空间薄膜反射镜由于其具有极低的面密度, 极高的体积包装效率、低的制造成本等优点, 在未来大口径空间光学系统中具有广泛的应用前景。主动面形控制是薄膜反射镜的关键技术之一。按作动器作动的位置不同, 对主动面形控制进行了分类, 分析了各种作动器的特点, 从数学建模和试验验证两个方面对边界作动的主动面形控制和面内作动的主动面形控制的研究进展进行了综述, 重点评述了面形控制的理论模拟方法、已有的面形控制试验设备及所验证的内容, 最后对主动面形控制的研究方向进行了展望。

本文建立了环形激光器输出光椭圆度的数学模型, 计算分析了输出片的应力作用对顺时针和逆时针方向输出光椭圆度的非对称影响。搭建了环形激光器双光路稳频系统, 测量了顺时针和逆时针方向的输出光椭圆度。从理论和实验上证明了在输出片应力作用的影响下, 通过测量顺时针和逆时针方向的输出光椭圆度进行调腔的方法不能实现环形激光器的非共面控制。

陀螺信号解调是激光陀螺研究领域中的一个重要课题, 但一直以来却很难找到一种兼顾实时性和解调精度的方法。针对此问题, 研究了一种新的基于高频采样的抖动解调算法。这种算法使用陀螺信号与角速率传感器信号作差的结构以满足实时性的要求, 同时采用反馈闭环技术补偿角速率传感器信号, 以减小环境影响提高解调精度。文中详细阐述了新算法解调原理, 给出了具体的设计实现方案, 并与传统的一些解调方法做了仿真对比。仿真结果表明, 在静态和动态工作情况下, 新算法的解调残差明显减小, 信号处理时间延迟很小, 这些特点使激光捷联系统在高动态载体上的应用成为可能。

分别用连续激光、 40 kHz和 5 kHz重频激光对可见光 CCD进行损伤实验, 发现了相似的损伤现象, 即点损伤、线状损伤和完全损伤, 并分别测量了各个损伤状态下的驱动电极与衬底间的阻抗变化; 分别对三组实验中损伤的 CCD芯片进行电镜扫描, 微观分析各个损伤位置处的损伤形貌, 详细解释了出现三种损伤现象的原因, 并比较了三种工作状态激光的不同作用机理。得到的结论是: 点损伤现象与 CCD表层的损伤有关, 线损伤现象与漏光和电极间短路有关、完全损伤现象与绝缘层的损伤有关; 连续激光作用的过程以热熔融为主、 40 kHz重频激光作用的过程以汽化烧蚀为主、 5 kHz重频激光作用的过程包括汽化烧蚀、强汽化“冲刷”以及反冲压力。

针对内通道中的稳态热晕效应与气体的吸收系数, 光束与气体的作用长度及光束自身强度分布的关系, 从稳态条件下的热传导方程入手, 建立了一套激光在内通道传输时气体热效应对光束质量影响的模型。利用该模型计算了环形光束在内通道传输时, 光束横截面上的气体温度分布及其引起的最大光程差、波前相位均方根、远场 Strehl比等光束质量参数与激光自身遮拦比、轴向气体速度的关系。模型中对气体温度分布的近似计算与理论的结果基本一致。该模型能够为激光控制系统的设计和性能评估提供一个定性的参考。

随着小卫星功能需求不断提升, 小卫星同轨立体成像技术成为学者研究的焦点。针对某小卫星单线阵 CCD相机同轨立体成像期间的姿态控制半物理仿真展开研究。分析得出小卫星同轨立体成像过程中的姿态运行规律, 对同轨立体成像的姿态控制算法进行设计, 利用相似原理和姿态运行规律设计半物理仿真环境。基于高精度单轴气浮转台和星上部件建立小卫星立体成像姿态控制半物理仿真平台。利用该平台进行了同轨立体成像相关的姿态控制半物理实验。实验结果表明该小卫星立体成像过程中俯仰轴机动 52°, 用时 67 s完成, 且达到三轴稳定状态。姿态控制指向精度优于 0.05°, 稳定度优于 0.005 °/s。表明设计的小卫星姿控方案可以完成单线阵 CCD的同轨立体成像。

