在捷联寻北仪工作过程中，摩擦非线性造成转台伺服系统低速不平稳性，导致陀螺输出漂移变大，影响寻北精度。为了提高伺服转台速度平稳性，设计了自抗扰控制器，实现转台的稳速控制，保证转台快速、平稳定位，以便减少陀螺漂移。仿真结果表明，与采用 PID控制相比，速度稳定回路获得较好的动态性能，快速性、平稳性和抗干扰能力都得到提高；实验结果表明，动力调谐陀螺输出更加平稳，减小了陀螺输出的随机漂移，寻北误差从 34.4″减小到 27.7″，有效地提高了系统的寻北精度。

针对提高光纤光栅折射率传感器抗干扰能力以及增加反射率的需求，本文提出了一种基于 Fabry-Perot腔的保偏微结构光纤 (PM-MOF)布拉格光栅折射率传感器。根据传输矩阵法和有限元方法，分析了微结构光纤光栅 F-P腔中被测物折射率与 F-P腔反射谱中两个偏振模谐振波长差的关系，在此基础上讨论了中心孔直径、 F-P腔长度等参数对传输特性的影响。研究结果表明，随着空气孔中填充物折射率的增加，保偏微结构光纤光栅 F-P腔的两个偏振态的谐振波长差将逐渐减小； F-P腔的干涉作用使反射率较单个光栅有很大提高，便于长距离传输和实时解调；两个偏振模对外界干扰具有相似的响应，因此该传感器具有更强的抗干扰能力。本文研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。

针对干涉型光纤传感器信号传感的原理特点，本文提出了一种光正交外差解调技术。该方法使用可调光纤延时线进行传感光信号延迟的精确调整以实现正交外差解调，从而减少了光电探测器的低频噪声影响。与常规的外差解调技术相比，提出的解调结构方案消除了电子移相元件所带来的额外电子噪声与环境温度变换引起的相位漂移。通过压电陶瓷环谐振特性测量实验，表明了提出的基于光正交外差的干涉型光纤传感器解调技术可以有效地进行干涉振动信号的解调，实验取得的最小可探测相移量可达到 9.2×10-5 rad。

波导式光学吸收池在气体浓度测量等领域有广泛的应用前景。本文理论分析了在普通扩散环境和压差环境下波导式光学吸收池的时间响应机理和特性，并搭建了相应的传感系统，优化系统结构进行了实验验证。通过对低浓度的甲烷和甲苯气体的测量实验，验证和修正了响应时间的理论模型。实验结果表明，优化系统在可以大幅降低响应时间的同时，保持较高的灵敏度，为波导式吸收池的设计与优化提供了重要的参考。

本文通过评估 635/808双波长低强度激光照射对术后病人创口愈合的影响，以给临床应用提供病例参考。随机选取外科手术治疗的非恶性肿瘤患者 60例，试验组和对照组各 30例。试验组使用 635 nm/808 nm双波长激光辅助切口治疗，对照组以波长 635 nm的 He-Ne激光辅助治疗。激光器发出两路激光对受试者切口部位进行照射治疗，一路波长为 (635±5) nm，光功率密度 1~6.5 mW/cm2，另外一路波长为 (808±5) nm，光功率密度为 11~32 mW/cm2。激光照射治疗开始于手术结束 24 h之后，每天一次，每次照射 15 min，至治疗终点 (出院或切口愈合拆线)，双波长激光器最大功率密度控制在 40 mW/cm2以下(可调节)，最大能量密度在 36 J/cm2以下(可调节)。He-Ne激光器输出功率最大为 100 mW, 每天一次，每次照射 15 min，至治疗终点 (出院或切口愈合拆线 )。试验表明， 635/808双波长低照度照射能够促进创口愈合，治疗效果好于 He-Ne激光器。

本文采用衍射角谱理论对衍射光学元件的光场分布进行数字计算。该理论包括两种表达方式：既可用含有传递函数的等式表达，也可用含有点扩散函数的等式表达。这两种计算方法在本质上是一致的。然而，在 MATLAB计算过程中，它们又具有不同的适用条件，通过分析，将它们分为近场算法和远场算法，并且展示了它们的计算实例。结果表明，在标量衍射理论成立的条件下，不改变衍射元件抽样间隔和抽样点数，利用这两种算法能够快速、准确计算不同位置处的衍射图样。该方法对衍射光学元件像面光场分布的精确计算具有重要的意义。

