为了研究激光辐照过程中材料的耦合特性及耦合特性随温度的变化规律,设计了一套主体为半椭球壳体，可用于激光辐照过程中材料反射率在线测量的共轭反射计实验装置，研制完成的初样其主体内壁在可见-长波红外光谱范围内镜面反射率优于70% 。介绍了测量原理和测试系统的设计方案，采用光线追迹模拟方法研究了主体部分的设计参数，分析了开孔位置、入射方向、光斑尺寸、收集孔径以及内壁反射特性对测量收集效率的影响。结果表明：在设计指标下选用探测光束直径为Φ10 mm、收集孔径为Φ38.1 mm时，收集效率可达到完全收集的97.8%，满足测量要求。另外,用短波激光测量内表面光洁度有更高要求; 理想面型条件下，限定范围内的收集效率主要由内壁镜面反射率决定; 因此，半椭球内壁的面型、光洁度、反射率及其均匀性是影响测量精度的主要因素。

为消除溅射沉积多层膜过程中产生的膜厚随机误差，实现多层膜膜厚的精确控制，提出了一种精确标定薄膜沉积速率的方法。该方法通过对多次实验结果进行最小二乘拟合得到薄膜沉积速率。对随机误差基本特性的分析表明，随着实验次数的增加，沉积速率将逐渐逼近真值。基于这一原理，可以对薄膜的沉积速率进行精确标定，同时提取出膜厚随机误差，进而确定镀膜机的膜厚控制精度，获得精确控制多层膜膜厚所需要的完整信息。选用两种精度不同的沉积设备，采用提出的方法对所制备的多层膜进行了测试。结果表明，多层膜的膜厚控制精度随沉积设备而异：其中低成本的普通镀膜机只能实现0.1 nm的膜厚控制精度; 而另一台性能较高的镀膜机的膜厚控制精度优于0.01 nm。

介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理和光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的结构; 基于光纤Mach-Zehnder干涉仪，采用傅里叶变换光谱算法对光纤Bragg光栅传感器的波长进行了解调。宽带光源发出的光经过光纤耦合器进入光纤Bragg光栅，其反射光由耦合器返回进入到FFTS中进行测量，FFTS的最高光谱分辨率达到0.05 cm-1，即在近红外1 550 nm波长处分辨率为0.012 nm。分别对光纤Bragg光栅的应变特性和温度特性进行了测量。测量显示：光纤Bragg光栅的应变灵敏度为0.833 pm/με，温度灵敏度为19.78 pm/℃。得到的结果表明FFTS系统具有高分辨率、大测量范围的特点，可满足光纤Bragg光栅传感器波长解调的需求。

研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机，该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5 mm，有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极，研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明，探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm)，满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导，研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带，经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带，经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导，并据此设计了用于1.55 μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导，其晶格周期为458 nm，空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算，结果表明误差在-3.95～5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺，制作了所设计的波导结构，并进行了测试。测试结果表明，样品实际晶格周期为463 nm，空气孔直径为344 nm，比设计值大5 nm，在容差允许范围内，满足设计要求。

为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度，研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。首先，描述了离轴三反消像散(TMA)光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。然后，介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS)技术及FSGJ非球面数控加工设备。最后，给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法，并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。检测结果表明：采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017λ(均方根值，λ=0.632 8 μm); 用Leica经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4″，满足光学设计技术指标要求。

研究了地球等离子体层的极紫外辐射特性，结果表明从月球上探测时地球等离子体层顶位于35 081.75 km以内，等离子体层结构的典型尺度量级为637.85 km，He+30.4 nm辐射强度为0.02~11.4 Rayleigh。讨论了月球轨道运动特性和月球表面环境特性，结果显示在一个月球公转周期内，总观测时间约为12个地球日，极紫外观测仪器对地指向的纬度最大偏移约为7°，经度最大偏移约为6°。对月面的极紫外辐射分析表明，太阳峰年月面散射的极紫外辐射强度约为2.0 Rayleigh，与地球等离子体层辐射量级相当。根据SELENE数据，描述了极紫外观测仪器所在的5个拟着陆区的地貌特征，证明了月面散射的极紫外辐射不会进入观测仪器，其中虹湾区的地形最为理想。根据Apollo-12和Apollo-15太阳风数据分析了月面质子和电子通量，结果显示在太阳峰年，一年内两者的总流量均为约5×1015 cm-2。根据Apollo-12局地观测，在一个月球周期内，月面温度变化为80~390 K。得到的结果为月基极紫外观测仪器设计提供了重要依据。

