介绍了基于主振荡功率放大结构的人眼安全全光纤激光器。首先对比了电光调制及直接调制产生的种子激光在百kHz重复频率、纳秒级脉冲宽度的激光放大器中优缺点，综合系统需求选择直接调制方式；之后对窄脉冲单模放大中出现的脉冲分裂现象进行了研究，选用10 μm纤芯的双包层铒镱共掺光纤，仅通过两级放大即获得了1 550 nm，重复频率为200 kHz，脉冲宽度为4.07 ns，峰值功率为1.02 kW的单模激光输出。具有结构紧凑、稳定可靠的特点，可用于三维视频激光雷达。

在高动态条件下，加速度计尺寸效应已成为影响激光陀螺捷联惯导系统精度的重要误差源。文中从理论上分析了尺寸效应的产生机理，认为尺寸效应的产生是由于加速度计测量点不一致而引起，分析了激光陀螺机械抖动引起的尺寸效应误差。对加速度计组件在一般安装关系下的尺寸效应误差模型进行了推导。对于加速度计非正交安装情形，在常规静态标定模型基础上，推导了考虑尺寸效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量，建立了加计组件尺寸效应误差补偿的一般模型方程。一系列的试验证明，尺寸效应补偿有效地提高了导航精度。

在激光雷达目标识别中，目标姿态的精确估计可以有效地简化识别过程。现有的PDVA算法主要是针对地面结构化目标而提出的一种3D目标姿态估计方法。该方法利用模型坐标系(MCS)各个坐标轴的正方向向量来确定目标的三维姿态角，其有效性通过实验得到了验证。但该方法在确定MCS各坐标轴的正方向向量时，所消耗的时间比较多，影响了算法的执行效率。文中提出了一种改进的PDVA算法，利用聚类中心邻域判别CCND法来加速MCS各坐标轴的正方向向量的确定过程。采用四种地面军用车模型目标进行了仿真实验，实验结果显示，改进的PDVA算法的平均运行时间约占PDVA算法的66%，极大地提高了目标3D姿态估计的执行效率。

为了研究新型高能钝感材料1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯(FOX-7)的分子结构特性，采用太赫兹时域光谱技术对FOX-7在0.2~2.3 THz波谱范围内的吸收光谱进行了探测，得到了待测样品的太赫兹吸收谱线，确定了其特征吸收峰的位置。基于密度泛函理论(DFT)对FOX-7单分子和晶体结构在小于2.4 THz范围内的吸收光谱进行了模拟计算，结果表明分子间相互作用对FOX-7吸收峰的形成起到很大的作用。完成了对实验光谱中特征吸收峰振动模式的分析和指认：1.59 THz处吸收峰的光谱特征主要由―NO2和―NH2的摆动造成，2.12 THz 处吸收峰光谱特征的产生包含―NO2和―NH2的摆动以及各自的扭动。

针对7050铝合金表面激光熔覆Al/Ti复合粉体，建立了三维瞬态温度场有限元模型，模拟了不同离焦量条件下的熔池大小、温度梯度、冷却速度及形状控制因子。结果表明，熔池宽度与深度尺寸随着离焦量数值的增大先增大后减小，在离焦量为20 mm时熔池宽度与深度都出现了最大值。沿熔池深度方向(即Z向)的温度梯度数值最大，散热条件最好，表明熔覆凝固过程中的晶粒生长方向主要集中在Z向。离焦量为40 mm时的冷却速度最大、晶粒细小，离焦量为80 mm时的冷却速度最小、晶粒粗大，且得到实验验证。离焦量为60 mm时的形状控制因子最大，金相组织出现柱状晶；离焦量为80 mm时的形状控制因子最小，金相组织主要为胞状晶，并有相应的实验验证。

基于子午工程项目北京钠激光雷达的长期观测数据(2010年4月到2011年9月), 采用Yang等人(2008)的重力波参数提取方法，提取了在253个夜晚2 208 h的有效观测时间里出现的162个钠层单色重力波的垂直波长、周期、幅度值和幅度增长因子参数值。统计分析显示激光雷达所观测到的中层顶区域重力波具有系统性的参数关系，λ_z=0.226T^0.530_ob、KE=6.66×10^-10 k^-3.091_z和KE=8.97×10^-6 ×f^-1.696_ob。这些实验观测结果验证了Gardner(1994)扩散滤波理论的结果，但同时发现仅认为波致涡流扩散是重力波衰减的主要途径是不完全正确的，其它因素引起的衰减在重力波的饱和和耗散机制中也起到了重要作用。

