提出了合成孔径激光成像雷达(SAIL)的一种统一的工作模式, 即激光雷达运动的同时进行光束扫描。同时推导了点目标激光雷达方程, 据此还定义了SAIL二维数据收集方程, 二维数据收集方程组是合成孔径激光雷达的数据产生和收集过程中的完整数学表达, 并给出了统一模式的二维数据收集方程。从统一工作模式可以分解出条带扫描模式、聚束模式、滑动聚束模式和光束扫描模式, 及其相应的简化二维数据收集方程。上述的光束扫描模式是一种激光雷达和被观察面之间相对静止而只采用光束扫描实现孔径合成成像的新方法, 具有特殊的应用范围。

研制了海洋水色高光谱辐射实时观测系统。该系统主要包括用于现场测量海面与海水近表层上行辐亮度和下行辐照度的高光谱光纤辐射计, 装载高光谱光纤辐射计及其它辅助设施的海上观测平台, 数据采集、实时通讯的控制系统。采用6通道光纤光谱仪解决了多参数测量同步性问题, 通过自动调整光谱仪CCD积分时间提高其测量的动态范围; 采用光纤光谱仪减小了光接收器的体积, 减小了自阴影效应的影响; 采用防污染装置解决了光学探头水下防污染问题。对系统的性能进行了室内测试及近海36 d试验。结果表明,光学系统零漂误差小于±5%, 光学系统稳定可靠; 浮标性能可很好地满足水下光辐射测量对浮标体姿态和稳定性的要求; 控制系统的数据采集和通讯可靠有效。

选取冰晶、沙尘和碳黑等典型气溶胶粒子为例, 应用T矩阵方法, 探讨了单分散长椭球形气溶胶粒子的散射相函数随纵横比、尺度参数和折射率的变化规律。折射率虚部为0时, 以纵横比为0.4的冰晶粒子和等表面积的球形冰晶粒子为例, 将两者的相函数比值ρ划分为5个数值区域: 1) 0°附近的前向散射ρ≈1, 2) 从5°左右到30°左右ρ>1, 3) 从30°～35°到80°～110°ρ<1, 4) 从80°～110°到150°～160°ρ1, 5) 160°以后ρ1。 同等条件下, 由于折射率的变化, 沙尘粒子ρ<1对应的范围扩大至更大角度, 而ρ1和ρ1对应的角度区域均相应减小, 而碳黑粒子的ρ1和ρ1对应的角度区域则消失, ρ演变为3个数值区域。上述长椭球形粒子散射相函数的结论为气溶胶粒形检测和分析提供了理论依据。

在包含时间进程的光波大气传输及其自适应光学相位校正的数值模拟研究中, 如长曝光成像和自适应光学系统的动态控制过程, 矩形湍流相屏的产生和应用尤为重要。而现在通常使用的功率谱反演法产生的是正方形的湍流相屏, 只采用其中的矩形部分显然造成计算机资源的浪费; 并且谱反演法产生的湍流相屏需要进行低频补偿, 从而明显地增加计算量。基于大气湍流所造成的畸变相位波前的分形特征, 提出了一种产生矩形湍流相屏的新方法, 并与解析理论结果进行对比, 验证了这种矩形相屏产生方法的正确性。与已有的方法相比, 此算法具有两个明显的优点：算法简单、计算效率高, 节省计算机资源; 与大气湍流介质统计特性无论在高频部分还是在低频部分均符合得较好。

围绕高分辨率对地观测实时成像需求, 研究了地球静止轨道分布式卫星光综合孔径相机的能耗情况和空间频谱(u, v)覆盖情况。从静止轨道卫星动力学特性出发, 分析了在天底对地观测和斜向对地观测两种情况下, 维持分布式卫星编队飞行组成的光综合孔径阵列的收集器卫星的能耗情况, 并给出仿真计算结果; 从高质量成像需求出发, 研究了实时成像情况下, 对地面天底观测和对地面纬度为20°情况下的斜向观测两种情况下,不同时刻的(u, v)覆盖变化情况。研究方法和研究成果也可以扩展应用到其他天基轨道(如低轨道、深空探测轨道)的不同波段(如毫米波、微波)的综合孔径成像情况, 对于发展中国空间对地观测高分辨率成像遥感等, 具有重要的参考价值。