提出了基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承结构，研究了这种柔性支承静动态特性的设计过程和设计方法。首先，从快速反射镜的工作机理出发，分析了系统对柔性支承的特性要求; 然后，结合现有两种柔性支承结构的特点，提出基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承设计; 在分析单个柔性铰链刚度特性的基础上，研究了两轴柔性支承的设计方法; 最后，以通光口径为Φ90 mm、行程为±2 mrad、工作带宽为300 Hz的两轴快速反射镜为例，进行了两轴柔性支承的设计和特性计算。基于dSPACE半实物仿真系统建立了两轴柔性支承特性实验，对柔性支承的转动刚度进行测试，并对由设计的柔性支承组成的快速反射镜系统的控制性能进行分析。实验结果显示：设计的快速反射镜系统的一阶机械响应频率为78 Hz，闭环控制带宽为340 Hz，满足设计要求，表明基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承可以满足行程若干mrad，工作带宽数百Hz的两轴快速反射镜的应用需求，且具有加工工艺性好，转动中心稳定等优点。

为了提高硅微谐振式加速度计性能，从一种基于DDSOG(Deep Dry Silicon on Glass)工艺的硅微谐振式加速度计样机入手，介绍了加速度计的结构、加工方法和接口电路。该谐振式加速度计结构包括敏感质量块、谐振器和微杠杆3部分，采用差动结构来减小共模误差的影响。接口电路中采用了自动增益控制电路来稳定谐振器的振幅，成功实现了谐振器的闭环自激振荡和频率检测。分析了谐振式加速度计频率输出与加速度输入的关系,测试了硅微谐振式加速度计样机性能，结果为量程±50 g，标度因数143 Hz/g，零偏稳定性1.2 mg，零偏重复性0.88 mg，阈值170 μg。文章最后提出，DDSOG工艺中采用的玻璃材料和硅材料温度系数不同，影响了加速度计的温度特性，因此需要进步一改进加工工艺。

针对可重复使用助推飞行器在大攻角飞行过程中的耦合及干扰问题，提出了基于协调增益调度策略的姿态控制器设计方法。首先，忽略大攻角飞行时俯仰、偏航、滚转通道间潜在的耦合，建立了有别于小扰动线性化的各通道线性化模型，独立设计了各通道的增益调度控制器。然后，在单通道控制的基础上，说明了协调增益调度控制策略的思想。最后，设计了协调调度控制器用于消除通道间的交叉耦合。非线性实时仿真表明，该策略使攻角最大误差降低了1~2°，侧滑角跟踪精度提高了将近0.4°，满足可重复使用助推飞行器大攻角飞行时对系统性能指标的要求，同时控制策略的设计方法物理概念清晰，易于工程实现。

提出了一种可减小高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)系统体积的阵列式微法拉第筒离子检测器，该检测器具有结构简单、稳定性好、噪声小、量程大、可在大气压条件下工作等优点。阵列式微法拉第筒包括栅电极、敏感电极、屏蔽电极3部分，其中敏感电极由数十个直径为200 μm的硅圆柱交错排列而成。通过典型的MEMS工艺制作，法拉第筒与平板型FAIMS系统的MEMS工艺完全兼容。Fluent仿真结果表明，这种阵列式的设计，气体运动阻力较小，流场分布有助于载气中离子被充分吸收。与KEITHLEY 237电流表级联后，测得阵列式微法拉第筒的噪声水平在0.5 pA以下。对丙酮样本进行了实验测试，结果显示其输出信号为210 pA左右，表明该阵列式微法拉第筒满足FAIMS系统的要求。

