为了减少导航星表的存储容量和提高星图识别的成功率, 提出了一种将P向量与三角形内切圆相结合的快速全天自主星图识别算法。该算法在构造导航星表过程中, 从天文星表中挑选出满足要求的导航星并对其编号, 以构造的P向量值、导航三角形内切圆半径R及导航三角形的第三条边为特征量构造导航子星表; 在识别过程中, 找出一定误差门限内, 满足P向量值和三角形内切圆半径R的所有导航三角形对应的导航星星号, 利用构造的观测三角形第三条边对应的星号进行匹配。仿真结果表明, 该方法对位置误差和星等误差都有较好的鲁棒性, 当存在2pixel的位置误差时, 识别成功率仍高于97.8%, 平均识别时间为14.06ms。

针对高聚物材料中小分子的迁移现象, 结合数字图像处理技术, 提出了一种基于钠光和斐索等厚原理的光学干涉法。介绍了系统测试原理, 针对光学系统的设计作了详细的分析与计算; 通过实验测试, 设计的光学系统能够采集到清晰的干涉条纹, 且满足测试精度要求, 由条纹间距随时间的变化测出了丙酮和乙醇小分子迁移时高聚物折射率的变化规律为: 丙酮小分子在迁移10min后, 条纹间距降低到最初的40%, 折射率为最初的2.5倍, 之后基本保持不变; 而乙醇小分子则经过50min后, 条纹间距降低为最初的56%, 折射率为最初的1.7倍, 且基本保持不变。在此时刻之后发生的迁移对材料的性能基本不会产生影响。

分析了铯(Cs)原子作为旋光介质的线性法拉第磁光效应。采用二能级模型解释了铯原子与光的相互作用, 并利用琼斯矩阵推导了当激光器的频率处于铯原子共振线时, 经过铯气室的线偏振光的旋转角与外加磁场的关系式, 利用此关系式可测量磁场强度的大小和气室内铯原子的浓度。实验采用852nm分布反馈半导体激光器作为光源, 依次通过起偏器、铯气室和偏振光束分裂器, 测量了法拉第旋转角与磁场的关系曲线以及铯原子浓度, 测量值与理论值基本相符。

为了解决成像型激光探测系统外场试验常易出现的太阳光虚警问题, 提出了一种通过提高图像帧频抑制太阳光虚警的方法, 讨论了该方法的适用性, 给出了最佳频帧的选取办法, 并在外场太阳直射条件下进行了实地验证。结果表明, 该方法可减小探测系统对背景的积分时间, 有助于缩小太阳周围虚警杂光的成像范围, 有利于抑制虚警, 为成像型激光探测系统后续的研制和测试提供了有益的参考。

针对外场条件下因大气环境影响导致多光轴平行性误差的问题, 设计了一种可见光、1.06μm激光及8~12μm的长波红外多光轴平行性测试的光学系统, 系统采用卡塞格林系统为共光路并以可见光为基准光轴。卡塞格林系统的主次镜均采用双曲面校正球差及慧差, 添加校正透镜减小了轴外像差。设计结果表明, 该光学系统成像质量达到了衍射极限, 在大气环境中的光学性能满足要求, 保证了外场多光轴平行性测试。

根据可变光阑法测量发散角的原理, 利用具有强大数值计算与串口通信能力的LabVIEW语言搭建发散角测试软件平台。平台测试结果表明, 测试软件具有较好的显示功能与可操作性, 同时具有参数设置灵活、可二次开发等优点。在总程序设计的基础上, 分别介绍了数据采集、数据处理及数据存储的三个程序模块, 最后提出用LabVIEW的循环、嵌套等语句改进与扩展测试软件功能的设想。

为了实现对红外探测器积分响应的自动测量, 配合虚拟仪器技术搭建了一套热释电红外探测器积分响应自动测试系统。利用双绞线将测试仪器与计算机连接, 以LabVIEW为开发平台编写软件测试系统, 遥控测量仪器, 实现计算机自动采集和处理数据实时绘制曲线, 对LT-020-H型热释电红外探测器在不同调制频率下的积分响应度进行了测试并分析。在500K的黑体辐射下, 探测器积分响应度达到3.5×106V/W。通过对实验结果进行分析, 得到了探测器响应、黑体辐射温度以及信号调制频率之间的关系。

分析了4f系统的噪声来源, 提出使用液晶空间光调制器实时去除系统噪声。通过使用Zernike多项式拟合透镜等光学器件引入的像差, 根据液晶纯相位光调制器利用位相共轭波进行静态波面校正的工作原理, 提出了一种新的相位校正算法, 模拟仿真美国BNS公司反射式256×256纯相位液晶空间光调制器, 通过重构并逼近畸变波面, 产生相位共轭波前对畸变波前进行补偿, 对校正前后的实验结果进行对比, 实验结果表明, 液晶纯相位光调制器可以有效地去除4f系统的系统噪声。

