动换向时的阶跃摩擦干扰力矩产生.仿真获得了和实验一致的精度结果.对进一步提高稳定精度的方法进行了分析.

平行度测试仪是检测大型光电经纬仪多光轴系统平行度的设备,要求平行度测试仪的精度要达到0.5".方法是利用一块反射镜和两块五棱镜将一束准直光束分光成两束平行光束,大型经纬仪的两个光学系统分别接收这两束平行光,两束平行光所成像的脱靶量差值即为两光学系统的光轴平行度.利用两个精度为0.1"的自准直平行光管和一块平面反射镜检测平行度测试仪精度.经检测标定后平行度测试仪的精度可达到0.5",能够很好的满足检测平行度为2"的光学系统的检测.

对多关节测量机的参数标定方法进行了研究,研究方法主要包括:根据Denavit-Hartenberg方法,在空间坐标转换的基础上建立了六自由度多关节坐标测量机的数学模型,进而讨论杆件间相对位置关系,研究了模型中系统参数及运动参数的标定问题,并设计一种全新的标定球,在此基础上又结合最小二乘法和迭代法的标定方法实现了参数的标定.实验证明运用该标定球能成功地进行系统参数的标定,精度可达到0.05 mm,并通过计算和实验验证了该标定方法的可行性.

在建立闭环光纤陀螺光路数学模型的基础上,结合检测电路的闭环算法,分析了光源光功率、偏振度对闭环光纤陀螺的影响,推导出闭环光纤陀螺固有的标度因数误差,并进行了计算机仿真和实验验证,结果表明在实际闭环光纤陀螺中电路增益已经足够大使得光功率波动对其没有影响;通过减小和稳定光源出射光的偏振度有利于降低陀螺噪声,提高零偏长期稳定性和减小闭环光纤陀螺固有标度因数误差.

设计了一种采用新型读出电路的CMOS图像传感器,该器件电路结构简单,由四个MOS管,一个电容构成;驱动信号源少,只需两个相配合的脉冲;功耗小于0.7mW;单端输出方便模数转换的视频信号;可以实现片内差分.给出了理论分析和电路模拟仿真的结果数据及波形.采用标准1.2μmN阱DPDM CMOS工艺设计了一个256元的实验器件,像元中心距为25μm,器件尺寸大小为1mm×11mm,并对器件进行了主要参数的测试和数据分析,验证了该器件的功能.

TDI CCD相机辐射定标的目的是建立输入辐亮度和探测器数字化输出之间的关系,为相机提供调光参数.本文推导了辐射定标的原理,并针对特定的TDI CCD相机在应用光学国家重点实验室里使用积分球对其进行了基于光谱辐照度灯的辐射定标,标定了TID CCD相机响应的线性度、TDI CCD相机响应分别与增益和级数的关系,根据实验结果我们得到了在不同的辐亮度值下的增益和级数参考值,从而确定了TDI CCD相机的调光参数,并给出了标定的误差和各项误差源的影响.

介绍了猫眼光学误差对激光跟踪三维坐标测量系统的影响及猫眼光学误差的主要来源,设计了一种猫眼光学误差的测量原理并构建了相应的测量装置,论述了测量数据处理方法以及在进行激光跟踪三维坐标测量时对猫眼光学误差进行修正的方法.在数据处理过程中,使用了非线性拟合算法来消除半球偏心和安装偏心对测量结果的影响,使用了二维插值算法来获取猫眼在任意入射方位角处的光学误差值.使用所构建的测量装置对Leica公司生产的CER75猫眼的光学误差进行了实际测量并对测量数据进行了处理.实验结果表明,被测猫眼在其接收角范围内的最大光学误差约为4μm.

Nomarski棱镜广泛应用于微计量检测系统,其应用特点在于将一束偏振光分解为两束振动方向彼此垂直的偏振光,从而形成干涉成像.在构成的微分干涉相衬显微镜系统中,系统相干面的位置可以通过Nomarski棱镜的结构参数来决定.本文根据相干平面与系统物镜焦面重合的准则,建立了棱镜各参数间的关系模型.在分析Nomarski棱镜各参数关系基础上,利用计算机模拟了棱镜各参数的优化设计,绘制了相应参数间的关系曲线,为棱镜的设计提供了理论依据.

空间外差光谱技术是一种可实现超光谱分辨率的新型光谱分析技术,该技术综合光栅与FTS技术于一体.介绍了空间外差光谱仪基本原理以及系统光学结构,并对其性能进行了分析讨论.以实验室搭台的方式建立了空间外差光谱仪原理试验装置;经检测,装置在591nm波段的光谱分辨能力达17700,光谱范围为17nm.在原理试验装置上进行了激光、连续光谱、Hg双线和Na双线光源的空间外差光谱实验.实验结果显示了空间外差光谱技术在超高光谱分辨率探测的能力.

本文分析了现有遥感图像模拟方法的特点,介绍了地物波谱知识库的建立情况与应用意义,论述了光学传感器的成像特点及地面实测数据与遥感反演数据之间的转换关系.本文在对TM图像的光谱波段进行细划分的基础上,提出利用波谱知识库的数据支持来模拟获取具有更高光谱分辨率的细分光谱光学遥感图像的方法.本方法依据光谱数据库等先验知识的支持,通过遥感成像时辐射传输的模拟运算,在宽光谱光学遥感数据提供的图像纹理信息和地类信息的基础上,获取细分光谱波段的模拟光学遥感图像,同时避免了难以接受的计算量.细分光谱模拟图像的实验结果表明,本方法能够较为可靠的模拟出真实高光谱分辨率图像的信息,模拟方法可信.

在光电混合的体全息系统上实现虹膜识别.利用小波包分解生成特征图像,并且穷举找到具有较高识别率的小波包节点组合.耗时的特征图像生成和图像存储都是事先进行的,光学体全息凭借其多通道和高并行性可以实时地完成特征提取和相关.计算机对采集到的相关结果进行后处理,通过选择合适的窗口和归一化可以进一步提高识别率.模拟识别率可达98%,实验中的最高识别率为91%.实验结果证明了方案的可行性,并为今后向实用化方向发展奠定了基础.