为高灵敏度纳米三坐标测量机(nano-CMM)接触式测头提出了一种高精度高效率的触发控制策略。该策略使用了一种自行研制的4-DVD接触式测头，工件接触测头产生的微小变形会导致测头产生灵敏度极高的触发信号。系统使用超声波马达整合不同驱动模式，实现了高速逼近和低速触发的有效结合。触发过程使用了二次触发策略，即第一次触发获得接触位置的范围，第二次触发用极低的速度，详细记录触发点附近的触发信号，并通过线性拟合的方式求得信号曲线转折点，即为触发位置。该方法解决了驱动分辨率和行程大小的矛盾。实验结果显示：该方法可以有效地避免测头系统的塑性形变，触发位置的重复性可在10 nm以内。结果表明，本文提出的nano-CMM接触式测头触发控制策略在保证精度和稳定性的前提下，表现出了良好的控制效率。

设计了箔板U型弯曲试验方案，使用不同凹模槽宽尺寸和圆角半径的微型模具，在三思微型试验机上完成了试验，分析了模具几何尺寸、箔板厚度等对箔板U型弯曲变形中冲头载荷、回弹以及表面质量的影响。研究结果表明，槽宽尺寸或圆角半径减小时，最大冲头载荷显著增加，且冲头载荷上升和下降速率都明显增大; 对比两种不同厚度箔板的冲头载荷显示，冲头载荷减小速率明显快于横截面面积的减小速率，说明产生了明显的尺寸效应; 另外，圆角半径或板厚减小，导致回弹角度增大，成形件精度降低; 虽然成形件表面比较平整，但侧面出现划痕提示需要提高模具表面质量和采取润滑措施。以上研究结果对指导箔板微成形工艺设计具有重要意义。

硅微条探测器通过微电子工艺制作，易因沾污导致性能下降甚至失效; 裸露的键合引线，也易因机械力形成隐性或显性失效。对上述现象的研究可用于修复、维护探测器并在设计和工艺流程中改进其性能。本文通过光学、电气手段分析其结构和制作工艺流程，根据沾污性质在不同条件下清洗探测器，中测后根据芯片图形、封装方式和电气要求修复探测器，最后采用同位素α能谱测试修复效果。对一块沾污后失效(无法加载偏压)的硅微条清洗后在大气环境，N面接地，P面加载负偏压条件下进行了测试，结果显示： 170 V全耗尽，平均漏电流2.94 μA， 5.486 MeV的α峰能量分辨率约1.28%。失效键合所在条的另一面各条能谱观测到假峰，键合修复后消除。因沾污失效的硅微条探测器经过合适的清洗、修复，部分可以恢复性能，但清洗对表面和结构有损伤，须谨慎。另外，键合失效后，因信号不能引出导致的电荷积累会通过电容效应影响其它灵敏区。文章提示，探测器应存放于洁净，恒温，低湿度，避光，避强电磁干扰的环境，以提高能量和位置分辨率，并增加工作稳定性，延长使用寿命。

为了设计大口径透镜姿态调整机构，研究了三顶三拉调平结构布置方式的调节性能及其对受力变形和光束质量的影响。采用几何方法，得出了三顶三拉结构在任意三角形布置下升高量与调整角度变化的关系，定义了角度调整的相关系数; 利用有限元分析软件分析了3类支承点布置情况下调节平板的变形情况。分析结果表明，三顶三拉调整机构具有调整量可计算的特点，当调节平板的尺寸为580 mm×570 mm×20 mm，采用等腰三角形支承点布置方式时，重力引起的最大变形为12.51 μm。对采用了等腰三角形三顶三拉结构的透镜姿态调整机构进行了装校调试及打靶实验，结果证实了该布点方式对姿态调整的有效性和调整完成后精度的稳定性。

为了满足大口径、长焦距空间相机中次镜相对于主镜的位置精度要求，设计并研制了主次镜间的支撑结构，分析和试验验证了组合支撑结构的稳定性。首先，根据给定的光学系统，确定了主次镜之间采用薄壁筒和支杆组合的支撑结构形式，对比了支撑杆和薄壁筒的结构形式以及二者之间的连接方式，通过优化，完成了组合支撑结构的设计。然后，讨论了重力对支撑结构的影响，并进行了固有频率和正弦振动响应分析。最后，通过量级逐增力学试验，采用光学方法测量了主、次镜间的角度变化量，验证了支撑结构的结构稳定性。试验结果表明：主、次镜间的角度变化量<10″，组合支撑结构的一阶基频>75 Hz。这些结果满足主、次镜间角度变化量要求，具有较好的结构稳定性。