为了有效校正激光直写中的邻近效应，提出了声光调制器低分辨力时邻近效应的校正方法。该方法首先利用误差校正迭代方法以虚拟的高分辨力声光调制器对直写图案进行校正，再将此时的曝光量数据转换圆整以适用于低分辨力声光调制器，然后对各误差区域重心的最邻近光点在曝光数据调制范围内以曝光当量为步长进行遍历寻优。该方法可有效克服误差校正迭代方法不能以低分辨力声光调制器校正直写图案以及寻优不彻底的缺点。实验表明，以“ L”直写图案为例，本文方法使低分辨力声光调制器时的图案误差相对于原始误差减小了 70.88%。

为解决光电经纬仪上高速率、高分辨率实时图像传输及处理瓶颈问题。本文提出了基于光纤传输的实时图像处理平台体系架构思想，设计了以 FPGA+多核 DSP结构的图像处理单元，实现高速实时图像经光纤传输至处理单元。在此基础上，开发了自定义的光纤图像传输协议。利用该协议，使得图像处理系统与各个分系统之间的光纤互联，以及高速实时图像光纤传输至显示子系统，处理子系统和记录子系统。本文阐述了系统总体结构思想，系统硬件原理设计和软件设计，并对其中的图像光纤传输协议设计，多核 DSP处理单元设计等进行详细介绍。搭建了实验测试平台，通过实验平台对系统进行测试和分析。实验结果表明，实时图像在光纤上进行 3.125 Gb/s、在 FPGA与多核 DSP之间进行 3.125 Gb/s速率上传输，系统稳定、可靠、误码率低，且具有处理能力强、抗电磁干扰性能强等优点，并已应用到实际工程项目中。

为了在微小型零件装配过程中始终获得质量最佳的零件图像，对显微视觉照明光强的自动优化问题进行了研究。为实现对零件的轮廓边缘与表面细节的照明，基于同轴光源与环形光源开发了照明自动控制系统。对比分析了四种图像质量评价函数的照明优化性能，提出了基于 Roberts梯度和函数的图像质量评测方法，并应用于研制的装配系统。装配实验结果表明，光强优化过程快速准确，光强优化后目标边缘的对比度显著增强，消除了零件误识别现象，满足微小型零件高精度装配自动化的要求。

针对 EMCCD——CCD97的应用，本文在分析其增益曲线特点和倍增时钟功耗的基础上，给出了 CCD97倍增时钟的驱动电路设计。该电路由隔离推挽电路和可调电源组成：隔离推挽电路产生倍增时钟的波形；可调电源可以调节倍增时钟的幅值，且调节精度随着幅值的增加而增加，可以部分抵消 CCD97倍增增益曲线的非线性。文章最后给出了驱动电路的输出波形以及 CCD97的倍增图像。结果表明所设计的驱动电路能够产生符合要求的倍增时钟，可以实现 CCD97的倍增成像和增益调整。

针对航空摄影稳定平台中非线性、多干扰的控制问题，采用自抗扰控制方法对三框架稳定平台进行分散独立控制。利用拉格朗日定理建立了考虑外部干扰的三框架结构稳定平台的动力学方程。设计独立的扩张状态观测器对每个环架的未知模型动态与外部扰动进行动态估计和补偿，采取非线性状态反馈控制以提高系统的控制性能。通过仿真和实验证明采用该方法设计的控制器不仅能满足系统稳态精度的要求，而且有效抑制了负载变化和不确定性扰动对系统的影响，提高了系统的稳定性和适应性。

针对民航机场场面目标的精确跟踪问题，以广播式自动相关监视传感器 (ADS-B)和多点定位传感器 (MLAT)为基础，提出了一种基于地理引导信息的多传感器融合跟踪方法。该方法通过分布式滤波来协调异类传感器的相互关系，实现航迹融合。滤波过程依据机场地理信息进行自适应控制，通过变结构的多模型来提高跟踪精度。实验表明了该方法不仅具有较高的跟踪精度，而且具有工程应用价值。

