针对复杂背景下遥感影像镶嵌中快速自动生成均匀分隔重叠区域且形态美观的几何拼接线, 提出了一种基于图像解析的沿重叠区域骨架的几何拼接线自动生成算法。首先顾及复杂背景值区域标记待镶嵌影像的不同类型区域; 然后每一处待处理重叠区域被认为是一个图像对象, 迭代搜索图像对象的轮廓线, 并按指定规则对轮廓线逐像素标记, 直至重叠区域中不存在这样的待处理区域; 最后基于4邻域搜索标记沿骨架的几何拼接线。实验结果表明, 即使顾及背景值影像重叠区域为复杂多边形时, 该算法也能快速自动生成美观的几何拼接线。算法鲁棒性优于基于图形解析的方法。

昼夜光电成像技术经过了几十年的发展, 现在已经进入到实用阶段, 在**、航天、天文等领域中占有十分重要的地位。为解决极弱光环境下难以成像的问题, 在分析了微光像增强器和近红外固体成像技术之后, 提出了一种新型的成像系统, 利用空间光调制器和单像素探测器对目标信息进行调制和探测, 之后利用关联算法即可恢复出探测目标的图像, 基于此成像系统实现了17 km外的成像实验。该成像系统有望实现高灵敏度成像, 对突破无月夜晚等极弱光环境下的光电成像具有重大意义。

渐晕效应是在红外成像时像平面中心区域较亮而边缘区域较暗的现象。渐晕效应对红外系统成像性能的影响非常严重, 因此系统使用时有必要对渐晕效应进行校正。首先对渐晕效应的产生原因做了分析, 然后提出了一种基于场景的渐晕校正方法。通过场景之间的方差信息提取背景, 用多项式逼近背景灰度分布, 得到校正因子, 从而实现渐晕校正。为评价校正效果, 提出具有统计意义的行间方差概念。分别利用星空和海面两种场景对校正方法进行验证。校正后行间方差减小到未校正行间方差的13.6%和3.8%, 校正效果比较理想。

介绍了基于DMD红外动态场景投射器的红外捕获跟踪设备辐射式仿真试验系统。分析了DMD场景投射器成像原理, 研究了其与被测系统光学匹配条件及调整方法。分析了DMD场景投射器灰度等级调制原理, 研究了其与被测系统信号同步条件及调整方法, 并对信号同步过程中可能出现的现象进行了分析。分析了影响DMD场景投射器至被测系统探测器能量传输的主要因素, 研究了DMD场景投射器辐射特性定标方法、及与被测系统能量匹配方法。利用所设计的仿真试验系统及试验方法, 针对某型红外捕获跟踪设备开展了辐射式仿真实验, 对被测系统部分性能指标进行了初步的考核。

建立一种基于RBF神经网络的目标红外辐射亮度建模方法, 进而实现对目标光谱发射率的估计。通过FTIR光谱仪测量目标表面3~14 ?滋m波段的红外辐射特性, 亮度光谱会受到二氧化碳、水蒸气等的吸收及大气辐射的干扰。文中首先结合红外传输理论选择有效学习样本; 然后基于RBF网络对样本进行充分学习, 建立目标红外辐射亮度模型; 利用所建模型估计大气吸收和杂散干扰波段的亮度, 最终计算出较完整的目标光谱发射率。黑体测试结果与理论发射率比较, 最大相对误差为1.5%。测温验证的结果也表明文中所建的RBF神经网络可以有效地对目标光谱发射率进行估计。

红外诱饵弹是一种常见的红外干扰**, 能够对红外制导**产生很强的干扰效果。在众多类型的红外诱饵弹中, 通过投放药剂形成喷射火焰来得到干扰辐射源的方法仍在实战中广泛应用。在这类诱饵弹的研发制造过程中, 投放药剂的半径对诱饵弹辐射特性具有很大的影响。针对药剂颗粒半径对诱饵弹辐射特性的影响, 分析了典型的投放药剂类红外诱饵弹的结构及工作原理, 借助了离散相模型(DPM模型)对红外诱饵弹红外特性建模, 总结了典型诱饵弹模型下的红外诱饵药剂颗粒直径与辐射特性间的关系, 最后通过最小二乘法对仿真数据进行拟合后确定该典型红外诱饵弹辐射强度最大时的药剂颗粒半径为3.72 mm。该方法对诱饵弹投射颗粒半径的研究工作提出了依据, 在诱饵弹研发与仿真中具有重要的指导价值。