高光谱传感器的光谱定标是实现高光谱遥感定量化的关键。为了克服传统的基于单色仪扫描的光谱定标方法存在的设备昂贵、耗时等缺点，实现色散型高光谱传感器在野外或飞行中的实时、高精度定标，提出了一种基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器系统级光谱定标方法。分别对特征吸收波长板和漫反射参照体反射信号进行了比对测量，通过优化计算得到了传感器通道的中心波长和带宽。该方法消除了待定标传感器的光谱响应和光源的光谱能量分布带来的影响，能快速准确地实现色散型高光谱传感器的波长定位。运用该技术实现了对野外光谱辐射计FieldSpec UV/VNIR的光谱定标，并对影响光谱定标精确度的因素进行了分析计算，结果表明，该方法实现的波长准确度<0.5 nm，可满足色散型高光谱传感器实时、高精度光谱定标的需要。

为了进一步提高采用交流励磁定位无线跟踪胶囊内窥镜的定位精度，减小系统误差，提出了改进的神经网络定位校正方法。首先，设计了适应于胶囊内窥镜定位校正的神经网络结构; 然后，采用Levenberg-Marquart算法结合贝叶斯正则化方法改进校正网络，抑制校正网络的过拟合。通过定位实验平台，建立了定位目标的跟踪位置与实际位置的样本对照数据表，并应用校正网络对定位数据进行校正。定位校正实验表明，改进的神经网络校正法可进一步减小定位误差，校正后的X，Y，Z，α，β分量的平均误差分别减小至8.7 mm，10.1 mm，7.3 mm，0.086 rad和0.081 rad。与基本BP算法相比，采用Levenberg-Marquart贝叶斯正则化的改进算法有效提高了定位校正网络的泛化能力和收敛精度。

针对现有的基于样本块的图像修复算法采用全局搜索法确定最佳匹配样本块时效率低，且易出现错误匹配块的问题，分析了影响算法效率和质量的原因，提出了基于区域分割的变尺寸样本块高效图像修复算法。首先，采用双线性收缩方法获得尺寸是待修复图像0.02～0.25倍的收缩图像，并在收缩图像中分割出预选区域作为源区域，使用自适应窗口尺寸调整规则确定修复窗口大小; 然后，在预选区域中搜索最佳匹配修复块对图像进行修复。收缩图像修复完毕后，对收缩图像中修复不完全的区域采用分割子图像的方法进行修复; 最后，将子图像填回到原始图像的修复区域，循环运行直到修复完毕。实验结果表明，采用本文提出的修复算法，修复效率约为现有算法的5～100倍，且具有较好的修复质量。

针对大容量现场可编程门阵列(FPGA)时间数字转换电路线性度较差的问题，采用小容量FPGA实现了用于激光测距的高精度、高线性度时间数字转换电路。通过对高速计数器、数字插入方法、编码器硬件算法的研究，分析了影响时间数字转换电路精度和非线性误差的因素，提出了一种降低非线性误差的方法。首先，根据所分析的影响因素，解决了高速锁存的问题,在单片小容量FGPA XC2V250上实现了时间数字转换电路; 接着，通过USB接口将携带时间信息的计数器值和温度计码转为二进制编码值传给PC机，进行计算和显示; 最后，设计了延时测量电路，对所设计的时间数字转换电路进行了测试，得到了各个延时单元延时的大小，并进行了数据分析和处理。测试结果显示：时间数字转换电路单次测时分辨率约为80 ps，校正后可达40 ps左右，微分非线性误差为-0.524LSB~+0.448LSB，积分非线性误差为-1.598LSB~+1.492LSB，可以满足飞行时间法激光测距中高精度测时的要求。