提出了一种对摄像机的径向畸变进行校正和内参数估计的单图标定方法。拍摄一幅平面标定模板图像, 提出若干条直线, 拟合在单参数除法畸变模型下的圆弧参数, 从而估计出径向畸变。对径向畸变进行校正后, 利用标定模板点与经过校正后的图像点之间的对应关系, 估计出单应性矩阵。在假定摄像机主点与畸变中心重合的条件下, 线性地计算出摄像机焦距初值。以上述线性方法得到的结果为初值, 进行非线性优化, 最终得到准确的摄像机参数。超广角鱼眼相机和普通数码相机的实验结果表明, 本文提出的算法实现简单、适用性广, 结果准确, 具有较强的实用性。

为了提高对瞬态温度检测的灵敏度, 提出了基于散斑干涉条纹光谱分析的瞬态温度反演算法。系统利用散斑干涉形成干涉条纹, 由于瞬态温度的变化会使材料应变, 从而使散斑干涉条纹改变。被测表面形变前后获得的干涉条纹由面阵 CCD采集, 其对应的光谱密度分布函数也会发生相应的改变, 即由散斑干涉条纹反演得到的中心波长振幅发生改变。通过对两次中心波长幅值的比值的检测和计算, 即可获得被测的瞬态温度。在分析计算了瞬态温度变化与材料应变、材料应变与干涉条纹变化的函数关系的基础上, 推导了瞬态温度变化与干涉条纹振幅及相位函数关系。实验采用 660 nm半导体激光器, SI6600型面阵 CCD探测器, 从获得的光谱分布函数中提取中心波长处幅值比值, 通过计算和标定, 最终温度检测精度可达到 ±2℃。相比传统的直接检测干涉条纹的变化量, 由被测面形变量推导温度的方法精度提高了近一个数量级, 其精度更高、检测均匀性更好、稳定性更好。

为提高图像记录系统中 NAND flash阵列的存储带宽, 分别研究和实现了 NAND flash的片内交叉写入、片内并行写入和片内交叉并行写入控制技术, 在此基础上提出了片内交叉写入和片外 2级流水线结合的写入方法, 该方法利用两组 NAND flash片内交叉写入的命令地址和数据加载时间来填补烧写时间。最后用硬件方式在 FPGA中分别实现了上述各种写入控制方式的控制器。实验结果表明: 本文实现的片内并行写入和片内交叉并行写入是普通写入方式速度的 1.489 03倍和3.277 06倍, 而本文提出的写入控制方法的写入速度是普通写入方式的 3.960 38倍, 高于片外 4级流水线的性能情况下, 将 FPGA管脚资源占用节省 20%, 有效降低了成本和记录系统实现难度。

提出了一种人民币光学字符识别 (OCR)过程中号码区域快速定位的新方法。算法首先利用固定阈值法对纸币图像进行二值化, 然后从二值纸币图像的左边缘和下边缘选取一定数目的样本点, 根据非磨损残缺区域两边缘上向量内积为零的特性, 筛选出位于边缘非残缺区域内的样本点, 从而排除边缘磨损残缺的干扰。再根据这些样本点用最小二乘法拟合直线, 以确定纸币的倾斜角和左下角点坐标。最后对图像做旋转变换, 同时根据旋转公式得到纸币图像矫正后左下角点的坐标, 并以角点为起点偏移固定距离提取出号码区域, 这使得提取号码区域时间开销在微秒级, 图像矫正与号码定位几近同时完成。实验结果表明, 该方法具有较好的鲁棒性和较高的时间效率, 在纸币号码识别系统中具有很好的应用前景。

曲波(Curvelet)变换是一种更适合于图像处理的多尺度几何分析 (MGA)方法, 具有很强的方向性。结合 HSI变换将其应用于全色图像和多光谱 (MS)图像融合可以更好地表示图像中的有用特征。首先对多光谱图像进行 HSI变换, 得到亮度分量 I, 对全色图像和 I分量进行曲波变换得到粗尺度系数和细节尺度系数, 对全色图像的粗尺度系数和细节尺度系数进行叠加, 计算归一化的全色曲波系数直方图, 定义边缘有效因子, 利用全色图像的特征信息对融合图像的粗尺度系数进行处理, 对细节尺度系数采用函数对弱边缘进行增强, 对新的曲波系数设计融合规则进行融合, 逆变换后得到新的亮度分量 Inew, 用 Inew替代原亮度分量 I进行逆 HSI变换得到最终融合结果, 采用统计类指标对融合结果进行评价。实验结果表明, 该方法在保持光谱信息和提高空间分辨率上都有较好的效果。