基于单层衍射二元光学元件的相位延迟表达式, 将双层衍射光学元件的衍射面用二元光学元件的台阶表面近似模拟, 推导出光束斜入射时双层衍射光学元件的衍射面产生的相位延迟, 揭示出含有斜入射角度的双层衍射光学元件衍射效率表达式。实例分析结果表明, 双层衍射光学元件衍射效率仅在一定角度范围内对入射角的变化不敏感, 当入射角度持续增大时, 衍射效率随入射角的增加快速下降。当入射角从0°增大到4.5°时, 衍射效率几乎没有下降; 当入射角从4.5°增大到6.7°时, 衍射效率开始缓慢下降到95％; 当入射角从6.7°增大到9.5°时, 衍射效率明显下降到80％; 当入射角从9.5°增大到18°时, 衍射效率快速下降到0。

采用傅里叶频谱分析法, 将超短脉冲高斯光束展开为单色单角谱成分的线性叠加; 利用Kogelnik一维耦合波理论, 分析透射型体光栅对各单色单角谱成分的衍射特性; 再通过逆傅里叶变换得出衍射光波的时空分布与光栅各参量的对应关系。结果表明：衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅周期的减小而呈展宽趋势, 且在空域的展宽趋势较为迅速, 与入射光束在空域进行比较, 衍射光束空域分布发生非常明显的畸变; 衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅厚度的增大亦呈展宽趋势, 且展宽速度相当, 与入射光束在时域和空域比较, 均发生了较明显的畸变。

在分析了大气对光信号的影响之后, 利用脉冲位置调制(PPM)的正交性构造了一种适合于强度调制/直接检测式光通信的正交空时编码, 并将其引入分层空时编码的首层以增加第一层信息符号的分集度; 其次采用分组干扰抑制的方法消除其它层对信号的干扰, 利用空时分组码(STBC)和分层空时编码的译码方法并结合最大似然判决准则恢复出原始信号。最后, 利用仿真实验进一步验证了该方法的可行性。结果表明：在自由空间光通信中, 混合空时编码方案的性能明显优于传统BLAST码方案的性能。

提出一个新颖的采用两个级联半导体光放大器(SOA)作为独立全光偏振调制器实现双信道偏振态位移键控(PolSK)光传输系统方案, 并进行了实验验证。从发射机端输出的PolSK光信号具有四个偏振态, 构成了两个独立的二进制数据信道。各信道数据可以采用不同的码制, 码率以及不同的时钟信号。该系统方案, 提高了通信系统的比特-符号比以及频谱利用率; 又由于PolSK光信号功率恒定, 减小了光纤链路中非线性效应对光信号的影响提高了通信系统长距离数据传输能力; 在接收机端实现了光信号的直接偏振检测, 简化了接收机的设计和成本; 又由于采用了稳偏接收模块使接收系统能够实现稳定信号接收。构成了基于本方案的实验系统, 进行了一系列基础实验和性能测试。分别进行了50 km,80 km以及100 km长距离光纤数据传输实验, 实验结果表明所提出的系统方案是有效的。

光纤光栅在不均匀应变场中会由于其反射谱的展宽而带来测量误差。线性滤波法是一种适合于高频瞬变信号的解调方法, 在光纤光栅参数取典型值时, 使用传输矩阵法对线性滤波法解调光纤光栅在不均匀应变场中反射谱的过程进行了数值模拟。模拟结果表明, 固定应变峰值为3000 με, 应变波波长大于0.0025 m时, 测量相对误差不超过3 ％; 固定应变波长0.05 m, 应变波幅值小于10000 με时, 应变误差不超过0.25 ％。使用Hopkinson压杆装置对数值模拟结果进行了验证, 结果与数值分析结论较为吻合。

帧内时钟提取是高速率的光分组交换中关键技术之一。帧时钟建立和消失的快慢决定了线路中的最小分组间隔, 从而影响了线路的分组速率。提出了一种利用半导体放大器(SOA)的自相位调制效应(SPM)导致的红移, 利用光学滤波器减小分组时钟消失时间的方法, 并最终完成了10 Gb/s的分组时钟的提取, 建立和消失时间分别为2个和6个码元周期。

采用有限元法建立了熊猫光纤光栅的压力传感模型, 分析了压力变化所导致的内部应力分布。结果表明, 熊猫光纤光栅双峰间距随着压力增加而增大, 其快轴方向的压力灵敏度系数为-4.08 pm/MPa, 其绝对值大于慢轴方向-3.5 pm/MPa。理论分析和实验测量了几何结构对压力传感特性的影响规律, 结果表明, 熊猫光纤光栅压力灵敏度系数与猫眼半径距离比的平方成线性关系。对比实验结果表明, 无法通过测量熊猫光纤光栅双峰间距的方案实现对温度不敏感的压力传感测量。

