为提高高空、远距离条件下的光测交汇精度，需要对光测数据的系统误差进行精确修正，利用高空飞行器被动段的轨道特性和多测站冗余观测数据，可以进行轨道约束自校准。首先分析了光测数据系统误差模型和坐标转换关系；然后建立了基于轨道约束的光测数据系统误差自校准算法。最后为验证方法的有效性，进行了典型条件下的仿真试验。仿真结果表明，当采用多台光电经纬仪的冗余观测数据进行事后处理时，利用轨道约束自校准技术，可以实现光测数据系统误差的精确自校准。

提出了一种空间应用 CCD视频处理器评估测试系统，并应用于工业级视频处理器的航天可靠性筛选中。以现场可编程门阵列 FPGA为控制处理核心，设计并实现了多路模拟 CCD信号发生、视频处理器工作模式控制、通讯及数据采集等功能，详细介绍了系统的功能组成和工作原理。实际完成了集成 40片 CCD视频处理器的单板评估测试系统，该系统已成功应用在工业级视频处理器 XRD98L63的动态筛选试验中，系统工作稳定可靠。在试验条件为 85℃及 192 h加电工作下，对所用同一批次的视频处理器的功能和性能进行了有效测试。试验结果不合格品率为 0，满足单批次筛选不合格品率小于 5%的要求，实现了空间载荷应用中工业级元器件的可靠性筛选。

亚像素质心定位算法被广泛应用于空间飞行器姿态测量、天文观测、空间高精度稳像和空间激光通信等领域。作为空间高精度稳像系统检测模块的导星仪，以至少 100帧每秒的高速实时检测导星的抖动量，为振动补偿机构提供补偿信息，这就要求亚像素质心算法在保证高精度的同时具有高速的实时性。为了满足导星仪的需求，本文通过模拟仿真与实验，分析了曝光时间内光斑漂移对亚像素质心定位精度的影响，得出要达到一定的亚像素质心定位精度，能够接受的最大光斑漂移速度；提出一种综合运用高斯曲面拟合、数字相关运算和灰度重心法进行图像预处理、图像分割和亚像素质心定位的改进型灰度质心实时算法，并验证该算法兼顾效率和精度，达到很好的效果。

联合变换相关器是一种用于高分辨力空间相机像移量测量的技术，本文采用在图像处理器上运行联合变换相关算法的方法，取代了基于空间光调制器实现的光学相关器，提高了联合变换相关器的空间环境适应性和可靠性。本文通过大量仿真试验，研究了输入图像的尺寸、相对位移量的幅度对算法测量精度的影响，结果表明：在设计联合变换相关器时，增大输入图像的尺寸有助于提高测量的精度和相关器的灵敏度，并且能够防止测量的结果出现奇异值。

针对倾斜的遥感影像配准困难问题，提出一种基于集成最大极值稳定区域 (MSER)和尺度不变特征转换 (SIFT)的互补不变特征的自动影像配准算法。该算法首先应用目前公认的具有最佳仿射不变性的 MSER特征区域进行影像的粗匹配，初步校正影像的空间形变。然后在粗匹配基础上采用匹配能力较强的 SIFT描述子与仿射不变矩描述子相结合，进行精匹配。通过以上两步匹配，可以提高遥感影像配准精度，尤其对倾斜影像效果更明显。最后采用倾斜的无人机 (UAV)影像进行试验，并与 SIFT配准算法比较。结果表明，本文算法在仿射不变性和匹配正确率方面均优于 SIFT配准方法。

不断增长的遥感影像的多样性对变化检测算法的鲁棒性和准确性提出了更高的要求，通过分析基于独立成分分析(ICA)的变化检测算法面临的在原始数据矩阵分块时数据尺寸减小，影像信息丢失的问题，提出了一种改进的利用非抽样小波变换 (UDWT)的分块方法。同时，为了更好的抑制噪声对变化检测结果的影响，利用面向对象的分割方法得到遥感影像中的各个影像对象，并提取出各影像对象的特征形成特征影像代替原始的遥感影像进行变化检测。最后通过仿真比较验证了方法的准确性和鲁棒性。

当前高面质比空间碎片对在轨航天器及载人航天活动的威胁与日俱增，针对高面质比空间碎片轨道漂移造成编目识别困难，提出利用碎片表面材料的光谱特性识别高面质比空间碎片。该方法对空间碎片图像预处理，修正其大气消光和望远镜光学系统的影响，抽取碎片光谱曲线，将实测光谱曲线与样本材料进行比对，分析两者光谱曲线特性，识别高面质比空间碎片表面材料。低色散光谱观测数据表明：该方法对于铝、白漆单一表面材料为主的卫星和火箭箭体等高面质比空间碎片具有较高的准确性，其相关系数大于 0.9。

微小卫星一般使用两个小视场星敏感器以实现高精度姿态测量，但小视场容易导致观测星数量不足。组合星图技术可以缓解该问题，但其受星敏感器安装角度影响很大。分析了双星敏感器安装角度对组合星图识别效率的影响，并开展了仿真研究。实验结果表明：角距匹配得到的导航星对个数，随参考星对角距近似呈正弦函数变化，在约 90°时达到极值；随容差增大而增大，且容差对导航星对个数极差影响很大。在组合星图技术中，双星敏感器应避免使用 90°安装角，且安装角越小，组合星图识别效率越高。