为了使跳帧视频转码在有较好编码质量的同时兼顾转码后新码流的容错性，研究了一种编码质量与容错性自适应的跳帧视频转码方法。提出了基于最优编码质量的跳帧转码算法，依据质量影响系数，在所设计的滑动窗结构中进行了最优跳帧方案的选择，即计算各种跳帧可能性对编码质量的影响，最大程度地保留并编码运动强度较大的帧，提升编码质量。基于此算法，估计跳帧后的错误敏感度和错误影响系数，进一步提出了编码质量与容错性自适应的跳帧方法，使压缩效率和容错能力之间达到动态平衡。实验结果表明：丢包传输时，本方法可使再次解码视频的PSNR值提高0.05~1.2 dB，从而满足跳帧视频转码对帧率准、质量好、容错性强等方面的要求。

为扩大遥感仪器像面覆盖宽度，从现有的CCD拼接方法入手，提出了凸轮驱动的动态扫描拼接方法。将电机与凸轮同轴安装，两者做等速旋转运动，带动4片线阵TDI CCD在像面上做往复直线运动，相邻线阵CCD在扫描方向上的成像区域保持一定重叠率，从而实现了动态扫描拼接。分析了由凸轮结构的特殊性造成的系统负载力矩的非平衡特性进行了分析，针对采用常规稳速方法时，凸轮转速在负载变化阶段产生较强波动的情况，提出了常规稳速控制和神经网络相结合的自适应控制方法，并进行了实验分析。分析表明：作用于凸轮轴上的负载力矩与相机位角、凸轮转速成正比。与常规稳速方法相比，应用神经网络自适应控制方法后，系统稳速精度提高了41%，非平衡负载引起的速度波动降低了20%，满足工程需要。

为改进现有光学相干层析术(OCT)无损检测血糖评价方法的不足，提出将OCT信号斜率相对变化量和相对标准误差相结合来评价测量结果，并同时得到血糖的理论测量精度。首先，分析了OCT系统共焦函数对测量结果的影响及OCT信号斜率相对误差的计算方法，然后，通过对3只新西兰白兔进行活体实验来评价OCT无损检测血糖的测量结果。在测量血糖引起的OCT信号斜率相对变化量的同时，对OCT信号斜率相对误差也进行了计算，从而获得血糖的理论测量精度。新西兰白兔活体实验表明，线性度较好的拟合区间下OCT信号斜率相对变化量和相对误差分别为(3.7%)/mmol和0.068，(3.4%)/mmol和0.026，(0.93%)/mmol和0.019，血糖理论测量精度分别为±3.7 mmol，±1.5 mmol和±4.1 mmol。OCT信号斜率的相对变化量和相对标准误差相结合的评价方法能更有效地提高血糖理论测量精度，而且拟合区间越大，血糖的测量精度越高。

为解决基于二维图像处理的计算机辅助诊疗系统(CAD)仅考虑每幅图像自身包含的信息而忽略不同扫描层之间的联系，以及数据处理过程中的海量计算问题，提出一种新的基于快速三维主成分分析(3D PCA)的有效肺CT病灶检测算法。该算法首先引入高维张量奇异值分解(HOSVD)设计3D PCA; 然后以提取出的三维空间特征点为种子点，进行区域增长以获取完整的疑似病灶区域; 最后，根据医学图像具体特征，设计了一种HOSVD的简化分解算法。对来自吉林省肿瘤医院的10个典型病例的五百余幅临床CT图像进行了实验，并将实验结果与当前同类算法做了比较。结果表明，检测精确度提高了约10%~21%; 另外，快速算法与原算法比较，计算复杂度可降低约1/3。由于快速3D PCA可以挖掘更多存在于不同连续扫描层间的有用信息，更精准提取病灶特征，在一定程度上提高了检测率。

研究了冠状动脉感兴趣血管段造影图像和血管内超声图像融合的关键技术：导引丝与血管骨架的空间相对位置的计算。首先，通过构造6对匹配点和目标能量函数对几何变换矩阵进行了优化。然后，根据最佳垂平面法求取匹配点间的函数关系，并提出了血管骨架相对于导引丝的空间长度和角度的测量方法和误差分析方法。最后，针对单面冠脉造影图像进行了相对位置的计算。实验结果表明，导引丝与血管骨架重建的平均误差和标准偏差分别降为2.284 3 mm和2.483 1 mm，导引丝与血管骨架相对长度和角度的平均误差分别降为0.498 0 mm和6.029 9°，标准偏差降为0.574 7 mm和7.861 9°，基本可以满足图像融合的精度要求。