针对椒盐噪声的特点, 提出了一种以回归型最小二乘支持向量机(Least square support vector regression , LS-SVR)为数据恢复算法的开关型滤波器。首先利用max-min算子对滤波窗口中心点进行噪声判别, 若中心点不是窗口极值, 则将其正常输出, 若为极值, 则将其判定为噪声, 并进一步将窗口分为只有中心点被污染和多点被沾染二类, 利用LS-SVR良好的数据逼近能力, 对窗口进行曲面拟合, 实现了被污染的数据点的有效恢复, 减小了被误判为噪声的数据点的损害。为提高算法的运算速度, 根据滤波策略和LS-SVR的特点, 先期构造了二种LS-SVR卷积模板, 将LS-SVR的训练过程转化为了简单的加权求和运算, 增加了算法的实用性。实验表明, 这种方法具有较好的细节保护能力和较强的噪声去除能力。

在计TP751算光学切片显微成像(COSM)的非盲图像复原中, 准确获取系统点扩展函数对图像复原质量和复原结果的稳定性有重要影响。显微镜系统的点扩展函数的获取通常有两种方式：数值计算和物理测量。数值计算运算量大,涉及的参数较多且难以准确估计, 因而在实际应用中具有一定的局限性; 物理测量得到的点扩展函数最能真实体现显微镜系统的光学特性, 但其存在着信噪比(SNR)低的缺点, 使用之前必须对其进行预处理。针对物理测量得到的点扩展函数详细讨论了如何运用扩展Nijboer-Zernike理论(ENZ)来对测得的点扩展函数进行重建。实验证明, 该方法能快速准确地重建显微镜的三维点扩展函数, 提升其信噪比。

提出一种基于各向异性扩散偏微分方程的红外图像噪声抑制算法。通过将形态学处理和红外图像局部特征相结合, 建立了一种新的扩散系数。该系数利用形态学膨胀腐蚀操作获取梯度算子, 改善了Perona-Malik(P-M)梯度算子对噪声的敏感性, 实现了均匀区域扩散增强且边缘细节区域扩散减弱的目的。算法已在EVM-DM642硬件平台上实时运行, 实验表明：它在有效平滑噪声的同时较好的保持了图像边缘细节信息。

为克服Fylnn最小不连续相位展开算法效率较低的缺陷, 以快速高效地展开包裹相位图, 提出了一种基于边缘检测的最小不连续相位展开新算法。先对孤立噪声点预处理并将其排除在增长环搜寻扫描区域外, 然后利用边缘检测技术检测出相位不连续区域, 并把其作为扫描区域。由于利用边缘检测使增长环搜寻所需的扫描范围在很大程度上缩小, 最小不连续相位展开算法的效率得到了很大提高。详细描述了新算法的原理和实现步骤, 并用计算机模拟和实际的包裹相位图来验证其有效性。相位展开结果表明, 新算法能正确展开这些包裹相位图, 且较最小不连续算法有更高的效率。

多光谱遥感探测波段的细化和增加, 要求提高图像的采集和传输速度, 原有的波长调谐方法和接口规范已不能满足需要。提出了一种新的基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱图像采集系统。该系统的成像部分用液晶可调谐滤光片替代传统的机械转轮滤光片, 这种滤光片是电可调谐的, 能在 400～720 nm波长范围内快速准确地实现16个波长的任意调谐, 其最快响应时间达 50 ms; 系统的采集控制部分遵循支持高速数据传输的Camera Link接口规范和PCI总线标准, 使得嵌入式计算机能通过程序实时控制波长调谐、相机曝光时间设置及图像采集和存储。系统具有体积小、功耗低、稳定性高、采集速度快等特点, 能够在机载、艇载等平台上工作, 可用于低空遥感、环境监测等领域的研究。

航空振动是影响动态高分辨率航空相机成像质量的主要因素。利用“运动的概率密度函数相当于光学系统的点/线扩展函数”这一概念, 采用光学传递函数的理论, 并运用调制传递函数(MTF)作为评价像质的工具, 得到了动态调制传递函数的一般表达式。详细分析线性运动、正弦规律变化的振动和随机振动对像质的影响, 并用Matlab软件进行仿真分析。结果表明, 得到的结论与其它相关文献的分析结果和理论相吻合的,而且该方法可以推广到二维运动形式下的调制传递函数分析。对振动下系统MTF 与静态情况下进行了实验比较, 结果表明在相同奈奎斯特频率处下降0.3左右, 与仿真结果一致。该方法可用于预估与评价航空相机和其他光电系统成像质量, 该结果也可用于去卷滤波以实现图像复原。