利用激光速率方程理论，对Tm，Ho激光系统计算预测得出最佳耦合输出透过率和调Q激光脉冲宽度。实验采用Tm， Ho:LuLF为增益介质，三向侧面泵浦，环形腔声光调Q。选用透过率20%和30%的输出镜作对比。在透过率20%耦合输出时，得到调Q激光脉冲能量最大为58.0 mJ，对应光光转换效率为1.45%；在透过率30%耦合输出时，得到调Q激光脉冲能量最大为62.9 mJ，对应光光转换效率1.57%，并且获得了最大动静比48.7%。激光脉冲宽度在注入能量3.25 J时为417.2 ns。与理论计算结果较为一致。

为了改善1Cr5Mo耐热钢焊接接头拉伸力学性能，利用CO2激光对其进行了表面改性处理，通过拉伸试验考察了激光热处理对拉伸性能的影响。利用扫描电镜观察了焊接接头的断裂形式和断口形貌，并用能谱仪分析了激光热处理前后试样表面化学元素的组成，讨论了残余应力和残余奥氏体对拉伸性能的影响。结果表明，激光热处理前后试样的拉伸断口均为韧性断裂，激光热处理后断裂性能有所提高；激光热处理试样表面产生晶粒细化和残余压应力的强化层，其屈服强度和抗拉强度分别提高了3.4%和13.7%，拉伸性能得到进一步提高；激光热处理试样的残余奥氏体含量有所降低，导致焊接接头的断面收缩率下降了18.61%，而延伸率基本不变，其均匀变形能力有所增强。

面源红外诱饵是一种有效对抗红外成像制导导弹的干扰装备。它能模拟被保护目标的红外特征，达到干扰红外成像制导导弹的目的。首先，分析面源红外诱饵对抗红外成像制导导弹的干扰机理。其次，建立面源红外诱饵的辐射模型和运动模型。然后，分析面源红外诱饵红外图像的位置、面积和灰度的变化规律，仿真生成面源红外诱饵红外图像。最后，以干扰成功率作为面源红外诱饵干扰效果评估准则，计算不同距离和不同投放数量下面源红外诱饵干扰成功概率，并对仿真结果进行分析。仿真结果表明：面源红外诱饵能够逼真地模拟目标飞机的光谱辐射分布特性，有效干扰红外成像制导导弹，显著提高目标飞机的战场生存力。

分析了温度变化对红外光学系统结构参数的影响，给出了红外光学系统消热差设计应满足的条件，讨论了衍射光学元件的温度特性，并将其引入到红外光学系统的消热差设计中。利用ZEMAX软件，设计了一套由锗和硫化锌组合的三片式折衍混合长波红外光学系统，其工作波段为8~12 μm，视场为10.2°，焦距为45 mm，F/#为1.5，总长为70 mm。设计结果表明，该镜头在-40~60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限，系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处高于0.6， 87%的能量集中在探测器的一个像元内，实现了消热差设计。该系统具有结构紧凑、体积小、质量轻等优点，适用于**或空间红外系统。

为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响，首先探讨了系统杂散光的来源，设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑；然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题，提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响，并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比；最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析，最终结果表明：光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11，内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%，满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求。

针对混合气体红外光谱在应用现场基线漂移和畸变、基线校正方法Rubberband方法中分段数量的选择不确定等问题进行探讨，通过遍历的形式筛选出针对烃类气体在中红外波段、波数分辨率为4 cm-1的情况下，优选出分段数量在50~120之间、基线点的曲线拟合方法选择分段三次Hermite插值方法时，其基线估计和校正的效果较为理想。同时针对Rubberband方法易将吸收点误判为基线点的问题，使用中位数和偏离度首先剔除分段内的明显吸收点，然后将剩余谱线点采用偏最小二乘方法设定一定的阈值范围进行基线点的筛选，筛选出的基线点在整个波段采用分段三次Hermite插值方法进行基线的估计。从实测的光谱基线校正效果来看，提出的算法使用简单，并适合于在线连续分析的应用场合。

