空间碎片对人类航天活动具有严重的威胁，需要对其进行测量和编目。随着空间探测技术的进步，碎片的测量精度不断提高，测站不断增加，需要进一步提高空间碎片的定轨及预报精度。本文利用 TerraSAR-X卫星的精密星历，模拟测站对空间碎片的光电测量，并基于相同精度的多站赤经、赤纬模拟数据，评估经验力补偿模型对空间碎片轨道及预报精度的影响。根据模拟数据计算结果，引入经验力模型可使约 50%的数据弧段计算的轨道及预报精度提升约 25%。

在实时同步卫星定轨系统中，为了提高漂移扫描 CCD星图目标提取的实时性，提出最简特征融合算法。通过星图背景分割减少噪声影响，提取局部灰度最大值与局部区域对比度作为星点目标特征，通过选取最佳权值融合上述两种特征，突显星点目标。与传统的星点提取算法相比，所选取的两种特征容易提取，运算量小，节省星点目标提取时间，提高了星点提取精度。通过对分辨力为 1 528×1 528的漂移扫描 CCD星图进行处理，实验结果证明了该算法的有效性。

针对大气湍流对拉盖尔 -高斯光束的螺旋谱的影响，本文提出利用多相位屏法模拟拉盖尔 -高斯光束在大气湍流中的传输。采用傅里叶变换法模拟符合 non-Kolmogorov谱的大气随机相位屏，通过改变拓扑荷、光束波长、指数参数、折射率结构常数、湍流内尺度、外尺度等参数，对大气湍流的影响进行数值模拟。仿真结果表明，大气湍流会导致拉盖尔 -高斯光束的螺旋谱的弥散。而且，螺旋谱弥散与拓扑荷、波长、指数参数、折射率结构常数、内尺度、外尺度密切相关。

为解决大多数舰船检测算法的精度不高、速度较慢等问题，提出一种显著性特征引导的舰船目标快速精细检测方法。首先，利用基于局部与全局整合的视觉显著模型定位目标区域，并通过区域提取得到候选目标切片；然后利用改进的均值聚类方法将目标切片分割为超像素集合；最后通过融合显著图和超像素分割结果，筛选属于目标的超像素来实现精细分割，得到舰船目标的候选区域。实验结果表明，该方法能够准确快速地定位舰船目标，且能精确刻画目标轮廓，更有利于后续舰船识别等后续工作的开展。

针对图的半监督聚类算法 (Semi-Supervised Graph-Based Clustering, SSGC)中出现的对先验信息利用不充分、不足以应对数据异构、计算耗时大等问题，本文提出一种基于半监督复合核的图聚类算法，并应用于高光谱图像。该算法首先通过引入半监督学习方法对径向基函数 (Radial Basis Function, RBF)进行了改进，以充分利用少量的标记样本和无标记样本；其次将 RBF核与光谱角核进行融合，构造复合核权重矩阵。在权重矩阵的构造过程中， K-近邻方法的引入也简化了计算过程。在 Indian Pine和 Botswana高光谱数据集上的实验结果表明，相对于 SSGC算法，本文算法不仅实现了更高的分类正确率，其总体分类精度提升 1%～4%，而且有效提升了运算速度。

针对目前基于字典学习的图像超分辨率算法中边缘保持能力有限、易产生视觉伪影等不足，本文提出了一种边缘增强的多字典学习图像超分辨率重建算法，可以有效的恢复图像边缘细节信息。算法首先对训练图像块进行聚类处理，然后使用 Boost K-SVD算法快速学习多组字典对，超分辨重建时自适应选择最优字典对进行稀疏分解和重建。为了改善重建后图像的边缘视觉效果，根据输入的低分辨率图像引入边缘方向保持正则项，同时学习自然图像库的边缘锐度统计先验对重建后图像的边缘进行约束。实验结果验证了本文算法的有效性。

由于背景噪声及探测器噪声的存在，夏克 -哈特曼波前传感器质心探测误差较大，本文提出了一种在稀疏域去除背景噪声及探测器噪声的方法。首先采用二维高斯模型生成光斑信号样本图像，构造超完备目标字典，依次对测试图像分块计算其在超完备字典中的表示系数，利用噪声、背景和目标表示系数的不同，通过认为设定阈值来判别该图像块是否为光斑信号。结果表明，本文处理方法能够较好的提取出光斑信号，且与减阈值算法相比，其处理后质心偏差、 RMS及 PV值都较小。

