目前红外测试能力的建设主要依靠进口,设备价格昂贵、供货周期长、维修困难。自主研发的红外测试系统,采用T型离轴折返式平行光管减小杂散红外辐射的影响,采用多帧平均算法减小随机噪声的影响,采用黑体、靶标轮和平行光管的一体化结构设计减小环境温度对平行光管焦距变化的影响,提高了测试精度。红外测试系统软件采用通用化架构和模块化编程技术,扩展性好。该系统与某美国进口的红外测试系统对比,红外热像仪NETD测试结果的偏差小于20%。测试过程和测试配置可自动化,大大提高了批量测试效率。测试系统成本低,性能与国外同类产品相当,性价比高,具有广阔的市场前景。

为进一步提高CCD图像测角的摆角测量精度,提出一种基于多目标探测的摆镜动态角度测量方法。该方法采用多条等宽的平行狭缝作为CCD探测目标,首先利用灰度质心算法得到各狭缝的质心位置,进而将各狭缝的质心位置进行平均运算,得到摆镜的动态角位置。模型表明当使用m条等宽狭缝目标进行测量时,其动态测量误差方差为单目标方法的1/m。实验结果证明,该方法可以有效地提高摆镜动态角位置测量精度。

介绍了一种基于傅里叶变换轮廓术的三维面形测量系统中相位失真的预矫正方法。由于投影系统和成像系统的空间三角位置关系、投影仪的发散照明和两套系统蕴含的光学畸变,投影一幅相位与空间坐标成理想线性关系的标准正弦光场,拍摄到的条纹相位和空间坐标不再呈线性分布,引起相位失真,甚至会影响系统测量精度。该方法借鉴反向条纹投影的思想,计算拍摄光场的非线性相位分布与理想的线性相位分布之间的关系,预先矫正,反算出一个新的待投影光场。实验结果表明这种方法能有效地减小该类相位失真所导致的测量误差,获得了更好的测量结果。

提出了一种红外弱小目标检测算法性能评估的方法。该方法通过假设的数学模型给出了评价指标的理论推导过程,得到了虚警概率与检测门限,检测概率与信噪比之间的关系,绘出了接收机工作特性(ROC)曲线。同时,给出了在目标与背景分布函数未知的情况下,利用红外图像序列绘出ROC曲线来评估算法的检测性能。利用该方法得到了四种典型的弱小目标检测算法的ROC曲线,比较了四种算法的检测性能。

采用空间离散化,并利用散射矩阵方法计算了卷云在3.72 μm和6.85 μm波长上的辐射传输特性,研究了卷云的冰晶粒子形状、组分和光学厚度等因素对卷云的辐射传输特性的影响。仿真结果表明,随着平均冰晶尺度的增加,卷云的反射函数会逐渐减小;对于不同形状,但具有相同最大粒子尺寸的粒子组成的卷云,反射函数也会有所不同;随着光学厚度的增加,卷云的反射函数会逐渐增大,直至饱和,而透射函数逐渐减小;随着太阳天顶角的增大,卷云的反射函数逐渐增大,透射函数逐渐减小。

分析升船机检测系统中存在的噪声,从噪声的产生、传递特性入手,提出有针对性的应对措施,如以信号输入电缆的屏蔽,选用高共模输入比的运放、减小测量带宽、增加高频去耦电容、电路板信号分区布局等。通过这些措施,最大限度降低噪声对检测信号的影响,以提高升船机检测系统的可靠性、稳定性、精度。

采用琼斯算法并结合Poincare球的图示研究了单色椭圆偏振光经理想平面镜正反射的特性,然后将获得的结论推广到圆偏振光及线偏振光经平面镜正反射的情形,再用偏振态几何参量表示法对结论加以验证,并提出便于记住结论的镜像法,以期对椭圆偏振光正反射问题的琼斯算法及获得结果的物理含义给出比较直观的诠释。同时指出采用琼斯算法求解偏振光学问题时需采用的特殊数学处理方法及产生这一现象的原因。

针对一种折反式光学系统相机遇到的消杂光问题,根据杂光计算结果对相机进行了消杂光设计,通过试验对杂光计算结果进行了验证,试验结果与计算结果吻合,验证了消杂光设计的正确性。进行消杂光设计后,相机的杂光系数满足设计指标要求,有效地减小了杂光对图像质量的影响。

运用激光模式耦合理论分析了半导体激光器与楔形柱面光纤微透镜的连接损耗,设计并制作了楔形柱面光纤微透镜用来实现两者的模斑匹配。运用ABCD矩阵方法,对该组件的耦合效率进行了仿真计算和分析,得到了高耦合效率下楔形柱面光纤微透镜的结构参数。该方法可有效地用于楔形柱面光纤微透镜的优化设计。