长焦距遥感相机框架结构具有主次镜间隔大、结构稳定性难于设计等问题，针对该类型相机结构设计的难题，在详细分析本相机的结构设计输入的基础上，本文提出一种双层 14杆桁架结构的设计方案。通过对该方案进行的有限元分析表明，该结构的一阶模态为 114.97 Hz，次镜基板绕 X轴的倾角为 5″，沿 Y轴的最大刚体位移为 0.03 mm。作为验证，对该桁架结构进行了静态翻转和动力学试验研究，试验结果表明，该桁架结构静态翻转最大倾角变化为 6″，动态加载最大倾角变化为 6.5″，满足设计输入指标要求。

针对目标跟踪技术中出现的目标遮挡、背景干扰等问题，引入超像素的概念，提出了基于超像素的目标跟踪算法。该方法首先利用像素点的颜色特征及局部熵的纹理特征通过简单线性迭代聚类法 (SLIC)将目标及周围区域分割成超像素。然后由训练的外观模型给每个像素点赋予置信值，建立以超像素为单位的置信图，通过基于超像素分割的外观模型的不断更新使得跟踪过程中能够适应目标和背景的变化。最后根据像素点的置信图找到目标的位置。实验结果表明，基于超像素的目标跟踪算法能够在目标遮挡或背景干扰等情况下有效地找到目标的位置。

当前大量的遥感成像设备都采用电荷藕合器件 (Charge Coupled Device, CCD)传感器作为其感光仪器，而地面分辨力是其非常重要的性能参数。针对各类 CCD传感器，传统方法是通过人眼观察，然后估计出成像传感器的最小分辨尺寸，从而得到地面分辨力。本文基于地面辐射状靶标在 CCD传感器上的成像表现，结合光学原理，提出了一种新的计算机自动检测 CCD传感器动态地面分辨力的方法。该方法综合考虑了影响 CCD传感器动态成像时，影响地面分辨力的多种因素，弥补了传统人工目视判读的缺陷与不足。并通过不同传感器的影像，验证了这种自动检测方法的可靠性和稳定性。

针对航天图像舰船目标快速检测和船速估算的问题，本文首先对海陆背景图像特征进行了分析，以像素点梯度提取和边缘检测技术为基础，提出了一种基于梯度图三次滤波的目标提取算法，实现了海面区域和舰船目标的分割与提取。然后利用傅里叶拟合模型，提出了开尔文尾迹横波周期估算的方法，进而实现了舰船尾迹的快速提取和舰船速度估计。最后，定量分析了该计算方法的误差范围，讨论了误差来源。

采用分立光器件技术，设计了一种基于四光纤准直器和介质薄膜滤波片的新型可重构光分插复用器，该器件的输入、下路、上路和输出四个端口位于可重构光分插复用器的同一侧。利用 Optisystem软件，对所设计的 ROADM器件的性能及其在联网条件下的误码率和眼图进行了仿真测试。仿真结果显示：该器件的光功率损耗为 2 dB，各信道增益基本均衡；联网条件下，在传输距离为 75 km、传输速率为 2.5 Gb/s的系统中，误码率小于 10-9， Q因子大于 6，眼图清晰。该器件可以满足城域网中的传输需求。

最大探测距离是表征光子雷达性能的重要参数，本文利用盖革模式雪崩光电二极管阵列对直接探测脉冲光子雷达的最大探测距离进行了研究。从激光雷达方程出发，根据盖革模式雪崩光电二极管阵列探测像元中回波激发初始电子数的泊松统计模型和系统最小可接受探测概率条件，建立了光子雷达的最大探测距离理论模型。利用光子雷达系统设计参数，研究了对最大探测距离产生影响的五个主要因素。研究结果表明发射激光脉冲能量越高，噪声越小，回波位置在距离门中越靠前，大气传输系数越大，目标反射率越高，获得的最大探测距离越大；使用脉宽为 5 ns，脉冲能量为 50 μJ的激光脉冲，最小可接受探测概率为 0.9时，可获得大于 1 km的最大探测距离；同时，选择合适的系统最小可接受探测概率对系统探测性能的改善十分重要。

基于多激光雷达的车载三维重建系统在工作时需要对激光雷达的外参数 (包括三个旋转参数和三个平移参数 )进行标定。针对激光雷达外参数的标定问题，根据激光雷达扫描点不可见、单线式扫描等工作特点，以基于空间向量的三维坐标系转换模型为基础，提出了一种采用三面靶标的激光雷达外参数标定方法，对靶标进行三维重建，利用随机采样一致性 (RANSAC)算法进行平面分割和同名向量的提取，采用坐标系转换模型对标定参数求解，实现了激光雷达外参数的标定，并结合仿真结果以及标定前后多激光雷达系统三维重建结果对方法的有效性及精度进行了评估和验证。