波长在 3～5 .m波段的中红外激光由于处于大气窗口波段，同时又是众多原子及分子的吸收峰，因此在光谱学、医学、通信、遥感、环境监测及红外对抗领域有着广泛而重要的应用前景。目前，固体激光器实现中红外激光输出的途径按照工作介质划分主要包括以 Fe:ZnSe晶体为代表的过渡金属掺杂硫族化合物激光器、以 MgO:PPLN晶体为代表的光参量振荡器，及以 ZGP晶体为代表的光参量放大器 3种类型。本文分别介绍它们的技术路线及近年来的最新研究进展，讨论了高能高功率中红外固体激光器的关键技术问题，并对其发展趋势进行了展望。

对 nBn势垒型 InAsSb/AlAsSb中波红外探测器材料进行了系统深入的理论研究。通过理论计算势垒层的厚度、组分和掺杂等结构参数对器件能带结构、暗电流和光电流的影响，分析了势垒性的温度特性、器件输运特性，揭示了 nBn势垒型中波红外探测器高温工作的机制，探索降低器件暗电流的方法。完成 nBn势垒型锑化物材料系统的优化设计，为高温工作的锑化物中波红外探测器研制提供理论基础和支持。

本文简述了 MBE异质外延碲镉汞薄膜位错形成机理、位错在外延层中的演化过程以及位错抑制理论，总结了国内外 CdTe缓冲层的位错抑制技术、HgCdTe薄膜的位错抑制技术，分析了热循环退火技术各个要素与位错密度变化之间的关系。

报道了液氮温度下对 HgCdTe器件进行电容测试的方法。标定了仪器寄生电容以及杜瓦寄生电容，并利用该测试结果计算得到 PN结区附近的载流子浓度和相应的深度等数据。对比了碲镉汞常规 PN结器件与雪崩光电二极管（APD）器件的耗尽层宽度以及 N区载流子浓度。

紫外光通信作为新型通信方式，在短距离通信领域具有潜在的应用前景。紫外光通信的探测电路可分为线性模式和盖革模式，盖革模式探测电路在系统带宽和探测灵敏度等方面具有显著优点。本文研究了基于盖革模式雪崩光电二极管（ Avalanche Photodiode，APD）的单光子探测电路，实现对微弱紫外光信号的探测。采用主动淬灭快恢复电路，通过淬灭信号和恢复信号控制 APD阳极电位，从而减小死时间，提高系统的计数上限。实验发现，对于主动淬灭电路而言，当死时间过小时，淬灭时间和恢复时间除了受到淬灭信号和恢复信号控制外，还会受到电路中电容充放电时间的影响。本文从理论和实验两方面研究了电路中电容和电阻对死时间的影响，为进一步缩短死时间提供了理论指导。

为达到高分辨率以及像面照度要求，大口径非球面反射镜在空间红外系统中被广泛使用。设计了针对口径 550 mm、F/1.2非球面的补偿器，基于三级像差理论分析计算了补偿器的初始结构参数。利用 ZEMAX软件对补偿器进行了优化设计，最终所得补偿器的设计结果满足非球面检验要求。对补偿器结构参数进行了灵敏度及公差分析，结果表明该补偿器可用于实际加工检验。

常用的红外热像仪信号处理方案主要有 3种，分立的 ARM或 DSP＋FPGA方案、TI达芬奇处理器方案和 FPGA方案。以上 3种方案分别存在芯片间带宽不足、不能支持焦平面探测器、串行处理不易实现等缺点。针对这些问题，提出一种基于 Xilinx ZYNQ处理器的红外热像仪信号处理方案，该方案选择非制冷红外焦平面探测器作为敏感元件。系统工作时，探测器产生的信号首先经过信号处理和模数转换操作，然后输入到 ZYNQ中，在 ZYNQ内部完成非均均匀性校正、温度测定和图像增强等处理，最后通过千兆以太网或者 HDMI接口输出。试验表明该方案数据带宽充足，能适配各种焦平面探测器或者红外机芯，串行处理易于实现。使用该方案设计的系统成像效果良好，测温精度满足要求。

针对光谱仪减振架振动检测，开发了振动信号分析系统；采用图形化开发工具。本测试平台分为两个部分：硬件部分通过加速度传感器、信号调理电路和 PXIe4497数据采集卡把振动信号转换输入到计算机中；软件部分利用 LabVIEW平台实现数据采集及分析的功能，从时域、频域和时频域角度对其进行特征提取。测量时最大的误差为 3.327%，处于正常实验测量误差。

