结合辐射传输和朗伯比尔定律, 提出一种基于有限脉冲响应数字滤波器和多元线性回归分析的空间外差干涉谱目标匹配方法, 通过对干涉图直接分析来提取出钾共振双线的特征以实现目标识别。本文采用传统有限脉冲响应数字滤波的处理方法来消除有效目标干涉频率信息以外的背景信息和干扰信号。通过对滤波前后的时域干涉数据进行多元线性回归处理获得最佳的时域滤波系数, 以对目标信号、背景信号的干涉图直接进行滤波处理, 最后通过干涉图匹配技术来识别钾共振双线信号。该算法无需测量背景光谱或背景干涉图, 亦无需对干涉图做傅里叶变换获取光谱, 在提高计算效率的同时提高空间外差光谱仪遥感数据的分析反演能力。

为实现高动态环境中的目标跟踪, 本文提出了一种基于多尺度混合模型多特征融合的单目标跟踪算法。该算法自适应提取并融合多种图像特征从而实现复杂环境中的目标实时跟踪。针对图像目标的高动态特性及环境遮挡等问题, 算法通过计算当前观测样本的置信度完成模板的自适应更新。利用国际计算机视觉学会目标跟踪数据库中具有典型特征的十个标准视频对跟踪算法进行测试。测试结果表明, 在高动态环境及目标存在大变形情况下, 本文提出的跟踪算法比同类算法的跟踪精度有显著提高。

为研究末端带载荷的单连杆机械臂振动模态问题, 首先利用材料力学方法, 给出了末端带载荷的单连杆机械臂以积分方程表示的弯矩, 然后将该积分方程转化成形式上与 Euler-Bernoulli方程相同, 但边界条件不同的偏微分方程。通过解微分方程组确定了振型函数。给出了末端带载荷的单连杆机械臂振动固有频率满足的方程, 提出了计算固有频率的迭代方法, 同时也给出了计算固有频率的近似公式。与固有频率精确值的对比结果说明, 除第一个外, 其余固有频率的近似值与精确值的误差不超过 10-4, 且随着频率序数的增加, 近似值与精确值的误差趋于零。

针对微型光电稳定平台的控制提出在电流环基础上使用自抗扰控制器, 并对自抗扰控制器进行了改进, 在非线性反馈的基础上串联了经典控制理论的校正环节, 增加了自抗扰控制器的适用范围, 并在一定程度上解决了微型光电稳定平台尺寸受限给控制系统带来的部分非线性问题。某微型稳定光电平台的频率响应测试数据显示, 该方法可用于微型光电稳定平台控制的工程应用, 且比传统自抗扰控制器适应性更强。

为降低谐波传动中柔性齿轮给系统造成的低刚度和非线性死区的问题, 本文提出了一种基于双速度环的位置控制方法, 以电机端的速度环作为内环, 以负载端的速度环作为外环。从理论上分析了双速度环优于单速度环时, 电机端速度环满足的条件。此外对单双速度环对系统的影响进行了仿真分析, 结果表明双速度环对抑制系统中的非线性死区有很好的效果。最后实验结果也验证了双速度环对于克服系统中的非线性扰动, 提高系统的鲁棒性和精度有着很好的作用。

为了使悬背式箱体结构具有较好的静动态特性, 研究了不同加强筋分布方式对整个箱体结构的影响。结合悬背式光电载荷箱体的实际工况, 建立了 ANSYS有限元模型；在静态和模态分析基础上, 对箱体结构提出了多种改进意见。应用 PROE软件对加强筋的形状和位置进行参数化建模, 实现不同分布形式的加强筋模型的快速建立。应用 ANSYS软件对不同加强筋箱体模型作有限元分析, 并将结果分析比较, 提出一种折衷评价函数对结果优劣进行评判, 选定了最优的加强筋布局方式。最后考虑到整个箱体的实际应用环境, 对加强筋的形状尺寸进行了调节, 在箱体内部法兰盘处增加了一条纵向加强筋, 确定了最终的箱体结构形式。优化后的箱体静态工况最大位移从 0.029 mm下降到 0.013 mm, 达到光电载荷精度要求；一阶谐振频率从 88 Hz提高到 140 Hz, 成功避开 80 Hz、85 Hz和 100 Hz工作激振频率。悬背式箱体整体性能得到极大提升。该箱体结构已应用于实际光电设备中。

为解决离轴三反空间相机随机响应过大的问题, 提出了一种以降低加速度响应均方根值 (RMS)为目标的空间相机主支撑结构拓扑优化设计方法。首先, 在分析各种空间相机主支撑结构和某离轴三反光学系统特点的基础上, 确定了次镜组件和折叠镜组件分开支撑的结构形式。其次, 以离轴三反空间相机次镜的加速度响应均方根值为优化目标, 以体积分数, X、Y、Z向重力载荷分别作用下次镜的刚体位移, 主支撑结构的一阶频率为约束条件对初始主支撑结构有限元模型进行拓扑优化设计, 得到了加速度响应满足设计要求的主支撑结构。最后, 对该结构进行有限元分析和振动试验, 表明了该离轴三反空间相机力学性能指标均满足设计要求, 其中 Z向 2 g RMS量级的随机激励下次镜的加速度响应均方根值为 5.08 g；主支撑结构质量仅为 3.8 kg, 一阶频率达到了 291.4 Hz。该离轴三反相机主支撑结构的设计方法可以作为其他同型相机结构设计的参考。