为了提高小波变换轮廓术中小波的空域局部化能力, 提出了一种基于Mexican hat小波变换的条纹图处理方法。基于希尔伯特变换得到条纹对应的解析信号, 用Mexican hat小波计算解析信号的连续小波变换, 从小波变换的脊上提取相位信息, 恢复物体高度信息。模拟结果表明, Mexican hat小波变换法在相位快变或突变的区域有更高的相位提取精度, 测量误差可减小0.1～0.5 rad。以人脸石膏像为例, 进行了实验测量。实验结果表明, 在高度不连续或变化剧烈的区域, Mexican hat小波变换法较Morlet小波方法误差传播更小, 精度更高。

激光超声测量技术是一种重要和先进的非接触式超声测量技术。为了减少测量系统各构成部分间的电缆连接, 将无线通信技术与激光测量技术的特点相结合, 研究了一种激光超声无损测量系统, 分析了该测量系统的原理及构成。系统用掺钕钇铝石榴石固体激光器在材料中激励超声波, 压电换能器接收超声信号。该信号经系统级芯片MSP430F2274单片机放大、模数转换成数字信号, 然后由单片机控制nRF905芯片进行信号的无线传输。接收部分的单片机采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信, 把信号送入计算机显示记录存储和处理。结果表明该系统实现了激光超声的近程无线测量, 简化了系统的结构, 传输性能稳定, 对周围电子仪器干扰小, 显示了很好的应用前景。

利用分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器进行人体温度的检测, 研制了智能服装样衣, 重点从人体生理学基础理论、人体热平衡及空气热传递理论等方面研究智能服装在穿着过程中的热传递机理, 对热传递过程进行分析和研究, 从理论上建立起人体皮肤-空气-服装(传感器)三者之间的热传递数学模型, 为智能服装中分布式FBG传感器人体温度测量提供理论依据, 并提出了智能服装中Houdas改进模型用以确定分布式FBG传感器测量点, 最后阐述了智能服装用光纤植入服装的方法。在实验研究中, 智能服装样衣中分布式FBG传感器所测人体温度与温度场模拟数据对照差异无统计学意义, 据此可以得出分布式FBG传感器所测温度可以作为临床医学人体腋下温度使用。

为使星载激光高度计实现高空间分辨率, 提出了一种联合采用伪随机码调制光纤激光器和单光子计数的测距方法。讨论了此方法的实施方案, 推导了此方法用于测高时的信噪比公式。对方案中的激光发射功率、接收望远镜口径对信噪比的影响进行了数值模拟。对系统参数进行分析, 得到了相关参数的关系和优化的参数。结果表明接收望远镜口径为0.8～1 m, 激光出射功率约为10 W, 伪随机码调制宽度为600 μs, 调制速率为1 GHz时, 基于伪随机码调制和单光子计数的星载激光测高计能够使系统信噪比达到10, 距离分辨率达到15 cm。

解调算法在Sagnac干涉仪系统中占有重要地位。目前已经提出的一些数字开环解调算法在运算过程中时常会出现某些特殊相位点互相混淆的问题, 这会导致系统输出错误的解调结果。在对特殊相位点的产生原理进行理论分析的基础上, 设计了一种以集成电路芯片为核心的虚拟光纤Sagnac干涉仪系统。该系统可以便捷地解决使用光纤Sagnac干涉仪难以对特殊相位点进行检测的问题, 同时, 可以方便地判别解调系统在这些特殊相位点是否会发生错误解调。最后, 利用该虚拟Sagnac干涉仪对一种数模混合解调系统进行了特殊相位点测试。并通过实验测得该虚拟光纤Sagnac干涉仪的标度因数为49.9°/V; 标度因数的非线性度为0.167%, 标度因数的不对称度为0.088062%, 零漂小9.5265°/h。

设计了一种基于椭圆芯保偏光纤模间干涉的光纤电压互感器, 能对温度等环境干扰信号进行自动温度补偿。用缠绕了椭圆芯保偏光纤的石英晶体作为电压传感头, 在被测高压电场的作用下, 保偏光纤的长度因石英晶体的逆压电效应形变而受到调制, 进而改变模间干涉输出两个边瓣的光强分布, 对两个干涉输出边瓣进行探测实现高电压的测量。在地面低压端用一个缠绕了保偏光纤的压电陶瓷(PZT)实现模间静态相位差的实时调整, 以补偿环境温度变化带来的静态工作点漂移。实验结果表明, 高压电压互感器在额定电压附近能获得0.5%的测量精度, 在被测电压超过10 kV时具有很好的线性度。