在高空目标光学测量中, 由于设备和环境条件的影响, 数据存在一定的系统误差, 系统误差修正是获取高精度位置参数的关键。针对高空光测系统误差修正问题, 首先分析了 80 km以上目标光测数据的系统误差来源, 建立了高空目标光测数据的系统误差模型, 提出了基于恒星的修正方法, 对大气折射误差和设备轴系误差进行联合修正。为验证方法的有效性, 将该方法应用于实际高空光学测量, 实验结果表明修正效果明显, 可使系统误差修正精度提高到 2″。

对地球模拟器进行光学精密校准是保证双圆锥扫描红外地平仪单机地面性能测试的必要前提。采用两台电子经纬仪建立三维坐标实时测量系统, 实现对双圆锥扫描红外地平仪地球模拟器的精密光学校准。根据理论设计值作为参考值, 与实际测量值进行比较, 反复放样测量, 进而调整地球模拟器的冷热边界, 调校精度可使地球模拟器边界特征点坐标的定位误差控制在 0.2 mm之内。高精度位置控制保证了双圆锥扫描红外地平仪高精度的噪声等效角性能测试, 可以保证噪声等效角 (3σ)控制在 0.07°以下。

提出一种基于参考模型的自抗扰滑模控制器, 它包括一个自抗扰控制器和一个全局滑模控制器。根据参考模型, 利用跟踪微分器设计自抗扰控制器, 控制参考模型的输出精确跟踪指令输入信号。全局滑模控制器控制伺服系统被控对象的输出高精度跟踪参考模型的输出。光电平台伺服系统的实验结果证明该新型控制器能有效补偿系统的参数不确定性和非线性扰动, 提高了伺服系统的跟踪精度。系统具有全局鲁棒性。

提出一种基于学习矢量量化的运动目标检测算法。通过训练样本, 网络能自适应地确定区分运动目标和背景的阈值向量。输入向量包含图像的 YCbCr颜色空间分量和灰度共生矩阵的方向特征。两者融合到算法中, 有效抑制了背景亮度变化对运动目标检测的干扰。仿真实验结果表明, 即使在背景模型亮度剧烈变化的情况下, 算法也能够准确检测出运动目标。

经纬仪实时可视化仿真系统可用于操作手训练和经纬仪测试, 构建了经纬仪仿真系统总体功能结构, 主要完成经纬仪场景仿真和跟踪状态解算。论述了场景仿真中 CCD虚拟相机成像模拟、目标轨迹仿真、目标脱靶量求取、背景云图模拟和实时图像效果添加等关键技术。建立了经纬仪跟踪控制系统 simulink模型, 通过 Real-time Workshop (RTW)生成了模型代码, 并进行相应改写建立了跟踪状态解算模块。采用 VC++, Vega, OpenGL和 OpenGL着色语言 (GLSL)开发了仿真系统, 实际应用表明, 实时性良好, 不需接入实际经纬仪系统, 进一步降低了训练的成本, 并能帮助实际系统进行测试、分析与设计。

本文针对单目摄像头、复杂可变背景环境下的多目标跟踪问题, 将 tracking-by- detection方法与粒子滤波相结合, 从不稳定的信息源中提取高置信度模型作为观测, 在半监督学习框架中实现了动态视频场景中的多个目标跟踪, 并设计了一个多目标的维护机制以应对遮挡、背景变化、目标进出场景等可能引起目标混淆的情况。实验证明, 本文提出的算法能够稳定跟踪复杂场景中的多个目标, 有效区分不同目标, 对目标的遮挡、背景干扰等均有良好的处理效果。

在非重叠多摄像机或单摄像机视频监控中, 识别跟踪目标的再次出现很重要。针对传统支持向量机方法在特征融合方面的缺陷, 本文提出了一种新的基于在线多核学习的人体目标再现识别方法。该方法对跟踪目标视频前景图像序列提取具有互补性的视觉单词树直方图和全局颜色直方图二种特征, 再采用多核学习方法在线训练人体目标视觉外观, 从而得到多核特征融合模型。实验结果表明, 该方法能快速训练人体目标外观模型, 满足视频监控的实时要求, 多核融合模型获得了比单一特征模型和单核支持向量机方法更高的识别性能。