介绍了衍射散射式颗粒粒度测量法的基本光路结构和理论模型, 讨论了决定其性能优劣的重要指标--测量下限, 对影响测量下限向小粒径范围延伸的参数进行了分析。继而介绍了近年来国内外主要粒度仪品牌在光学结构和散射理论模型方面所做的改进, 阐述了它们的工作原理和性能特点。最后对衍射散射式颗粒粒度测量法的发展前景做出了展望, 从修正理论模型、改进反演算法、提高探测器性能、缩小测量系统体积等几个角度提出了改进的想法和实例, 并介绍了一种称为后向散射光谱傅里叶分析法的新方法, 此方法有望大幅延伸测量下限。

多元回归法是彩色打印机特性化普遍采用的方法, 实验对影响多元回归精度的阶数、色空间选择、以及训练样本选取进行了研究。研究结果表明: (1)二、三、四阶的特性化精度分别在10.9±0.3、6.6±0.2、6.0±0.2个CIELAB色差单位; (2)回归模型采用RGB到CIELAB或CIEXYZ的预测精度基本相同, 大概相差1个CIELAB色差单位, 但如果训练样本选择适当, 两种色空间无差距; (3)训练样本的RGB取值要包括打印色域边界点0和255, 这样将保证模型总体预测精度。研究结果将指导实际应用中回归阶数、色空间选择和训练样本的选择。

采用有限元法对二维光子晶体的能带特性进行了分析。当光子晶体所受的温度发生变化时, 由于构成二维光子晶体介质的热光效应, 引起介质的折射率变化, 介质的热膨胀效应引起介质厚度发生变化, 改变了光子晶体的晶格周期, 使得光子晶体的能带结构发生变化。分析了温度变化对二维光子晶体的第一禁带和第二禁带结构特性的影响, 各禁带的起始波长、截止波长及禁带宽度的变化量与温度呈线性关系。

对于低频微幅的液面波动,提出了一种激光干涉测量方法。实验上观察到了清晰、稳定的激光干涉图样。干涉图样受到调制, 光强在两边界位置达到极大,形成两个极亮条纹。干涉条纹被限制在两个极亮条纹之间的确定区域内。根据光干涉理论推导出了调制干涉条纹光强度、相邻条纹角宽度、干涉区域角宽度与液面波物理参量之间的解析关系, 该理论分析与实验数据吻合。

传统的基于形状信息目标定位的算法,对目标观测角度发生形变情况下的定位存在不少困难, 针对该问题, 提出了一种基于稀疏活动轮廓模型的感兴趣目标(OOI)检测算法。首先通过共同勾画算法学习到感兴趣目标的稀疏活动轮廓模型, 它能够清晰地定义感兴趣目标模式; 同时构成该模型的Gabor轮廓基元可以通过扰动进行局部的调整以适配图像, 在一定程度上提高了检测算法在目标发生形变或者存在遮挡等情况下的鲁棒性。然后采用交替的sum maps和max maps的计算框架在测试图上扫描出与活动轮廓模型匹配分数最高的区域, 将其定位分割出来; 基于稀疏活动轮廓模型的检测算法在很大程度上依赖于图像尺度, 利用稀疏活动轮廓模型在多个图像尺度上检测物体, 因此可以有效地克服尺度变化大的问题。最后利用视觉皮层模型对分割后的图像进行模式分类进一步确认目标。经过多组实验结果表明, 提出的基于稀疏活动轮廓模型的感兴趣目标检测定位算法, 较好地解决目标在发生部分形变、存在遮挡以及复杂背景下的定位问题。

了解细胞内分子尺度的动态和结构的特征是生命科学迫切需要解决的问题, 要求远场光学成像要求纳米或亚纳米量级的空间分辨率。介绍了一种实现打破衍射极限的远场荧光显微成像技术--随机光重建显微术(STORM), 其分辨率可以达到横向分辨率20 nm, 轴向分辨率50 nm, 理论上这种方法的空间分辨率可以达到单分子定位的精度。具体介绍了其成像的基本原理, 在三维、多色成像方面的进展, 和目前面临的问题及今后的发展方向。

简要回顾了光纤光栅的发展、基本分类。在介绍光纤光栅基本特性及其在通信、传感中的应用的基础上, 讨论了级联光纤光栅的结构、工作原理、分析方法、基本性质, 以及它在传感和通信领域中的应用。展望了级联光纤光栅在传感、通信及其他领域的发展前景。

应用高斯点分布函数为数学模型, 提出了一种新的获取高精度恒星质心位置的方法。由于入射到星像点邻域内像元中的光子能量呈近高斯分布, 因此利用成像邻域内像元强度的比值, 将高斯点分布函数展开成为关于质心位置的多项式, 可将质心位置在x、y轴方向分别计算出来, 并利用从星图中提取出的多星对角距误差的统计值来间接验证提出的算法。试验结果表明, 该算法的定位精度达到1/33个像元, 相比一阶矩法提高了大约两倍, 表明该算法能够在不增加算法复杂度的前提下有效地提高质心的定位精度。对质心位置观测相机姿态精度的影响做了分析。结果表明, 提出的质心算法能够有效地提高观测相机的姿态定位精度。