为了研究温度变化对温室气体及碳同位素比值光谱定量分析的影响，首先从理论上分析得出温室气体浓度及δ13CO2值的定量反演主要取决于吸收系数，并研究了吸收系数的计算方法。其次结合HITRAN数据库，研究了温度对线强、展宽以及吸收系数的影响规律，结果表明：压强为1 atm(1 atm=1.013×105 Pa)恒定条件下，温度变化时，吸收系数受线强变化的影响强于受展宽变化的影响。最后通过实验验证了温室气体和碳同位素比值傅里叶变换红外光谱(FTIR)反演的温度依赖关系，其中碳同位素比值受温度变化影响幅度最大,单位温度变化对δ13CO2值的影响为14.37‰。文中结果为高精度温室气体及碳同位素比值红外光谱监测装置中的温度监控系统设计提供了理论依据。

针对图像采集人员计数系统复杂、价格昂贵等缺点，在分析热释电效应以及红外传感的基础上，采用BISS0001型信号处理专用集成芯片设计了基于RE200B热释电红外传感器的放大电路，研究其在不同人体运动状态下的输出波形；设计了以双热释电红外传感器为信号采集单元，以Cortex-M3单片机为控制核心的人员计数系统，并研究其主要算法。实验结果表明，RE200B型热释电红外传感器的输出波形能够准确表征人体的不同运动状态，基于双热释电红外传感器的人员计数系统能准确分辨人体的运动方向，并实时计数，可广泛应用于人体探测和人员计数等领域。

针对红外无损检测中因特征信息缺失，致使识别与评估效果不佳这一问题，研究以铝板为对象，基于红外无损检测技术，结合主成分分析和概率神经网络对铝板正常区及三类孔洞缺陷区进行了识别与面积定量评估。研究首先采集铝板降温过程的红外时序热图，提取了正常区和各类孔洞缺陷区的时序灰度值作为初始特征。其次，采用主成分分析对初始特征进行提取，并结合概率神经网络，以像素点为单位实现孔洞缺陷的识别及面积定量评估，并采用了支持向量机进行了对比研究。实验结果表明，对于正常区和三类孔洞缺陷区测试样本的面积评估正确率分别为99.6%、97.0%、94.7%和93.0%，相比支持向量机的评估结果，所提出的研究方法具有更高的正确率。研究论证了采用主成分分析和概率神经网络，基于时序特征，以像素点为单位，实现孔洞缺陷识别和面积定量分析的有效性和准确性。

针对红外与可见光彩色融合图像中目标与背景间的低对比度的问题，提出一种基于HSI空间颜色对比度增强的红外和可见光图像融合方法。首先对输入的可见光与红外图像进行直方图均衡和中值滤波加强处理，然后对加强的红外图像模糊阈值分割得到红外目标，最后把分割的红外目标图像和加强的可见光和红外图像在HSI空间的三通道线性融合和色彩传递，为了增强目标与背景间的颜色对比度，在色彩传递阶段, H通道的色彩传递方程中引入一个比例因子。实验结果表明：与其他算法相比，该方法得到的彩色融合图像热目标和低温物体与背景间的颜色对比度明显加强,同时背景的细节信息呈现白天类似的自然彩色，更加符合人眼视觉感知。

结合莫尔条纹、傅里叶变换和数字相移技术实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位计算和波面重建。首先，用计算机生成与被处理干涉条纹频率相近的数字相移条纹图，与实际干涉条纹图叠加得到相移莫尔条纹图；然后，利用傅里叶变换、双频滤波、傅里叶反变换和相移技术得到干涉条纹图的相位数据；最后利用波面拟合技术重构原干涉条纹图对应的波面形状。研究结果表明，该技术不仅消除了干涉仪硬件相移产生的非线性误差和滤波时的频谱移中误差，高精度获得了单幅干涉条纹图对应的波前，而且简化了系统的机械结构。同时，对环境的要求明显降低，特别适用于生产现场的检测。

基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter, TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构，每个测时通道由3个物理测时链路组成，最后通过三模冗余增强抗单粒子翻转能力。并应用了通道均匀性校准修正技术，解决了多通道测时均匀性问题。实验结果表明，系统测时精度达到62.9 ps，通道一致性较好，满足激光雷达三维成像要求，同时该技术方案具有低功耗、轻量化等特点。

