采用单能带电子有效质量近似(EMA)和波包函数近似(EFA)模型, 考虑了能带非抛物线性等高阶因素, 并利用投试法求解薛定谔方程, 计算了准确设计峰值探测波长的GaAs/AlGaAs量子阱探测器结构参数.基于计算结果, 用分子束外延(MBE)方法生长了设计峰值波长为8 μm的GaAs/AlGaAs多量子阱材料, 进而制备了单元器件, 并测试了I-V曲线、光谱响应和探测率.I-V曲线的良好对称性显示了材料生长与器件制备工艺的质量, 光谱响应曲线表明器件实际的峰值探测波长为7.96 ～7.98 μm, 与设计预期值吻合.

基于一种非局域化的输运模型, 对不同结构不同温度下的中红外量子级联激光器的输运特性进行了仿真。在这个模型中, 利用量子隧穿、微带隧穿以及热载流子输运等长程载流子输运模型, 对传统的扩散－漂移方程进行了矫正.并将基于上述集成模型的计算结果和实验结果进行了比较, 通过拟合参数的合理设置, 计算结果和实验结果得到了很好的吻合.

设计了一款D频段基于商用平面肖特基二极管DBES105a以及石英基片的二倍频器.通过对传统的用于平衡式混频器及倍频器的鳍线/悬置微带线巴伦耦合器进行改进, 提出了一种方便为肖特基二极管外加偏置的平衡式倍频结构.首先, 提出了一种适用于石英基片的波导/鳍线过渡结构, 并且通过仿真及实验对该结构进行了验证, 测试结果表明, 这种过渡结构的损耗只有0.15 dB.在驱动功率为26.3 mW、外加反偏电压为0.4 V时, 倍频器的测试最大输出功率为3.39 mW, 对应倍频效率为12.9%.在外加偏置电压偏离最佳偏置点时, 倍频器的输出功率从3.1mW降低到2.0 mW.这也说明：为了达到最大倍频输出功率, 也需要为肖特基变阻二极管倍频器提供外加直流偏置.

采用光刻胶喷涂技术, 突破了碲镉汞双色探测器加工的非平面离子注入和金属化开口等工艺.基于分子束外延(MBE)和原位掺杂技术生长的p3-p2-P1型碲镉汞(Hg1-xCdxTe)多层异质结材料, 通过MW光电二极管n型注入区的开口刻蚀、非平面的MW/LW同步B+注入、台面侧向钝化和爬坡金属化, 得到了同时模式的128×128面阵MW/LW双色探测器.在液氮温度下, MW/LW双色探测器两个波段的光电二极管截止波长λc分别为5.10 μm和10.10 μm, 对应的峰值探测率Dλp*分别为2.02×1011 cmHz1/2/W和3.10×1010 cmHz1/2/W. 通过对同时模式双色探测器材料与芯片结构的优化设计, HgCdTe双色探测器MW向LW、LW向MW的光谱串音分别抑制到了3.8%和4.4%.

报道了128×128元InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb), 器件采用PIN结构, 焦平面阵列光敏元大小为40 μm × 40 μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长, 以及与读出电路互连等工艺, 得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K 时测试, 器件的100%截止波长为8 μm, 峰值探测率6.0×109 cmHz1/2 W-1.经红外焦平面成像测试, 探测器可得到较为清晰的成像.

在基于偏振编码的光通信试验中, 需要对不同波长的线偏光进行光路分离, 同时要保持分离后线偏光的偏振方向和消光比, 为此设计和制备了入射角为45°的810 nm波长透射/850 nm波长反射的近红外分色片.为了抑制斜入射条件下工作波长附近s、p偏振分量的能量、相位分离, 选择了合适的基础膜系, 利用旁反射带边缘透、反射带光谱过渡迅速的特性, 实现了临近波长的光路分离, 也减小了偏振分离；通过非规整膜层的相位补偿和软件自动优化, 实现了设计目标.分别选用TiO2和SiO2为高低折射率膜层材料, 以离子束辅助沉积技术镀制薄膜, 采用光学极值法和晶体振荡法结合的方式控制膜层厚度.制备样品的消光比在波长810 nm处达到7000 ∶1以上, 在850 nm处达到20000 ∶1, 实现了分色片对相位的控制, 满足了偏振编码光通信试验的需求.

通过冷流模型理论对均匀场聚焦带状电子注的传输进行了研究, 结果表明, 通过增强聚焦磁场并提高电子注填充高度因子, 可以有效降低Diocotron不稳定性并实现长距离的稳定传输.结合理论研究, 对均匀场聚焦带状注电子光学系统进行了三维仿真设计与优化, 利用自主开发的二维非线性注波互作用程序SBK2D, 对W波段带状注速调管进行了初步分析, 结果为输出峰值功率69 kW、效率24%、增益37dB、3dB带宽100 MHz.研制出的具有高机械对准精度的带状注速调管电子束管, 带状注截面10 mm×0.5 mm, 且在电子注电压20～82 kV, 电流0.50～427A, 长度100 mm的漂移通道内电子注传输直流通过率达到98%以上, 高于之前在90 mm漂移通道内获得的95%的实验结果.

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪, 在保证精度的前提下, 提出了一种快速优化二维反演算法, 利用大气吸收特征作为参照, 采用辐亮度匹配的方法, 在不需要测量地面反射率数据的情况下, 反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据, 在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少, 反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证, 对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm, 一般优于0.5 nm。

将月球作为热发射波段定标参考源, 在无需月表发射率和温度信息条件下, 通过引入UDER参数, 建立了不同热发射波段观测辐亮度间定量关系, 并导出了新的波段间交叉定标方法.同时, 利用FY-2E卫星多波段月球观测结果, 以辐射精度较高的热红外波段为基准, 在无星载全光路黑体情况下, 初步实现了水汽波段在轨高精度辐射定标, 且在200～220 K低温区间内的定标精度平均提高约3.5 K, 并显著改善了云分类等定量产品的性能.