高阶谐波和随机相移误差是影响干涉测量精度的主要因素。为了同时解决这两问题, 提出了基于最小二乘迭代的多光束干涉条纹分析方法。该方法利用傅里叶级数将多光束干涉条纹展开为基波和各阶谐波之和。它只需要5帧随机相移的多光束干涉条纹, 即可通过最小二乘迭代准确地求得相移值和相位分布。模拟计算结果表明, 当测试面反射系数小于0.6、随机相移误差的均方根小于1时, 只需10次迭代运算即可将误差控制在0.005 (PV)和0.003(RMS)rad之下, 精度比传统的五步算法精度高。实验结果进一步验证了该算法的有效性, 并表明该算法比双光束相移算法优越。

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质。计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体, 禁带宽度为0.2994 eV, 其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成, 导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成, 静态介电常数为18.89, 折射率为4.3460。掺Ag后Mg2Si为p型半导体, 价带主要由Si的3p, Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成, 静态介电常数为11.01, 折射率为3.3175。掺Al后Mg2Si为n型半导体, 导带主要由Mg的3s、3p, Si的3p及Al的3p态电子构成, Al的3s态电子贡献相对较小, 静态介电常数为87.03, 折射率为9.3289。通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构, 计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据。

为了开发稠环化合物3-苯基-6-(4-甲苯基)-1,2,4-三唑[4,3-b]-1,2,4-三嗪的光电性能, 本文利用Gaussian程序研究了该化合物的晶体结构, 采用密度泛函理论B3LYP方法选取6-31G(d)基组对其性能进行了量子化学计算研究, 得到了稳定的几何构型和键长、键角且数据与实验值相符。从电荷转移、前线轨道能量和电子发射光谱等性质探讨了6位苯环上含有不同取代基时化合物性能的变化, 含不同取代基时化合物分子的发射波长介于512～521 nm之间, 并对含不同取代基化合物的光电性能进行分析。不同取代基以诱导和共轭效应协同作用于化合物上, 通过改变电荷转移数量来影响化合物光电性能。根据计算结果预见该类化合物可以用来做光电材料。

基于稳态条件下描述光纤中受激拉曼散射效应的光功率耦合方程组, 提出一种新的多波长级联拉曼光纤激光器的设计算法。结合遗传算法和打靶法的优点, 采取对每一代种群中少数优良个体进行几次打靶, 使得种群中目标函数最优化值附近的个体加速收敛。以500 m掺磷光纤为增益介质、光纤布拉格光栅构成谐振腔的三波长(1427 nm, 1455 nm, 1480 nm)级联拉曼光纤激光器为例, 采用该算法计算了其输出特性。结果表明,总输出功率与抽运功率近似成线性关系, 斜率效率约51%; 由于谐振腔中三个输出波长相互之间的受激拉曼散射作用产生的能量转移, 使得输出的长波长斯托克斯光斜率效率大于短波长斯托克斯光斜率效率。

提出一种充分利用光纤光栅所能承受的应变量, 显著提高了光纤光栅温度传感器在高温下的灵敏度的方法。在常温下制作传感器时, 根据传感器需要测量的温度设置光纤光栅的预松长度; 当温度升高到需要测量的温度时, 光纤光栅才开始被拉紧, 传感器才开始以高灵敏度方式工作。分析了预松长度和工作温度之间的关系。实验中, 当预松长度分别为0.2 mm、0.5 mm、0.6 mm时, 工作温度分别上升了25 ℃、50 ℃、61 ℃, 并且灵敏度(约675 pm/℃)基本不变。实验结果和理论分析吻合, 较好地证实了该方法的有效性。

以0.1 MK2S2O8＋KOH和氙灯分别作为刻蚀剂和紫外光源, 采用光增强湿法刻蚀转移衬底的垂直结构GaN基LED的n型GaN, 对N面有电极和没有电极的芯片的n型GaN层进行刻蚀。结果表明, 在相同的刻蚀条件下, N面有电极的n型GaN层刻蚀速率明显大于没有电极的n型GaN; 而它们的均方根粗糙度(RMS)则结果相反。刻蚀后的形貌呈圆锥型凸起。20 mA下刻蚀后的裸芯光输出功率较刻蚀前提高了88.5％。