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,wMPS)是一种基于旋转激光扫描平面交会的室内大尺寸定位系统。它可实现计量精度的三维坐标测量，主要应用于制造加工及装配领域的测量和检测任务。作为一种大尺寸的测量系统，与中小尺寸测量系统相比，它的测量空间与测量精度的矛盾更加突出。如何寻找此系统所覆盖测量空间内精度最高的一个点或者以此点为中心的一个区域是一个非常重要而且有意义的问题。从该测量系统的测量原理出发，与传统经纬仪相对比，给出一种利用解算方程系数矩阵的条件数作为评价空间交会优劣的评价模型，继而引入粒子群算法来求解测量空间内的最佳测量点，实验结果表明：评价模型和对应的求解方法是正确的，也是有效的，利用此方法得到的测量点为中心的区域坐标不确定度最小，而且此方法为今后的发射站布局问题的研究打下了有益的基础。

多视场星敏感器与传统单视场星敏感器相比不仅具有更高的可靠性和自主性，也具有更高的精度和动态性能，是未来星敏感器发展的重要趋势之一。为获得最佳性能，需要对多视场星敏感器的视场大小和布局进行优化。为此，首先建立了多视场星敏感器的数学模型，重点介绍了星点成像和姿态计算。然后推导了多视场星敏感器测量精度的数学表示，分析了影响精度的因素。通过仿真分析了多视场星敏感器视场大小和布局对各因素和精度的影响。仿真结果表明，视场大小对星敏感器精度的影响取决于星敏感器的运动情况，当角速度较小时，视场越小，精度越高；当角速度较大时，视场越大，精度越高。而各视轴相互正交的视场布局下，多视场星敏感器的测量精度最高。

为了实现对卫星控制系统中太阳敏感器的高精度地面标定和测试，提出一种真实模拟太阳光辐射特性的高精度准直式太阳模拟器设计方案，根据模拟器热功率高的特点，对氙灯与组合聚光镜、转向平面反射镜、光学积分器等主要组成部分进行了详细的光机结构与热控结构的设计。运用Ansys软件进行热学仿真分析，保证热控结构设计的合理性与最优性。通过实际检测，设计的太阳模拟器可以真实地模拟太阳光辐射特性，准直角小于32′，辐照面小于Φ100 mm时，不均匀度优于±1.6 ％；辐照面在Φ(100~300) mm时，不均匀度优于±4.2 ％，满足对高精度太阳敏感器的地面标定和精度测试。

提出了一种用于测量微观表面三维形貌的宽带光八步移相算法。该算法通过定位宽带光干涉条纹的零相位差位置实现微观轮廓的测量。计算宽带光移相干涉信号中相邻采样点的相位差得到实际移相间隔，从而实现实际移相量的在线标定以及移相误差的校正。分析了倾斜SiC平面的移相干涉条纹，计算结果的标准均方差为1.646 nm，与不存在移相误差时的计算结果吻合。宽带光八步移相算法对干涉包络的变化不敏感，能够抑制移相误差，是一种实用、高精度的微观表面轮廓测量方法。

非理想透镜组的偏振效应引起偏振测量系统的测量矩阵改变，导致系统最佳配置漂移。为了最大化气溶胶偏振探测仪的信噪比，利用Jones矩阵的方法计算前置光学透镜组的起偏度，并分别以系统分析矩阵的条件数和参数Tr(BBT)为优化参数对检偏器的放置角度进行优化。经过优化，得到检偏器的最佳方位角，在670 nm通道系统分析矩阵的条件数由1.836 0降为1.689 4，在1 641 nm通道系统分析矩阵的条件数由1.977 7降为1.771 4。结果表明，两种优化方法的结果基本一致，经过优化之后两个偏振测量通道的信噪比都提升10%左右。

导航星表构建是星敏感器设计阶段的重要工作。对于小视场，受限于恒星分布规律，易出现导航星表“空洞”问题。为解决小视场条件下均匀完备导航星表构建问题，对基于球面螺旋基准点的导航星表构建方法进行了改进：摒弃了原方法通过改变球面螺旋基准点数量和位置重新构建导航星表的思路，转而通过增选部分恒星来达到减少星表“空洞”的目的。设立了描述恒星消除星表“空洞”能力的权值，并以该权值递减顺序开展恒星增选；同时，设计了增选恒星距离阈值条件以保持增选后导航星表的均匀性。仿真表明，在4°圆形视场条件下，相对于原方法，文中方法得到的导航星表，总星数减少708颗，均匀性指标提高约44%，而星表“空洞”变化较小，显示了较好的性能。