现役主战轰炸机在夜间及复杂气象条件下无法观测目标，需要配备光电瞄准系统。为解决轰炸光电瞄准实现过程中多尺度图像融合这一关键技术问题，本文尝试通过融合多尺度边缘来达到融合图像信息的目的，在压缩被融合数据的同时，试图减小噪声对融合结果的影响。基于多尺度边缘表示理论，提出了一种针对轰炸光电瞄准的图像融合方法，并通过实验验证了该方法的有效性。结果表明，本文提出的基于多尺度边缘的图像融合方法对失配和噪声具有鲁棒性，为实现轰炸光电瞄准提供了理论基础。

本文讨论了对一般目标图像的对准方法，采用仿射变换模型，舍弃借助迭代法搜索图像最佳配准参数的传统方式，使用推导公式一步计算图像的平移旋转参数。该公式运用仿射变换单应矩阵最小二乘运算模型推导所得，首次得到可单步计算目标图像与待对准图像对位参数的计算算法，大大提高运算效率，实现了实时对位的功能，最后通过实验验证算法的有效性。

针对多波段红外图像纹理特征数目庞大，不易于对其成像差异进行综合分析的问题，提出了一种三级特征选择模型。首先采用两两比较的形式进行差异一致性检验，选择出差异分布规律一致的特征量；其次基于 SPSS软件的独立样本检验功能进行差异显著性检验，剔除差异不显著的特征量；然后进行去相关性分析，相关度较高的特征用其中某个特征代替，其余特征保留。实验证明，经该模型选择出的少量特征能综合反映图像的特征差异，为其目标识别等提供参考。

针对红外与可见光图像融合时细节信息提取不充分、算法复杂度高等缺点，本文提出一种降低算法复杂度、丰富细节信息的基于非降采样剪切波变换 (NSST)和非负矩阵分解 (NMF)的红外与可见光图像融合算法。该方法根据 NSST算法对源图像分别进行多尺度、多方向稀疏分解，分别得到低频部分和高频部分。对低频部分采用基于改进的 NMF融合规则；对高频部分采用拉普拉斯能量和视觉敏感度系数相结合的融合规则。最后，对低频融合部分和高频融合部分执行 NSST逆变换得到最终的融合图像。实验结果表明，该融合方法不仅可以保证融合图像的清晰度，同时还可以缩短算法的运行时间。

为了研制激光干涉成像所需的基于主振荡功率放大 (Master Oscillator Power Amplifier，MOPA)结构的高能高相干脉冲单频激光器，需要研究经过功率放大后的脉冲时间相干性随激光功率 (或能量 )增加的变化趋势。本文采用声光调 Q脉冲单频 Nd:YVO4激光器作为种子源，利用 Nd:YAG功率放大模块对种子源激光进行 2.1倍的脉冲能量放大。利用迈氏干涉测量法，完成种子源和 2.1倍功放后激光在 0 ~6 m光程差下干涉条纹对比度的实验测量，从而初步得到脉冲激光时间相干性 (线宽)随激光功率 (或能量)增加的变化趋势。同时也完成种子源和功放后激光的单频性、单脉冲能量、脉宽和峰值功率等基本参数的实验测量。

为解决地气光对星敏感器星提取精度影响问题，采用微元法建立了地气光对星敏感器的辐照度影响模型，并对影响辐照度大小的各变量进行了分析。阐释了地气光的影响机理，通过不同方差的高斯白噪声来对不同辐射照度的地气光进行散焦模拟，并对不同时刻不同位置地气光影响条件下的星提取精度进行仿真对比。仿真结果表明：地气光会导致星提取过程中星提取精度降低。该结果可用来对星敏感器遮光罩的抗地球反照干扰性能进行评估。

激光与物体相互作用产生的频率转换特性，对于目标探测具有重要的意义。频率上转换回波信号具有强度弱、脉冲展宽、有相移等特性。根据这种回波特性，论文以 PIN光电二极管为探测器件，采用锁定放大技术进行回波信号检测。通过前置放大电路、交流信号放大电路完成回波信号的转换放大，运用相敏检波器实现回波信号提取，并搭建了回波探测系统。实验测试表明，基于锁定放大器的探测系统能够抑制杂波信号，从强噪声背景中提取有效回波信号，针对探测系统前方 1.5 m处的探测靶标，系统的输出信噪比为 16.9 dB。

针对传统光束整形的窄带激光束能量主要集中在光束的中间部分，这种能量分布近似于高斯分布，无法满足大视场线阵推扫激光 3D成像雷达的技术要求。本文提出一种新型的光束整形技术来解决推扫式激光雷达需要窄带状激光束的问题。该方法根据锥镜的光学特性，采用双轴锥改变激光束的空间能量分布，再经过柱面镜后激光束整形为“ U”型窄带状激光束。实验结果表明，整形后的“ U”型窄带状激光束能够满足大视场线阵推扫激光三维成像雷达技术要求。