通过数值模拟研究了长径比（ L/D）和偏径比（ S/D）对双 S形二元喷管性能的影响，基于轴对称喷管，建立了长径比分别为 2、2.5、3和偏径比分别为 0.493、0.523、0.553的双 S形二元喷管。结果表明：长径比越大推力越大，偏径比越大推力越小；相比基准轴对称喷管,长径比分别为 2、2.5、3的双 S形二元喷管推力分别下降了 6.31%、3.15%、1.24%，偏径比分别为 0.493、0.523、0.553的双 S形二元喷管推力分别下降了 3.15%、3.66%、4.17%；所有双 S形二元喷管红外辐射强度相对基准轴对称喷管均有明显下降，在喷管出口正后方降幅均达到 97%以上，全方位角降幅最小值均在 30％以上；所有双 S形二元喷管红外辐射强度空间分布规律基本相似，幅值差异在 15.8%之内。

为了有效利用高光谱遥感图像中的波段信息，提高高光谱遥感图像分类的精确度，本文提出了基于栈式自编码神经网络（ Stacked Autoencoder，SA）对高光谱遥感图像进行分类。栈式自编码神经网络充分利用高光谱图像中的光谱信息，对其进行相应特征提取，避免了相邻信息间的相关性和信息的冗余，本方法采用无监督学习和监督学习相结合，既可以像传统方法那样进行降维，简化相关的计算复杂度，同时在分类精度上有很大地提高。

长波红外高光谱成像系统由于光谱细分导致探测器所接收的目标信号的能量较一般成像系统弱，因此系统噪声对成像效果影响较大。针对这一现象，本文在分析系统噪声成分的基础上，提出采用 ADC多次采样平均的方法来降低其噪声，并从理论上推导了该方法的有效性。然后搭建了实验系统，分析计算不同积分时间下，利用多次采样平均技术得到的信号和噪声大小，并计算系统的信噪比和 NETD。结果表明，多次（ m次）采样平均对系统的信号值几乎无影响，但可以将系统噪声降低至原来的 m－1/2倍。因此，该方法可将系统的信噪比提高至原来的 m1/2倍，并能有效降低系统的 NETD，提高系统灵敏度。该方法为改善长波红外高光谱成像系统成像效果提供了一种方案。

针对空中红外运动小目标检测虚警率较高的问题，提出了利用多种模型联合判决来实现红外运动小目标的检测方法。首先依据红外小目标的成像模型特点，采用背景预测算法逐像素判断是否为疑似目标点；然后依据目标知识模型，用支持向量机（ Support Vector Machine，SVM）分类器对疑似目标点进行二次判决，进一步滤除虚假目标点；最后依据运动模型来判断目标点在相邻帧之间的相对运动，筛除掉相对静止的虚假目标点，最终检测结果即为红外运动小目标。实验表明，该方法能有效降低对空红外运动小目标检测的虚警率，可用于强杂波环境下的红外运动小目标检测。

针对传统目标跟踪算法判别力及稳健性不足的问题，本文在对跟踪输出响应图可信度进行充分研究的基础上，结合目标尺度估计方法，提出多特征融合和自适应尺度估计相结合的目标跟踪算法。该方法通过计算不同特征模型下的输出响应图可信度，实现对两种互补的特征进行自适应加权融合，有效地提升了表观模型的鉴别力及泛化性能。尺度估计模块通过构建多分辨率特征金字塔、训练尺度滤波器及尺度特征降维，避免了在尺度空间内的穷举式搜索。实验表明文中算法有效地提升了跟踪过程中的准确率和成功率，能够适应遮挡、形变等复杂场景下的目标跟踪，并且具有非常高的效率。

针对基于预测融合的跟踪航迹融合模型（ FP-TFM）在多传感器航迹融合时由于大量的矩阵运算导致的跟踪发散或失效问题提出了一种改进的基于预测融合的跟踪航迹融合模型（ FP-ITFM），采用加权融合思想改进了 FP-TFM的融合规则，使得改进后的 FP-ITFM具有了较高的融合精度、较低的计算负载，同时增加了 FP-ITFM的可扩展性、实时性以及稳定性。最后，Monte Carlo仿真结果验证了所提出模型的有效性。

通过对红外导引头框架式稳定平台进行非线性分析，得出影响框架系统稳定输出的一些设计要素。转子系统的转速变化对框架稳定性响应会出现周期、拟周期及混沌振动状态。根据非线性动力学分析结果可以看出，增加系统的阻尼可以有效地抑制平台框架的刚性混沌响应。

碳纤维网格面板蜂窝夹层结构具有质量轻、比强度高、比刚度大等优点，在航天产品上得到了广泛的应用。由于碳纤维网格面板蜂窝夹层结构的特殊性，传统无损检测手段对其粘接质量检测效果不理想。本文采用锁相红外热波法对其粘接质量进行检测，模拟了 3种类型的缺陷：网格面板碳纤维之间的脱粘、网格面板与蜂窝之间的脱粘、聚酰亚胺薄膜与网格面板之间的脱粘，并进行了检测。试验结果表明锁相红外热波法对上述 3种类型的缺陷取得了良好的检测效果。