针对数字天顶仪原有方法计算过程复杂和计算过程中存在误差的问题，通过改变时间补偿方式和优化迭代核心，提出了一种改进的数字天顶仪定位方法。该方法在切平面中进行均值过程，消除了原方法运算中引入的误差，也避免了切平面变换和反变换的反复计算，从而大幅简化了计算流程。通过实验比较了传统方法与改进方法的计算效率和精度，结果表明：改进方法的计算效率比原方法提高了至少6倍；改进方法赤纬的计算精度比原来的15米左右提高了约1.05 m。因此，改进方法能够在一定程度上提高定位的精度。

为研究大型望远镜薄镜面主动光学的核心技术，以600 mm望远镜为缩比系统，采用高精度标准轴承设计了具有快速装调、高互换性和便于维护等特点的俯仰-方位轴系结构。俯仰轴系由向心角接触球轴承构成，方位轴系由推力球轴承和双列圆柱滚子轴承构成。采用有限元软件Patran仿真得到了系统的前三阶固有频率和振型。分析了影响轴系回转精度的误差源，采用谐波理论对轴系误差测量结果进行了处理，得到俯仰轴系晃动误差为4.2″，方位轴系晃动误差为9.3″。望远镜在外场观星试验中得到了比较理想的成像效果，验证了轴系结构设计的合理性和正确性，并为中小型望远镜高精度轴系的研制提供了设计依据和技术途径。

为了提高高马赫飞行下光学窗口的光学性能，对比分析了基于气动光学效应三种飞行器模型不同攻角的马赫数场、密度场、温度场和压力场的流场结构及对光学性能的影响。首先, 根据飞行器与来流的迎风面，建立了三种飞行器典型模型；继而, 给出了0°、5°和10°攻角飞行工况；然后,建立了基于Navier-Stokes方程和湍流模型的三种攻角流场分布；最后, 对比分析了宽平头体飞行器中三种攻角温度场作用下的光学系统传递函数。结果表明，马赫数场与密度场、温度场与压力场分别具有相似分布形式；相同飞行速度和攻角下，大迎风面的飞行器光学窗口周围温度与压力较小迎风面大；相同飞行器，较大攻角对应较大流场强度，攻角为0°、5°和10°时传递函数分别为0.188，0.097和0.028。此分析结果可为高马赫飞行下光学窗口优化提供一定的理论依据。

基于力校正的主动支撑技术已广泛应用于光学镜面支撑，而基于力矩校正的方法目前还鲜有研究，为了深入探讨该课题，在传统力促动器主动支撑的基础上引入了基于力矩校正的反射镜主动支撑。首先，从镜面主动支撑原理出发，介绍了镜面面形主动校正的分类，着重对比分析了力校正和力矩校正的优缺点。进而，根据力矩主动校正的特点，利用在反射镜背部施加3组等效力矩的方法，对一块400 mm口径的轻量化反射镜进行了静力学分析与优化，拟合后镜面变形RMS值由原来的331 nm降为9.35 nm，优化率为97%。分析结果表明，基于力矩校正的主动支撑是有效的，同时为主动支撑的智能化及多样化提供了一种新的思路。

大气湍流会在很大程度上降低地基望远镜的空间分辨率，而幸运成像技术以较低的成本、简单的设备、易实现的算法可以有效修正大气湍流的影响，从而提高了地基望远镜开展天体成像和密集星场高精度测光观测的能力。基于兴隆观测基地50 cm望远镜研制了幸运成像系统，该系统包括滤光片、望远镜增焦子系统、数据采集子系统和数据处理子系统。在视宁度良好的晴夜对月球、大行星、球状星团和双星进行了观测，成功获取了月球表面的清晰图像，恒星星像的半高全宽(FWHM)达到0.6″，好于2倍望远镜衍射极限。观测结果表明，该幸运成像系统能够有效提高地基望远镜的空间分辨本领，为下一步的高分辨天文观测研究奠定了基础。

提出利用对数型锥透镜的焦线特性解决球面复眼系统成像过程中球透镜离焦问题。设计锥透镜焦深范围满足复眼系统各个子眼通道成像。通过仿真分析，研究了对数型锥透镜的轴上与离轴成像特性；利用金刚石切削技术和翻模技术实现该锥透镜的批量制造。实验检测结果表明，锥透镜焦线范围内轴上成像光斑直径保持一致；离轴成像时产生的十字光斑，可以通过提取交叉点，确定复眼系统子眼通道离轴成像光斑中心位置。该设计方案可用于消除球透镜固有离焦发散现象，提高复眼中各子眼对其视场内各方向光线成像光斑中心的定位精度，有效改善复眼成像质量。