为了深入研究细光束穿越可压缩混合层后光束畸变的机理，本文提出将双曝光 CCD相机成像技术与纹影技术相结合进行流场与光束畸变的同步测量。利用纹影技术获得可压缩混合层密度梯度场特征，进而获得大尺度结构的密度梯度场分布；利用 CCD相机成像技术获取通过混合层后光束畸变特性；双曝光技术的引入可以得到大尺度结构的移动对细光束畸变的影响。实验研究结果表明：流场中大尺度结构的存在导致了光束的偏移和模糊，而这些大尺度结构的移动的确可以使经过它们的光束随之移动。

为提高被动定位技术的精度与环境适应性，本文提出运用一种新的非线性滤波方法 —扩展容积卡尔曼滤波算法进行多角度传感器目标定位；它首先利用 EMD(经验模态分解 )算法对目标的量测噪声协方差矩阵进行估计；然后，将过程噪声协方差和量测噪声协方差融入循环过程；同时，为保持算法的稳定性和正定性，利用求平方根的形式对算法改进。通过对扩展容积卡尔曼滤波与 UKF(不敏卡尔曼滤波 )算法跟踪目标的结果进行比较，在运算复杂度与 UKF相当的前提下，扩展容积卡尔曼滤波算法不仅可以对未知量测噪声情况下的目标进行跟踪，而且显著提高了被动定位的精度。

针对雷达对运动目标的测距问题，根据运动目标在宽带线性调频脉冲照射下的回波特点 , 提出了一种采用 Radon-Wigner变换进行运动目标测距的方法。该方法首先研究了运动目标多散射点回波信号经 Stretch处理的数学模型，然后针对处理后回波的叠加性和线性调频特点，利用 Radon-Wigner变换的时频聚集特性，对其进行调频参数的估计，进而实现匀速运动目标的测距。仿真结果表明，该方法对运动目标的测距是有效的。

光电成像跟踪过程中，目标距离较近时，将在视场中呈现出扩展目标的特性，其成像大小将随着距离的减小迅速增大甚至溢出视场。此时传统的质心、形心、相关跟踪会出现跟踪点跳动或漂移的问题，严重时甚至出现跟踪丢失的现象。针对这一问题，提出了结合目标运动与主轴方向的目标头部跟踪方式，通过跟踪目标头部确保背景在视场内占据一定的比例，避免了目标充满视场而导致的分割失败或跟踪点在目标上滑动的情况。通过对目标的二值图像进行形态学滤波并计算头部的形心，进一步提高了头部跟踪点的稳定性。仿真测试与外场试验表明，该方法显著提高了跟踪的稳定性与可靠性。

反射层析激光雷达成像具有系统简单及对湍流不敏感的优势，但普通脉冲发射信号难以兼顾远距离和高精度探测的要求。基于上述情况，本文提出了一种基于啁啾脉冲信号的反射层析激光雷达成像处理方法。该方法首先对啁啾脉冲回波进行相干压缩处理，通过对处理后信号的包络提取得到目标在各方向的反射层析投影数据，最后利用卷积反投影算法实现高分辨力的图像重构。仿真结果表明，在同一投影角度，利用该方法得到的包络与目标反射率投影相一致；在投影角度范围大于 60o时能够得到目标的轮廓信息，角度范围越大，成像越精确。研究结果验证了该方法的有效性。

针对隔振对光电跟踪系统频率响应特性的影响，从带隔振装置的光电跟踪系统动力学模型入手，研究了系统频率特性的变化规律。提出了两种抑制隔振装置影响的思路：调整隔振装置机械结构设计，改善基座的角运动谐振特性；通过调整方位轴控制策略消除基座晃动对跟踪控制的不利影响。对后一种思路进行了深入的研究，将基座和光电系统的角位置和角速度实测信息作为状态变量，采用状态反馈配置极点的方法，消除速度响应环节的谐振极点，抵消谐振零点。对安装在隔振装置上的某光电跟踪系统进行仿真实验结果，在保证稳定的前提下，状态反馈配置极点方法将稳态振荡的幅值由 2.4×10-4 rad减小到 7×10-6 rad。结果表明，采用状态反馈配置系统速度响应环节闭环期望极点的方法可以有效抑制隔振装置对光电跟踪系统频率特性的影响。