JPEG2000存在大量计算冗余和消耗较大内存资源的缺陷。为了适应实时性要求高和资源有限的卫星图像的传输, 提出一种新的基于率失真斜率的卫星图像码率控制算法。本方法是根据编码块的有效位平面数大致呈下降趋势和率失真斜率的三个属性提出一个简单的公式, 通过此公式求得的率失真斜率作为层 1编码的门限值, 丢掉小于此门限值的编码通道, 然后在该值基础上层 2计算最优率失真斜率和截断点以实现码率控制, 因而不需要编码所有的编码通道。实验结果表明, 在 0.125 bpp时, 本算法的存储量约占 PCRD存储量的 33%, 而信噪比保持不变。因此, 本方法可以有效地提高卫星图像的编码效率。

针对单站无源跟踪系统非线性较强、传统跟踪滤波方法收敛速度慢且容易发散的问题, 提出了一种基于自适应因子化 H∞滤波的单站无源跟踪算法。该算法利用 sigma点转换和鲁棒 H∞滤波能够减小观测方程的线性化误差和降低观测误差不确定性的特点, 通过新息控制减小野值对滤波的干扰, 利用比例因子和渐消因子自适应调整采样点到中心点的距离和状态预报误差的协方差, 从而克服基于 UT变换的 H∞滤波采样时的非局部效应问题, 增强了单站无源跟踪系统对噪声的鲁棒性。仿真实验结果表明, 本文方法通过对 UT变换进行简化, 在自适应因子化的同时, 算法的计算量与基于 UT变换的 H∞滤波基本持平, 且跟踪精度优于基于 UT变换的 H∞滤波算法。该算法在保持高精度估计能力的同时, 具有较强的鲁棒性, 是解决非线性系统状态估计问题的一种有效方法。

对于红外跟踪系统中的低空非合作运动目标检测问题, 由于距离未知, 目标可能表现为小目标或者面目标, 另外, 红外图像中可能包含大量的地物背景。针对以上问题, 本文提出了一种基于形态学梯度的目标检测算法。此方法首先计算红外图像的形态学梯度, 进而根据各种地物背景的形态学梯度特征提取天空区域, 然后在此区域内进行目标检测, 最后进行目标边缘片段的合并。该方法基于形态学梯度对于灰度变化的敏感性, 使用形态学梯度来表征红外目标边缘强度, 通过检测目标边缘来达到检测目标的目的。实验证明, 本文方法能够有效的检测目标, 虚警较少, 且对小目标和面目标具有一定通用性。

针对 SAR图像的目标自动分割问题, 在分析非下采样轮廓波变换和脉冲耦合神经网络的基础上, 提出了一种基于非下采样轮廓波域特征图和 PCNN的 SAR图像目标分割算法。对 SAR图像经过 NSCT分解后的高、低频图像分别运用不同方式进行处理。对低频图用 PCNN进行分割以获取目标所在的区域, 对高频子带构造了特征图, 对特征图利用 PCNN进行分割以获取目标的精细结构。利用 MSTAR数据进行了仿真实验, 并与基于模糊 C均值的分割算法、基于马尔可夫随机场的分割算法进行了对比。实验结果表明, 所提出算法对 SAR图像目标的分割结果更为准确, 同时较其它算法具有更强的抗噪性能, 是一种有效可行的 SAR目标分割算法。

介绍了基于压电陶瓷 (PZT)的激光干涉系统中若干信号同步问题: 首先, 针对采集卡 D/A驱动 PZT和 A/D高速采样二者的同步处理, 介绍了分别利用 Visual C++改进软件算法和软硬件相结合实现同步的两种方法, 并通过绘制 PZT线性特性曲线比较两种同步方法的优劣; 其次, 针对常用采集卡对多路信号的采集是异步的, 且采样频率越低, 误差越大的问题, 通过增加采集卡模拟量输入 (IA)通道使用数目的方式, 对四象限光电管四路信号进行对称布置的方法消除采样间隔引起的误差, 实现相邻象限相差的高精度识别, 同时起到了一定的滤波作用; 最后, 利用频谱特性分析了移动平均的滤波效果。实验结果表明该同步技巧能较大提高相差的识别精度, 滤波算法能较好滤去背景光强及光电子器件引起的噪声。