论述了检测系统和基于拉锥技术的光纤表面等离子共振(SPR)传感器的详细设计。制定了基于SPR的光纤传感器检测水样品的盐度的比较方案，以满足一些实践需求，诸如精度，速度快，小尺寸和高灵敏度折射率单位(RIU)。利用Matlab和C++仿真得到了每个参数对光纤拉锥SPR传感器系统设计性能的影响，这为设备参数的合理选择提供了理论依据。设计了一种新的检测系统，将光学、机械和电子技术相结合。根据拉锥技术、模场分析理论及初步实验结果表明，该装置基本上达到了设计要求，如小巧、便携、良好的线性度和高度单位折射率。基于这个新设备对具有不同的盐度的NACL-水混合物进行了SPR实验，实验结果表明，可以实现对单个样品的精确检测。其谐振波长分辨率可以达到0.15 nm，同时，该检测结果具有较高的线性度和良好的稳定性，折射率(RI)检测偏差小于0.002。

提出了一种基于全光纤电流传感器的3×3光纤耦合器相位差测量方法。根据萨格奈克干涉仪的原理得到电流传感器的预测响应与耦合器端口之间相位差及干涉对比度这两个参数的关系。通过比较光纤电流传感器的实际测量响应和不同组参数的预测响应之间的误差平方和建立目标函数，并利用优化算法获得使误差函数最小的一组光纤耦合器相位差和对比度参数。采用该方法对一商用3×3光纤耦合器进行了实验研究，实验结果与理论估计基本吻合。

为了深入认识大气闪烁的时间频域特性，给在大气中工作的光学系统的工程设计和性能评估提供参考，理论推导了大气闪烁功率谱的通用解析表达式，数值研究了不同传输条件下大气闪烁的时间频域特性。孔径接收下，对于水平均匀路径，平面波闪烁功率谱高频区近似呈现-17/3幂率，球面波近似呈现-11/3幂率；对于整层下行路径，高频区均近似呈现-17/3幂率，低频区与高频区之间存在一缓变区，孔径越大，缓变区越宽。典型大气条件下低频区加上缓变区的频谱宽度约为150 Hz。

提出了利用啁啾光纤布拉格光栅(FBG)和马赫增德尔调制器产生三角形光脉冲的优化方案。方案采用FBG模拟单模光纤的色散特性，结合光载波抑制调制产生了三角形光脉冲, 并通过仿真分析，选择FBG的长度、调制深度、适当的折射率切趾函数对三角形光脉冲的线性特征进行了优化。仿真结果表明，在同一啁啾系数下，产生的三角形光脉冲的失真程度随啁啾光纤光栅的调制深度增大而增大，光栅长度、折射率切趾函数对三角形光脉冲的影响也比较明显。与现有系统相比，由于将FBG引入系统，省去长距离的光纤，优化方案系统结构更为简单，三角形光脉冲线性特征更好。

以数据中继卫星光网络系统资源、任务和约束条件为参量，以任务对资源的选择为优化对象，提出了一种基于自适应遗传算法的数据中继卫星光网络资源调度算法。综合考虑多中继星、多时间窗口、多光学天线以及任务优先级要求，建立调度模型；采用“当前任务调度时间的确定”和“后续任务可见时间窗口的更新”的调度操作，对不同资源的任务集合进行调度安排并实现了可见时间窗口的动态更新，获得调度任务的总权值并将其作为参量计算适应度值，最后通过改进的自适应遗传算法对不同调度方案进行寻优。以3颗中继星、12颗用户星，6个光天线，60个任务为条件设置了仿真场景，仿真结果表明该算法在收敛速度、调度效率方面具有优势，适应于多任务、多天线的数据中继卫星光网络系统资源调度。

银纳米颗粒与光子晶体光纤、表面增强拉曼散射效应结合而成的PCF SERS传感器得到了科研界的广泛关注。而PCF结构、SERS基底的性能是传感器的重要影响因素。为了进一步提高SERS PCF传感器的性能，通过研究对比PCF和SERS基底结构参数对传感性能的影响，设计出适用于PCF SERS传感的空芯PCF以及SERS基底的结构参数。通过数值计算，设计的空芯PCF空气填充率为56.30%，当激发光波长785 nm时存在光子带隙，并能够实现单模传输。而半径为38 nm的银纳米球在间距为0.7 nm时能够产生最大的SERS增强因子。研究证明，设计的空芯PCF在785 nm输入波长下既能够基模传输激发光，又能够为SERS提供理想的活性面积，而且银纳米颗粒的形状、尺寸、间距对SERS性能影响严重，而且与入射波长有很强的依赖关系。