为实现展开式拼接望远镜粗共焦共位相的调整, 本文采用三块子镜拼接的方式进行主镜面形的调整。首先由步进电机和直线电机实现宏动范围 (微米量级)内动态子镜的展开, 然后由压电促动器进行微动范围 (纳米量级)的调整。由三组压电促动器构成的三自由度调整平台可实现对子镜倾斜误差和活塞误差的精密调整。经试验验证, 三自由度调整平台对反射镜调整后的误差小于 0.5″；利用 ZYGO干涉仪对三子镜光学系统进行共焦检测, 测试结果显示三块子镜达到了共焦调整的目的。拼接式望远镜粗共焦共位相的调整为进一步面形误差补偿, 最终实现精共焦共位相提供了一定的技术基础。

针对线阵 CCD立靶系统中线阵相机的标定问题, 提出了一种现场自标定方法。首先, 根据系统测量原理与光学成像原理建立系统线阵相机自标定模型；其次, 利用基于局部区域效应的亚像素检测算法检测线阵图像中靶标特征边缘的像素位置；最后, 根据自标定函数模型, 利用最小二乘法求解像素坐标与实际物理坐标之间的映射关系。整个标定过程既不用求解相机内外参数, 也无需将相机与系统分离标定, 有效降低了线阵相机标定的复杂度, 提高了标定效率。实验结果表明, 该方法具有较高精度, 满足工程应用需要。

空间测量定位系统是一种在多测站协同作用下实现坐标测量的大尺寸测量系统, 因此测站布局优化成为了重要研究问题。为解决此问题, 本文提出了一种基于模拟退火粒子群算法的测站优化部署方案, 以定位精度, 覆盖度, 使用成本作为优化函数, 运用粒子群算法及模拟退火算法进行协同搜索, 并建立模拟退火粒子群算法的测站布局优化流程, 对两到四个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明, 该方法能快速收敛于最优解并获得一种较优的测站布局。

光学散射会对光学系统造成系统损耗, 成像质量下降等危害。针对高反镜的散射光在光学系统中的影响, 本文提出了使用总积分散射法来测量散射光总量, 得到散射光在总反射光中所占的比值。该方法运用总积分散射理论, 并结合积分球的光度特性, 搭建了比较法总积分散射仪, 测试了镀银膜的高反镜的总积分散射。实验结果表明, 该装置测得的总积分散射值与用德国汉诺威激光中心生产的总积分散射仪得到的测量结果非常接近, 均在 300 ppm~500 ppm之间, 验证了该装置的可行性。

由于少有多基色的白光 LED, 传统波分复用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)可见光通信 (Visible Light Communication, VLC)系统仅拥有 R、G、B三个通道。针对 VLC中 WDM技术的应用受到白光 LED器件限制的问题, 本文提出了一种多光谱混光通信方法。该方法根据 LED光源颜色特性、多脉冲位置调制特点和混光方式, 设计出针对各通道 LED光源的多脉冲位置调光调制方案, 将色域和时域统一, 在多通道通信的同时实现白光输出。本文利用 4种单色 LED设计出多光谱混光通信验证系统。实验结果表明, 系统在 4路并行通信的同时, 输出白光色温 5 500 K, 色差小于人眼分辨范围 (CIE1976色坐标体系 Δu′v′小于 0.005), 多光谱混光通信是可行的。

针对空间应用的柔性光学聚酰亚胺薄膜折射率均匀性检测要求, 本文提出以干涉测量法为基础, 采用光学聚酰亚胺薄膜制备所用基板的反射波前数据、薄膜未剥离成膜基板时上表面反射波前数据以及薄膜剥离基板后的透射波前数据有效测量此类柔性薄膜折射率均匀性。将棱镜耦合仪逐点测量数据作为对比项, 实验结果表明, 所提出的方法能高效可靠地对柔性薄膜全口径进行折射率均匀性检测。

为提高离子束溅射制备 1 064 nm、532 nm双波长增透膜抗激光损伤阈值, 分别在靠近基板、空气侧加镀一定厚度二氧化硅膜层, 研究缓冲层、保护层对增透膜抗激光损伤阈值的影响。依据 ISO21254-2损伤测试标准, 测试不同膜系结构增透膜抗 1 064 nm波长激光损伤阈值。实验结果表明, 二氧化硅缓冲层提高增透膜抗激光损伤阈值约 65.4%；二氧化硅保护层提高增透膜抗激光损伤阈值约 66.7%；同时加镀缓冲层、保护层增透膜抗激光损伤阈值显著提高约 119%。

针对多目标跟踪中, 目标瞬间丢失、目标交错或重叠时目标跟踪失败等情况, 本文提出了一种改进的离散连续优化多目标跟踪算法。该方法根据离散连续优化多目标跟踪算法原理, 采用增加速度约束项能量函数以及改进原能量函数的策略, 以达到约束轨迹形态的目的。采用在全局优化后进行聚类处理的策略, 以达到区分不同目标运动轨迹的目的。实验结果表明, 该算法具有较好的鲁棒性, 能够很好地实现复杂图像序列中的多目标跟踪。