根据北京同步辐射装置生物大分子实验站(2W1A)的条件和应用, 从理论上研究了锥形单毛细管传输同步辐射X射线的物理特性。计算了锥管传输效率随锥管长度、X射线能量的变化规律; 计算了锥管出口处的光强分布, 强度增益随工作距离的变化规律。结果表明: 与传输发散X射线相比, 锥形单毛细管传输平行X射线的物理特性有明显的不同。

考虑将初始处于纠缠态的一个原子注入处于Fock态的单模腔中, 并且原子与光场发生共振相互作用的情况, 采用Negativity熵来描述两子系统间的纠缠, 运用数值计算方法研究了腔內原子与光场间的纠缠特性。通过是否进行原子态选择性测量情况下, 对腔內原子与光场间的纠缠特性的比较, 讨论了腔外原子的测量对纠缠特性的影响。研究结果表明: 通过对腔外原子的选择性测量, 可增强腔內原子与光场间的纠缠。

为实现可变体机翼翼表温度的高精度的实时检测, 设计了一种基于长周期光纤光栅(LPG)的温度测试系统。该系统采用长周期光纤光栅作为温度传感元件, 高双折射光纤环镜作为边缘滤波器件。在边缘滤波理论研究的基础上, 提出了一种降噪增敏的算法。实验中将LPG粘贴在可变体机翼翼表材料的表面, 当外界温度发生变化时, LPG的谐振波长发生偏移, 经光纤环镜的调制后出射光强发生变化。实验结果表明, 长周期光纤光栅温度灵敏度为 0.053nm/℃,系统线性度为0.9997, 温度分辨率为0.05℃, 该系统具有较高的温度灵敏度和分辨率, 能够较好地实现可变体机翼翼表温度实时检测。

介绍了拉伸聚合物分散液晶和散射偏光片概念, 实验制备了剪切聚合物分散液晶样品, 给出了对聚合物分散液晶样品施加剪切应力的偏光特性光谱分析。实验结果表明, 吸收偏光片前置和后置样品的散射偏光效果相同, 样品在绿光550nm波长处最大透光率T∥~60%, 最小透光率T⊥~10%, 偏振度P~70%。实验结果对于其他散射偏光片具有普遍参考意义。

复杂液压管网的泄漏检测是液压系统面临的难点之一。采用LabVIEW与FoxPro数据库结合的方法, 开发了阵列式光纤传感管网泄漏监测系统软件。该软件控制NI公司数据采集卡PXI-6133采集经调制后的光纤传感器干涉信号, 再对获得的信号进行降噪处理, 根据降噪后的波形是否出现零点频率判断管道是否泄漏并进行报警; 该系统还可实时显示各管道的流量与压力的变化; 同时能够对泄漏数据以及流量压力数据实现数据库实时存储、查询或删除。实验证明, 该系统具有较高的实时性和可操作性, 较好地实现了复杂液压管网泄漏监测的智能化和自动化。

为了利用月球观测地球等离子体层的优势, 开展了月基望远镜的研究, 并对其进行了热设计和热分析。分析了月基望远镜所处的空间环境。对望远镜各个部分进行了热设计; 采用被动热控措施控制望远镜的温度水平, 降低空间环境的影响; 采用热疏导的方式对探测器进行散热。根据月基望远镜的空间环境、结构特点, 以及采取的热控措施, 在I-DEAS/TMG软件中建立有限元模型, 并进行了仿真分析。分析结果: 光学系统部分最大温度范围为-50℃~60℃, 机械结构部分为-110℃~105℃。热设计方案合理可行, 满足热设计要求, 其研究方法对其他舱外月基探测器的热设计具有一定的指导和借鉴作用。

提出了一种基于SIFT (Scale invariant feature transform)匹配的全局运动估计算法。在SIFT初匹配的基础上, 对每一个原始匹配特征点, 利用所在尺度的邻域灰度信息, 对其加权平均后再进行匹配, 进而去除误配点。精炼后的匹配点集合作为求解全局运动参数模型的对应数据, 采用最小二乘法计算模型参数。在全局运动估计问题上做了一种新的尝试, 实验表明, 结合SIFT匹配的全局运动估计思路取得了较为满意的效果。

为了保证空间光学遥感器所需温度条件, 以被动热控为主、主动热控为辅的原则对其进行了热设计。分析了其轨道环境特点, 计算了遥感器轨道寿命内原子氧通量,选择了一种玻纤增强聚四氟乙烯复合膜(β布)作为多层隔热组件面膜。根据其工作模式和外热流特点, 确定了三个极端工况, 以对日低温工况热设计为主要对象。热试验结果表明: 热设计满足遥感器光学系统温度指标, 热控方案可行。热设计方法对其它低轨道、低能量航天器热设计具有一定的指导和借鉴作用。

讨论了采用PECVD 方法在K9玻璃基底上制备SiO2、SiNx、以及SiOxNy薄膜材料的工艺参数与薄膜光学特性、沉积速率的关系, 并且运用掌握的工艺参数成功地制备了400~800nm波长范围双层、梯度折射率减反射膜样片。实验结果表明, 采用PECVD方法能够制备折射率可控的光学薄膜材料, 沉积薄膜厚度的精度可以控制在7%以内。