陀螺动态寻北算法目前普遍采用动态测试结合数据拟合的方法，针对此方法处理动态测试数据存在去噪效果不强、数据存储运算量大的缺点，提出一种基于互相关函数消噪的快速动态寻北方案，推导了寻北原理公式。该方法先利用连续恒速的机械旋转将激光陀螺和加速度计的输出信号调制成一定频率的三角调幅波；然后，根据互相关函数同频相关，不同频不相关的性质，取两路相同频率的基准信号分别计算与陀螺和加速度计输出信号的互相关函数，以消除惯性器件漂移和噪声对寻北精度的影响。仿真结果表明，新算法可实现全姿态下的高精度陀螺寻北，30 s的方位角和姿态角误差小于0.01°。寻北实验结果表明，该算法对惯性器件测量过程中的各类噪声有很好的抑制作用，5 min寻北标准差达到32.7″，基本满足高精度寻北的需求。

首先建立了一种由相同宽度的金属带，SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型，分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响，提出了模场面积为0.08 μm2与430 μm传输距离的设计方案。在此基础上，通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构。数值分析结果表明：硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8，同时传输长度能够延长到1.74 mm。并且模场面积可以进一步压缩到0.025 μm2。此外，硅基板CGS波导制作更加简便，并可采用现有COMS制作技术完成，进而具有较大的实用前景。

为了提升Al/Zr多层膜的热稳定性，采用直流磁控溅射方法制备了18个带有不同厚度Si间隔层的Al(1 wt.%Si)/Zr多层膜，并将这些样品分别进行了不同温度(100~500 ℃）的真空退火，退火时间为1 h。利用X射线掠入射反射(GIXR)和X射线衍射(XRD)的方法来研究Si间隔层对Al/Zr多层膜热稳定性的作用。GIXR测量结果表明：随着Si间隔层厚度的增大，Al膜层的粗糙度减小，而Zr膜层的粗糙度增大；XRD测量结果表明：Al和Zr膜层粗糙度的变化是由于退火后膜层中晶粒尺寸不同造成的。相比于没有Si间隔层的Al/Zr多层膜，引入厚度为0.6 nm的Si间隔层可以有效提升Al/Zr多层膜的热稳定性。

声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF)是一种新型分光器件，近年来在光谱分析技术领域得到广泛应用。首先分析了AOTF的分光特性及驱动要求，介绍了AOTF器件的关键性能指标和测试方法。其次针对AOTF器件性能设计了专用测试系统。系统采用单色仪作为光源，通过多谱段集成检测方法，能对宽光谱AOTF器件进行驱动频率匹配、衍射效率和光谱分辨率的测试。测试系统波长的覆盖范围是400~3 200 nm，光源稳定性优于98%，光谱分辨率在450 nm处小于0.4 nm，在2 400 nm处小于2.0 nm。最后以短中波晶体的测试为例，验证了该测试系统的功能及性能，达到了设计要求。基于多谱段集成检测的宽光谱AOTF性能测试系统由于其高效、便捷等特点，具有很强的工程应用价值。

Ge/Si吸收区-电荷区-倍增区分离(SACM)结构的APD作为一种新型光电探测器已成为硅基APD器件研究的重点。对SACM Ge/Si型APD器件的基本结构及其主要特性参数，包括量子效率、响应度、暗电流等进行了理论分析及仿真验证。实验结果表明：在给定的器件参数条件下，所设计的APD器件的雪崩击穿电压为25.7 V，最大内部量子效率为91%，单位增益下响应度峰值为0.55 A/W，在750~1 500 nm范围内具有较高响应度，其峰值波长为1 050 nm；在高偏压以及高光照强度情况下，倍增区发生空间电荷效应从而导致增益降低。