应用数值方法对特殊光子晶体-蓝蝴蝶翅膀微结构的光学散射角偏特性进行了深入研究。根据蓝蝴蝶翅膀的表皮微结构简化模型, 应用时域有限差分(FDTD)方法对其在自然光照射下的散射角偏特性进行了分析, 深入研究了此光子晶体中各结构参数对光散射角偏特性的影响, 详细探讨了该光子晶体的角偏特性散射机理及其在军用目标隐身设计中的应用。

利用有限光束在薄介质板结构中多次反射及其重构揭示有限波束透射光束反常侧向位移产生的物理机制; 证明了物理上有限光束出现反常侧向位移的限制条件与稳态相位法成立的数学条件是一致的。通过数值模拟表明, 透射光束的反常侧向位移是因为有限光束在薄介质板结构中每个经过多次反射后具有不同相移的平面波分量重构的结果。对于整个波束而言, 透射光束的反常侧向位移是薄介质板结构中多次透射或反射的波束相干叠加产生的。

空间光学元件对面形精度和表面质量有着极高的要求, 气囊抛光采用了新型的抛光工具和特殊的运动形式, 是一种高精度、高效率的光学元件加工方法, 尤其适用于非球面的加工, 具有广阔的应用前景。分析了气囊抛光技术的基本原理及该技术的发展过程, 介绍了气囊抛光相关技术的研究情况和实验结果, 对几项关键技术的研究现状进行综述, 重点介绍材料去除特性、驻留时间控制算法、边缘精度控制以及最新开发的喷液抛光技术的研究情况。

用两块玻璃夹持一层几个μm厚的磁性液体薄膜。将这一磁性液体薄膜垂直放置于由亥姆霍兹线圈建立的均匀磁场中。在迈克尔孙干涉仪上用对比测量法测量在不同外加磁场强度作用下磁性液体薄膜的折射率。实验发现, 磁性液体薄膜的折射率随外加磁场强度的变化而变化。结合实验研究, 提出了外加磁场改变了磁性液体颗粒链的大小, 改变了磁性颗粒链的大小和入射光波波长的比值, 从而改变了磁性液体的折射率的设想。初步建立起了磁性液体薄膜的折射率和外加磁场强度之间的关联式。为磁场测量、光学阀门等新型磁光器件的开发提供了新的技术。

用电化学法制备了高度有序的多孔阳极氧化铝模板, 选用CoSO4和CuSO4的混合溶液为电解液,用交流电化学沉积法在多孔阳极氧化铝的柱形微孔内制备铜钴合金纳米线有序阵列。分别用扫描电镜(SEM),X 射线衍射仪(XRD)对多孔氧化铝模板和纳米线阵列的微观形貌和结构进行分析。结果显示,制备的合金纳米线表面光滑、均匀,纳米线中的晶粒在长过程中有(111) 晶面的择优取向。用UV3101分光光度计测试了铜钴合金多孔铝复合结构的透射光谱及偏振光谱表明,合金纳米复合结构在可见及近红外波段具有良好的透射比和消光比; 铜钴合金纳米复合结构的确能够改善单一金属的特性, 比如在近红外光区, 其消光比(30 dB)优于铜纳米复合结构(17 dB)。

目前涂料遮盖力测试中普遍使用改变涂料厚度的方法。为提高测试的效率和精度, 提出了改变基底样式并采用不同灰阶基底的遮盖力测试方法。基于对光线入射到薄膜后传播过程的分析, 结合唯象理论, 系统分析了专用基底上涂膜前后的CIELAB色差变化, 采用数学方法模拟出涂料的遮盖表现, 进而实现遮盖力的测试。与已有的德国标准化协会(DIN)方法、美国测试与材料协会(ASTM)方法以及光谱估计方法的实验比较表明, 新方法能够准确、快捷地测试遮盖力, 与DIN方法的参照结果相比其相对测试精度可达01 ％～11 %, 优于ASTM和光谱评估方法, 且对彩色涂料和非彩色涂料具有同样的可操作性。

为克服传统的车尔尼-特纳型光谱仪像差较大、空间分辨率低等缺点,提出了一种星载车尔尼-特纳型成像光谱仪像差校正方法。具体分析了像差校正的原理和方法,利用这种方法设计了视场角为2.3°,焦距为114.18 mm,F数为3.81,工作波段为540～850 nm星载车尔尼-特纳型成像光谱仪光学系统,运用光学设计软件Zemax对成像光谱仪总的光学系统进行光线追迹和优化,并对设计结果进行分析。结果表明,该系统的像差得到充分校正,全视场调制传递函数值在540～850 nm波段达0.58以上,完全满足设计指标要求,也证明了所提出的像差校正方法的可行性。

