为了满足宽幅长波红外高光谱成像需求, 基于光导型碲镉汞线列探测器和平面闪耀光栅, 提出了一种在长波红外8~12.5 m范围内具有150个连续波段、30°成像视场角、基于地面应用的低成本、轻小型高光谱扫描成像系统的设计方法。该系统由光栅扫描机构和视场扫描机构组成, 两机构同步控制以实现精细分光和宽幅成像功能。推导了光栅扫描角度与探测器接收单色光的波长、视场扫描角度与成像视场角间的关系式。在分析扫描系统扫描定位精度的基础上, 设计了一套以步进电机为运动核心, 采用“摆扫定位+停止成像”工作模式的扫描系统。实验表明, 该扫描系统可满足系统视场定位精度及分光精度的要求。获取的硅碳棒在长波红外波段的发射光谱曲线表明该系统的设计合理有效。该扫描系统的设计方法对长波红外高光谱系统的设计具有一定的指导意义。

地基红外成像系统是靶场领域实现目标跟踪、实况记录成像的重要成像设备之一。配有高性能红外辐射定标系统的地基长波红外成像系统, 可对低温以及常温目标实现高精度辐射特性测量。通过建立制冷型红外辐射特性测量系统的辐射测量模型, 在7.7~9.3 m长波波段利用某光学口径为600 mm的长波红外辐射测量系统实现了对目标的高精度测量。实验结果表明, 辐射测量的精度为16.81%, 能满足靶场对高精度辐射测量的要求。

介绍了由宽频光源和法布里-珀罗 (Fabry-Pérot, FP)谐振腔组成的CO2检测系统。结合常见的主动光学系统误差分析方法, 对系统的各个误差项进行了定量化分析。系统误差来源于光源能量波动、环形器串扰、FP腔谱线变动和探测器噪声四个方面。通过建模计算了各独立误差项对差分信号数值的影响, 确定了4项主要的系统误差。传统大气检测误差分析将硬件系统误差直接关联到浓度数据上, 本文误差分析方法把硬件误差和反演算法误差剥离, 对于提高系统的工作能力有更好的指导意义。

设计和搭建了一个无线光传输系统。针对系统接收机的稳定性和信噪比要求, 详细推导和分析了接收机的光电二极管特性、电路的稳定性和带宽、接收机的噪声和信噪比。详细分析了接收机中噪声的来源, 给出了其影响因素及其计算方法, 并参考实验器件参数实现了定量计算。在LTspice-IV上对光电二极管前置放大电路进行了建模和仿真, 分析了其信号增益和噪声特性, 其结果与理论分析接近。对系统进行了1 MHz方波传输实验测试, 在接收端能得到较好的方波信号, 能为后续的信号处理模块提供稳定可靠的前级信号。

体三维显示技术是三维显示技术的一个重要分支。首先对目前国内外较为成熟的体三维显示技术进行了分类和举例, 然后对该技术的特点进行了总结。虽然目前的技术方案仍然存在一定的局限性, 但是未来的新方案将会应运而生, 并将逐步取代现在的二维显示。

为了实现主轴振动实时非接触测量技术的智能化, 提出了一种基于移动终端操作系统的振动测量方案。改进了激光三角法振动测量模型, 推导出被测物体的振动位移变化量和反射光斑位移变化量成线性关系。设计了振动测量系统, 通过WIFI进行数据传输, 提高了数据的安全性, 实现了远距离传输。设计了移动端软件, 减小了振动测量系统的体积, 采用滑动平均滤波法消除了周期性干扰。根据信息论进行不确定度分析, 采用信息熵表示不确定度。经过实际测试, 该系统的测量不确定度为2.66 bit。研究结果对振动测量方案的设计具有一定的指导意义, 为相关机械领域中振动测量的后期深入研究奠定了理论和试验基础工作。

由于立体绿化对于改善城市环境具有明显效应, 上海近些年来正在大力推广立体绿化。然而, 立体绿化在调查与规划上面临着难以掌握现状和潜在资源的难题。在上海的应用中, 使用高分辨率航空遥感影像有效解决了上述难题。实践结果表明, 遥感技术具有较多优点, 同时也存在一些局限性。对此进行了分析, 并针对局限性提出了相关对策。

由于能够减小系统自身的热噪声和提高系统信噪比, 低温光学是实现高灵敏度红外探测的必要手段。提出了一种将脉冲管制冷机用作冷源的透射式低温光学系统。这种新型低温光学系统可用于体积和重量受限而又需要进行高灵敏度红外探测的场合。从光学设计、光机结构设计和内部热噪声分析等方面说明了透射式低温光学系统的设计过程。搭建了用于对脉冲管制冷机冷却光学系统的可行性进行验证的试验系统, 并从系统内部热噪声的角度对低温光学的有效性进行了验证。实验结果表明, 经过3 h, 透镜温度由300 K降至设计温度150 K, 继续降温则可达到最低温度105 K。测试过程中, 透镜保持完好, 验证了将脉冲管制冷机用作冷源的可行性。用黑体和320×256元碲镉汞探测器对光学系统自身的热噪声进行了测试。结果表明, 当光学系统的温度从300 K降至215 K时, 其自身热辐射减少了75%。这与理论分析结果一致, 验证了低温光学降噪的有效性。