利用辐射换热角系数描述了非同温异质表面间的多次散射效应, 据此建立热辐射方向性模型, 并对模型的数值计算进行了讨论. 将模型应用于行结构目标, 结合孔隙率模型模拟其方向亮温(Directional Brightness Temperature, DBT)变化规律. 结果表明,模拟得到的规律与地面观测结果具有较高的一致性, 平均偏差在0.5 K以内. 同时发现, 多次散射效应增强了目标DBT, 但对DBT的变化幅度又起平滑作用; 目标组分的温差、 几何结构、 发射率均可导致DBT发生变化, 温差越大, 表面越凹, 发射率越小, DBT随观测角度变化的程度越剧烈; 模型可以解释热辐射中的"热点效应", 认为"热点"的产生主要与组分温度空间分布有关. 模型对于研究发射率方向性,城市热红外遥感反演及热红外邻近像元影响等问题可提供参考或思路.

使用高光谱数据估算叶片与冠层尺度的森林氮含量.首先采用基于高斯误差函数的BP神经网络Erf-BP建立叶片尺度氮含量的遥感估算模型；其次根据几何光学模型原理, 推导冠层光谱与叶片光谱的尺度转化函数, 将Hyperion影像的冠层光谱转换到叶片尺度并反演叶片尺度的氮含量；最后, 利用森林结构参数LAI得到研究区域冠层尺度氮含量.结果表明, 隐含层包含8个神经元的Erf-BP模型最优, 检验精度为76.8597%；利用尺度转化函数估算670 nm和865 nm冠层光谱与实测光谱决定系数为0.5203和0.4117；反演叶片尺度氮含量与实测数据的决定系数为0.7019；该方法为高精度快速估算叶片和冠层尺度森林氮含量提供参考.

基于环境减灾卫星的热红外波段数据, 采用普适性单通道温度反演算法反演了田湾核电厂附近海域海面温度, 反演结果与MODIS海面温度产品具有一致性, 然后依据反演所得海面温度分布图, 对不同季节和不同潮汐条件下温排水的分布特征进行了分析, 结果表明, 夏季温升超过3℃的区域明显小于冬季, 夏季温排水沿海岸单向扩散, 冬季的温升区域呈扇形分布；低潮时温排水扩散范围明显增大, 温升超过3℃的区域面积超过高潮时的4倍.

利用全自动太阳光度计(CE-318)野外定点长时间序列现场观测数据, 验证传统大气水汽反演算法, 结果表明,反演结果精度较低, 不适于该研究区域大气水汽含量反演.因而给出了近红外波段大气水汽含量探测的原理, 对自主卫星FY-3A中分辨率成像光谱仪MERSI(Medium Resolution Spectral Imager)反演大气水汽含量算法作了推导、分析.基于长时间序列现场观测数据集, 建立了局地化的FY-3A海洋大气水汽反演算法, 并用于研究区实际大气水汽含量反演.通过双通道比值法和三通道比值法反演结果与现场实测数据比较,得出以下结论: 模型受下垫面反射率影响较大；三通道比值法较双通道比值法反演结果精度更高, 双通道比值法误差为16.1%, 三通道比值法误差为14.3%；实测数据验证和改进后算法精度更高.

利用Dobson半经验模型建立模拟数据库, 用建立的模拟数据库对Hallikainen关系式进行最小二乘回归, 标定其在SAR关键频点下的系数并进行适当改进, 最终建立了介电常数实部与土壤体积含水量关系的简化模型.对建立的简化模型进行验证和对比, 结果表明, 简化模型在精度上优于Hallikainen经验模型, 并且与复杂的Dobson半经验模型相比, 具有良好的精度和实用性.

针对活动轮廓模型计算量大、演化收敛缓慢、效率低下的问题, 提出了一种新颖的活动轮廓模型.该模型采用虚拟的符号距离函数代替真实的符号距离函数, 依靠待检测目标物内外均值来驱动活动轮廓的演化, 利用虚拟距离函数的梯度形成一个窄带, 活动轮廓在窄带内做简单的加减运算演化.其演化具有计算简单、分割效率高、能自由改变拓扑、全局性的优点, 初始化曲线也无须非常接近待检测物体的边缘.符号距离函数重新初始化也只需在窄带内使用高斯函数规则化后, 对其取符号运算即可.最后给出了活动轮廓在窄带内收敛的一个简单条件, 能方便地判断待检测目标是否被检测出来.

提出了一种利用高分辨率SAR图像进行建筑物提取和三维重构的方法.首先, 分析了高分辨率SAR图像建筑物产生的电磁散射的类型, 给出了不同类型散射区域的后向散射计算方法, 并在此基础上给出了一种利用建筑物三维CAD模型进行SAR建筑物特征区域图像仿真的方法; 其次, 给出了利用建筑物的二次散射结构确定建筑物底部轮廓位置和方向的方法, 并提出了一种基于分布密度函数差异的仿真图像迭代匹配方法, 进行建筑物高度的反演.仿真SAR图像后向散射系数用来划分建筑物不同的散射区域, 通过计算特征区域之间的分布密度函数差异, 以取得最大匹配度值的仿真图像对应的检验高度作为建筑物的反演高度;最后, 选用了两幅不同屋顶类型的实际机载高分辨率SAR图像进行建筑物提取和三维重构实验, 试验结果较为理想, 验证了所提方法的可行性和有效性.