为了对风云二号C星(FY-2C)与D星(FY-2D)扫描辐射计(VISSR)的可见光通道进行定标, 国家卫星气象中心联合多家单位在中国遥感卫星辐射校正场敦煌场开展了时间跨度达3个月的场地替代定标同步试验, 获取了多组试验数据。通过使用刘京晶建立的敦煌地表反射比双向反射分布函数(BRDF)模型对实测的敦煌地表反射比数据进行方向性修正; 使用6S模型计算表观反射比并进行天顶角余弦和日地距离修正; 从4 d试验数据中计算得到了相对标准偏差小于5.6%(FY-2C)和2.4%(FY-2D)的4组定标系数。在不同野外环境、不同太阳几何位置参数下获得了相对一致的定标系数, 说明定标算法的准确性和稳定性。

合成孔径激光成像雷达中啁啾激光光源的非线性会严重影响距离向的成像聚焦。基于参考通道非线性测量和相移计算进行目标通道啁啾非线性补偿的概念, 提出了一种对目标物点反射信号逐一滤波和校正的方法。建立了该方法从外差探测到距离向成像的一般性数学流程。以星载合成孔径激光成像雷达为模型, 进行了计算机仿真, 研究了滤波器宽度、非线性大小对距离向压缩脉宽的影响, 通过分析得到了合适的滤波器宽度, 验证了本方法的可行性。

针对同轴偏场三反射镜系统用Zemax软件建立了主镜分块模型, 提出了基于灵敏度矩阵反演的分块镜位置误差校正方法。对于非圆形的环扇形分块镜, 采用环扇域正交的Zernike多项式拟合出瞳波像差。仿真计算了分块镜的灵敏度矩阵, 验证了分块镜位置误差和出瞳像差变化量间的线性关系。仿真结果表明,当分块镜具有五个校正自由度时可以将光学系统恢复到设计状态, 当分块镜只有三个校正自由度时会有少量剩余误差。

卫星角反射器作为激光测距系统中的合作目标, 其主要作用在于提高地面接收机范围内反射光束的能量密度。经卫星角反射器返回的光束能量分布与角反射器加工参数有很大关联。基于角反射器的几何结构模型, 采用矢量形式的折反射定律, 建立了在不同光束入射条件下, 具有二面角和面形误差的角反射器的出射光场的相位分布和远场衍射模式的数学模型。针对圆形切割的角反射器, 仿真计算了不同光束入射角及方位角、角反射器二面角和面形误差所对应的远场衍射模式, 并详细分析了它们对远场衍射模式的影响规律。仿真结果表明, 随着二面角误差、面形误差和光束入射角的增加, 远场衍射强度的发散程度增加。根据远场衍射模式和速差补偿理论, 提出了一种在较大观测范围内二面角速差补偿方法。

介绍了根据目标的反射率实验测量和大气光谱特征对大气层外目标进行探测的波段选择方法。测量出样品及标准板的反射光强度, 计算出样品的光谱反射率, 在考虑空间目标自身的辐射强度、光谱反射率、背景大气的辐射亮度、目标-背景对比度、不同波段斜程透过率等诸多因素后进行波段选择。利用MODTRAN大气传输模型计算了目标亮度、背景大气的辐射亮度、对比度以及不同波段斜程透过率的典型光谱特征、并进行光谱特征分析, 综合考虑目标的视亮度以及对比度, 结果表明0.76～0.90 μm是包覆黄色镀铝聚酯薄膜的目标最佳探测波段, 0.52～0.60 μm是包覆银色镀铝聚酯薄膜的目标最佳探测波段。

分块式空间望远镜的波前传感及控制方法是实现高分辨率成像的关键。空间望远镜在轨展开后, 由于空间环境及光学系统本身的特点, 存在位置和面形误差, 波前误差动态范围大、空间频率覆盖宽, 需要采用分级校正的方法逐步减小误差。给出了波前校正流程及相应的波前传感及控制方法。利用Zemax软件建立了同轴偏场三反射镜系统仿真模型, 并对主镜进行了分块设计。针对该系统模型, 建立了分块式空间望远镜系统波前传感及控制集成仿真软件, 通过分析分块主镜的波前误差校正过程验证了算法的可行性。

分析了干涉多光谱图像数据的两个特性, 并提出一种基于自适应分类曲线拟合的压缩算法。首先采用均方差准则自适应地将干涉多光谱图像分为强、弱两类干涉区域, 并分别构造不同的拟合函数。对强干涉区域, 选择典型曲线, 并采用最小二乘原理对典型曲线进行拟合, 而其余曲线则根据典型曲线进行匹配预测; 对弱干涉区域, 则分别对所有干涉光强曲线独立进行拟合。最后将所有误差数据进行熵编码。实验结果表明, 与JPEG2000相比, 该算法能够减少无损压缩输出码率约0.2 bit/pixel, 明显提高有损压缩的重建图像质量, 降低光谱失真。