道路裂缝是评价公路质量的一个非常重要的指标，不同的裂缝类型关系到不同的危急程度及不同的修补策略的制定。针对高速公路中常见的横向裂缝、纵向裂缝、块状裂缝及龟裂裂缝，提出了一种基于方向及密度特征的路面裂缝分类方法。文中所提方法的主要思想是利用裂缝在方向以及密度分布上的差异性来对裂缝类型进行划分。基本的过程是首先利用方向性特征进行横纵裂缝与块状/龟裂裂缝的提取，其次，根据分布密度特性进一步甄别块状和龟裂裂缝。为了验证文中所提算法的有效性，采用大量实测数据进行测试，通过与其它算法进行对比，结果表明：文中所提方法具有更高的裂缝分类精度。

利用动态随机点立体图，排除心理暗示线索对深度运动的影响，对立体视觉深度运动特性进行了研究。利用主观实验，分析了深度运动物体的运动位置、运动方向和运动速度等运动特性对于立体视觉舒适度(Stereo visual comfort，SVC)的影响, 并提出深度运动情况下的SVC与运动速度的预测模型。实验结果表明，动态随机点立体图中，运动物体的深度运动诱发了透视效果；在交叉视差(屏幕前)和非交叉视差(屏幕后)情况下，立体视觉深度运动导致的SVC不同。对计算得到的SVC的预测值和实测值进行相关性检测，三种深度运动的皮尔森相关系数(Pearson correlation coefficient，PCC)分别为0.956、0.972、0.977，充分表明该预测模型能够准确地预测SVC。

提出了对非均匀场景同一区域成像的卫星姿态调整及基于直方图匹配的线阵CCD非线性相对辐射定标方法。当在轨卫星需要执行相对辐射定标任务时，首先计算初始偏流角并调整卫星偏航角进入在轨定标成像模式；然后在定标成像过程中控制卫星偏航角，使得线阵CCD阵列的所有像元能够依次对同一区域成像；最后基于直方图匹配方法建立高精度非线性相对辐射定标模型。仿真实验给出了不同姿态对应的定标成像情况下的偏航角调整大小与调整周期，并分析了引起偏流角误差的因素及其对偏流角的不确定性。该方法既不需要地面均匀定标场等，也不需要统计分析大量在轨图像数据；且每一轨都可以执行定标任务，避免了卫星不同轨数据之间的不稳定性所带来的定标源自身不可靠问题。

容积卡尔曼滤波(CKF)是一种新型的非线性滤波方法，可获得优于扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)的滤波精度和滤波效率。但是，传统的CKF基于三阶容积准则而提出，因此滤波精度受到限制，为进一步提高CKF滤波性能，文中将容积准则由三阶扩展到五阶，采用两种不同容积点集选择方案，提出一种新型的五阶CKF算法。该算法可有效改善传统CKF在精度方面的理论局限，并有效改善一般五阶CKF计算量大的问题。机动目标跟踪仿真结果表明了新方法的有效性和可行性。

色彩提供了比灰度更为丰富的信息，鉴于彩色人脸图像所包含的鉴别信息远多于灰度人脸图像，将色度马氏距离图引入彩色人脸识别中。基于YCbCr颜色空间，分离彩色人脸图像的色度与亮度信息，构建出基于色度信息的马氏距离图，同时分离出基于亮度信息的灰度图。提出一种色度马氏距离图与灰度图特征自适应融合的人脸识别算法。分别构造出色度马氏距离图与灰度图的基于小波包结点能量的归一化特征向量，采用多种融合策略进行特征融合，并根据融合效果自适应地选取特征融合参数，构造出最佳的鉴别特征向量，实现色度与亮度特征的互补。使用基于方差相似度的分类器获得人脸识别结果。实验表明：该算法识别率高、鲁棒性好。

受全球气候变化影响，国内东北高纬度冻土地区多年冻土退化显著，冻土融化过程中水分相态变化对土体的力学指标产生严重影响，导致多条高速公路路域滑坡、路基不均匀沉陷等地质灾害频发。为了研究岛状冻土区域分布规律，以北安至黑河高速公路K153-K183路域为研究区，分别选择覆盖范围2009年3、5、9月3景Landsat 7 ETM+影像数据，运用辐射传输方程法对研究区进行红外地表温度反演，得到研究区对应日期时刻地表温度图，分析了地温与NDVI、DEM的相关性。对反演的结果采用自然间断点分级法进行图层分类，通过对研究区地表温变分析和人工解译，获得对应时刻区域内的低温区分布图，对低温区进行相交运算，得到研究区2009年冻土分布图，经与北安至黑河高速公路冻土勘察结果比对，具有较好的一致性。