地基大视场天文光电观测系统获取的序列图像中，空间目标和数目众多的恒星目标成像特性相似，两者的区别主要是其运动特性差异。以圆轨道空间目标为例，并忽略地球自转的影响，分析了低轨道空间目标在不同仰角处的运动特性；在建立地平坐标系和时角坐标系这两种天球坐标系的基础上，分析了恒星目标·在不同方位不同仰角处的运动特性；比较了空间目标和恒星目标在视场中运动特性的差异，结果表明恒星目标的运动体现为慢速运动，而空间目标表现为明显的运动特性，且在短时间内可以认为是匀速直线运动。

为解决光电跟踪伺服系统受电机力矩波动影响产生的速度波动问题，提出了一种改进的自抗扰控制策略进行力矩波动补偿。该算法主要由两部分组成：通过扩张状态观测器辨识出系统扰动，然后将该扰动前馈到系统控制量中去，构成复合校正系统；反馈通道中采用两参数的比例微分控制器，可以保证系统的稳定性和良好的动态特性。仿真分析和实验结果表明：与同等闭环控制带宽的 PI控制器相比，自抗扰控制器可以提高系统对扰动力矩的抑制能力，采用自抗扰补偿时，速度误差的峰值由 1.88%降低到 0.65%，速度误差的均方根值由 0.8%降低到 0.2%。实验结果证明提出的方法能够有效降低电机力矩波动的影响，提高速度平稳性。

紧凑型高精度高可靠性多路激光合束与扩束结构的设计在工程应用中具有非常大的价值。在此背景下创造性地提出一种对基准平台进行分体式铸造，将短、中、长三波段多个激光器安装于长宽高分别为 1 280 mm、990 mm、 815 mm的舱内小空间及具备空间位置调整的紧凑型结构设计方案。对某型激光合扩束主体结构进行了设计，同时对部分重要部件进行了有限元静力学分析。在该平台中各路激光器沿激光出射方向的角度调整量均大于 ±30′，平台总质量为 600 kg。该过渡基准平台系统在承载转台负载的前提下，其受力最大应变量为 0.005 mm。这表明该结构完全能够满足这种激光器的小空间合扩束及调整要求，该方法可以推广到其他光路合束结构设计中。

根据半主动式激光导引头的目标探测原理，提出了四象限光电探测器的目标位置解算偏差模型，以及由探测器信号测量一致性引起的测量误差模型，据此进行了数值分析计算和试验验证。数值分析与试验结果表明，目标位于跟踪区外侧时，电路的目标位置解算偏差起决定作用，目标位于跟踪区中心时，探测器测量一致性误差起决定作用。利用本文的分析方法，可在激光导引头跟踪性能试验中，对其跟踪性能指标进行深入的分析与评价。

以激光制导**半实物仿真系统为背景，对激光目标模拟器进行了分析研究，设计了一套实时性好、精度高的激光目标模拟器。对该激光器的组成及设计方案进行了论述，并重点对其中的实时能量衰减系统和可控扩束系统进行了研究和设计。仿真试验结果表明，该激光器能实时模拟激光光斑能量及大小的变化，满足了激光制导**半实物仿真的需求。

前期的工作已经证明，由于共振效应和渗透深度的增加，利用毫米尺度对称金属包覆波导和自由空间耦合技术，可获得毫米量级的古斯 -汉欣(Goos-H.nchen)位移。本文在此基础上，利用一对对称金属包覆波导组成级联型结构，研究了这种结构中古斯 -汉欣位移的增强效应。实验结果表明：当激光波长变化 43 pm时，由 CCD探测器测量得到的古斯 -汉欣位移达到了 2 215 μm，约为单级波导古斯 -汉欣位移的 2倍，实验结果与理论推导完全一致。

在 LiNbO3单模波导上利用双光束干涉可形成光折变波导光栅，针对粗波分复用系统提出了通过实时改变双光束之间的夹角进而改变光栅间距，实现可调谐滤波的方案。利用光折变动力学理论，得到光栅调谐时间在毫秒数量级。研究发现，适当提高光强和增加杂质掺杂浓度可提高衍射效率、减少光栅初次建立时间。基于耦合波理论的数值模拟结果表明，增大光栅长度能使衍射效率提高且带宽变小，而增加折射率调制度使衍射效率提高但同时带宽变宽。在折射率调制度为 8×10-5，光栅长度大于 12 mm时，可获得 91%以上的衍射效率和小于 0.08 nm的带宽。