为更有效地将空间观测技术应用于城市地理信息系统等领域, 提出了一种新的基于遥感图像的城市道路自动测绘方法。该方法通过构建对象网络来表达图像结构, 获取客观的处理单元。在此基础上, 针对感兴趣特征, 利用无监督学习来综合分析遥感图像中道路目标的各类可视及非可视化信息, 快速标记并定位目标区域。方法中还结合上下文信息进行空间平滑处理, 大大消除了噪声、遮挡等影响。矢量标绘后可以量测得到城市道路的准确轮廓及相关参数。实验表明, 该方法准确率高、鲁棒性好, 适用于绝大多数高分辨率城市遥感图像中道路目标的自动测绘, 在地理信息系统和数字城市系统建设中具有较大的实用价值。

空间调制偏振干涉成像光谱仪的核心是干涉仪, 干涉仪的重要组成部分是Savart偏光镜。Savart偏光镜的透射率直接决定着空间调制偏振干涉成像光谱仪的光通量, 进而影响到目标的干涉图和目标的像。因此有必要研究Savart偏光镜的透射率对光通量的影响。在介绍干涉仪结构的基础上, 利用电磁场边界条件和折射定律分别求得了光在Savart偏光镜的4个分界面：空气/Savart偏光镜的左板; Savart偏光镜的左板/胶粘剂; 胶粘剂/ Savart偏光镜的右板; Savart偏光镜的右板/空气的透射率和光强, 同时得到了光通过干涉仪后的两束干涉光的光强。利用光的叠加原理得到了干涉后的总的光强, 并求出了光通过Savart偏光镜的透射率和光通量的数学表达式。通过两者的关系式可以很直观的看到Savart偏光镜的透射率对空间调制偏振干涉成像光谱仪的光通量的影响, 为研究空间调制偏振干涉成像光谱仪提供了一定的理论依据。

高能激光系统中通常包含光束净化装置以对激光器出射光束的波前畸变进行连续校正。为研究随机并行梯度下降自适应光学方法在光束净化问题上的可行性, 按算法运行时序连续改变37单元变形镜的面形, 以在实验光路中引入高能激光器输出光束的常见动态波前畸变, 同时采用随机并行梯度下降算法控制同一变形镜对此动态畸变进行校正。实验结果显示, 在事先消除系统初始像差的情况下, 系统分别以1 kHz和2 kHz的模拟迭代速率工作时, 激光束的动态像差都得到了充分抑制, 光束质量在整个校正时段内始终维持在较好水平。这表明随机并行梯度下降自适应光学方法应用在光束净化系统中是可行的。

目前, 多摄像机系统的位姿估计还缺乏系统的方法, 它通常通过求解透视n点问题或者求解使两组3D点集之间平方和误差最小的刚体变换来解决, 这些方法都有局限性。正交迭代算法是基于点特征的单目视觉算法, 快速且全局收敛, 是目前性能最优的实时位姿估计算法之一, 被广泛应用。提出了一种广义正交迭代算法把所有摄像机获取的全部图像作为整体计算得到相对位姿参数, 是通用的多目视觉位姿估计算法。算法先把所有摄像机数据进行统一表达, 再把所有摄像机观测到的全部特征点的目标空间共线性误差平方和作为误差函数, 最后经数学推导得到使该误差函数最小化的迭代求解过程。实验结果验证了算法的有效性以及在多摄像机系统位姿估计中的优越性。

利用旋涂法制备了两种PMMA-偶氮化合物主客体掺杂型薄膜, 并对其进行全光极化, 采用紫外-可见吸收谱和二次谐波产生的方法研究了薄膜的二阶非线性光学特性。实验结果表明,4′-Nitro-4-dimethylaminoazobenzene的二阶非线性光学系数d33＝6.89×10-1 pm/V, 4′-Iodo-4-dimethylaminoazobenzene的d33＝7.77×10-2 pm/V; 这两种薄膜在全光极化过程中二次谐波产生(SHG)强度随膜厚的变化规律以及极化饱和后的弛豫情况不相同。这些现象可从理论上解释为偶氮化合物的取代基不同而导致偶氮分子的偶极性和偶氮分子与基质间相互作用不同所产生的影响。