舰船尾流的激光探测是一种新的鱼雷制导手段。水体的后向散射光信号是舰船尾流后向散射光信号检测的常见干扰,由于其在频域十分接近且信号强度大于尾流信号,因此难以用传统方法提取有用的尾流信号。针对这一问题,提出了一种基于盲源分离的处理方法,将核独立成分分析技术应用于舰船尾流后向散射光信号的提取。介绍了核独立成分分析的基本原理和具体算法,进行了仿真计算,并与传统独立成分分析算法进行比较。结果表明在盲源信号分离中,基于核空间的独立成分分析与其他独立成分分析算法相比更具有准确性。最后应用该方法对海上实验数据进行处理,提取出了舰船尾流信号,取得了良好的效果,验证了该算法的有效性。

激光引信回波模拟装置是激光引信测试设备的重要组成部分。介绍了激光引信回波模拟装置的组成,设计了用于该装置的硬件电路和软件控制系统。硬件电路采用单片机完成控制指令的接收和控制信号的产生,使用串行扩展芯片GM8125将单片机AT89S52的串行口扩展成5个,满足了激光引信回波模拟装置串口资源要求。软件控制系统基于LabVIEW设计,主要包括串口通信程序和控制指令的产生程序,控制指令经串口通信传送给硬件电路。实验结果表明,该装置满足激光引信测试设备的要求。

基于湍流对激光束的扩散和漂移效应,提出了一种采用激光雷达观测湍流强度的方法。湍流对光束产生扩散和飘移作用,使激光光束偏离激光雷达接收视场,造成后向散射光能量损失。对比常规散射回波信号与畸变回波信号的差别可以测量湍流强度。实验表明该方法与其他方法的测量结果具有一致性,证明了该方法的有效性。

运动目标的检测是目标识别与跟踪的关键技术之一。光流技术是一种以物体的运动特征来检测目标的方法,它的提出为运动小目标的检测开辟了新的空间。在一个搜索跟踪系统中使用光流技术检测和跟踪空中小目标,目标大概为5~10个像素,而且背景复杂,相机抖动,普通分割算法无法得到小目标。在目标的运动明显异于背景的情况下,通过利用基于光流的目标检测算法来检测出小目标,同时运用高斯金字塔模型,提高算法的运算速度。试验结果表明提出的基于光流的检测算法在背景运动的红外图像中取得了较好的效果。

基于流场界面厚度(Interfacial-Fluid-Thickness,IFT)理论,建立了高折射率梯度门限模型来研究气动光学窗口光传输畸变。首先在光学窗口折射率梯度场基础上,提出高折射率梯度门限,忽略绝对值低于该门限的折射率梯度值,重构折射率场,并对其气动光学传输效应进行仿真。结果表明,当58.37%的梯度值被忽略时,得到的重构折射率场与原折射率场仿真光程差(OPD)最大相对误差不超过1.5%,验证了气动光学窗口高折射率梯度区域是产生光传输畸变的主要原因,也证实了该门限模型对气动光学窗口光传输效应进行仿真的可行性,对气动光学失真的机理、预测及校正有一定的指导意义。

提出了一种红外与可见光的配准和融合方法,该方法利用SIFT算法提取图像特征,并使用透视变换表示图像的变换关系,最后在HSI空间,对图像进行了加权融合。实验表明,该方法快速稳定、鲁棒性高。

制备了一种以碱性品红为光敏剂的新型全息存储材料,且使用波长为441 nm的He-Cd激光器成功研究了材料的全息特性。研究表明,该材料在短波长处仍具有较高的衍射效率、曝光灵敏度和较大的折射率调制度,衍射效率近60%,灵敏度为2.93×10-3 cm2/mJ,折射率调制度为8.85×10-4。在存储介质膜中存储了全息图像,再现图像较为清晰,对比度与保真度较为理想,说明该材料具有较好的全息存储性能,适合作为高密度全息存储介质。

光伏阵列的输出特性受光照强度影响很大,在弱光下光伏电池的最大功率点跟踪控制算法无法达到蓄电池的充电要求。为了最大限度利用光伏阵列的输出功率,采用超级电容减小光照变化对蓄电池充电的影响。针对独立光伏发电系统的特点,设计了一种有源式混合储能方案,在保证光伏电池获得最大功率跟踪的同时,也能满足蓄电池的充电要求,建立的Simulink/MATLAB仿真模型验证了该设计方案的有效性。