近红外光在脂肪乳和葡萄糖混合溶液介质中传播, 在介质表面形成漫反射光, 稳态情况下, 检测位置处检测的漫反射光包含了全部的弹道光、蛇行光与漫散射光, 其中部分弹道光和漫散射光降低了葡萄糖浓度的检测精度。通过蒙特卡洛模拟方法分别对10%和3% 的intralipid-葡萄糖溶液进行时域模拟, 分析统计不同检测位置漫反射光的不同光程组成, 对时间扩展曲线的峰值时间与平均飞行时间范围内的漫反射光子进行检测能够提高浮动基准位置即漫反射光强度对葡萄糖浓度最不灵敏的检测位置的检测精度, 同时, 这部分光子在漫反射光强的极大值处提高了漫反射光强与葡萄糖浓度的线性相关系数, 抽取这部分光程的漫反射光在极大值位置提升了对葡萄糖浓度的检测灵敏度。

雾是影响自由空间光通信性能的不可避免的天气因素, 选择合适的激光波长可以有效的降低其影响。文中针对薄雾、雾、霾三种大气能见度, 在不同传播距离条件下, 计算分析了均处于大气吸收窗口的中红外波长3.8 ?滋m和近红外波长1.55 ?滋m的传输特性。利用Monte Carlo方法对大量光子沿水平方向的传播特性进行数值模拟, 俄罗斯轮盘赌法判定光子是否“湮灭”。计算不同接收面半径和相对光强的关系, 不同大气能见度和不同传输距离下光子的透过率。结果表明3.8 ?滋m波长相对于1.55 ?滋m波长, 在同样的接收面半径下光强更集中, 同样的传播距离下光子透过率更高, 更不易受大气能见度的影响, 所以3.8 ?滋m波长比1.55 ?滋m更适合在雾中进行水平链路的自由空间光通信。

为了实现激光均匀照明, 在分析常规匀光技术的基础上设计了新型的激光匀光系统, 并对该系统的匀光技术及光斑均匀性进行研究。新型的匀光系统是利用无刷电机带动光束整形散射器以高于摄像机电子快门的频率旋转, 使多支光束在积分时间内叠加, 形成一个均匀照明效果。新型的匀光系统能够消除激光散斑与干涉条纹, 实现匀光的目的。实验结果表明: 新型匀光系统使激光光斑有效区域内均匀性到达95%以上, 光能利用率为90%。新型匀光系统提高了照明均匀性及光能利用率, 从而提高了被照明目标的成像质量。

为了减小多晶硅中晶界、位错、微缺陷和过渡族杂质对多晶硅太阳电池效率的不利影响, 采用兆瓦级可调谐TEA CO2高功率激光器输出的激光脉冲对硅片进行预处理。使用10 ?滋m带不同支线的脉宽约为200 ns红外激光脉冲在20 mm汞柱的氢气氛中对多晶硅片辐照不同的脉冲数, 制得25个样品; 去除样品的损伤层后, 用S2T-2A四探针测试仪测试了各组样品的电阻率, 发现所有样品电阻率都有不同程度的降低, 其中经P18和P20支线脉冲辐照3个脉冲的样品电阻率下降幅度最大, 下降幅度最高达到50%; 用高频光电导少子寿命测试仪测试样品的少子寿命, 发现所有样品少子寿命都变长, 其中经P18和P20辐照三个脉冲后的样品少子寿命增加幅度最大, 增幅最高达30%。

由于截止滤光片具有的良好光学特性, 分别给出了基于两片长波通和两片短波通截止滤光片的光束空间低通滤波装置。利用几何光学法, 分别研究了这两种装置对光束的一维空间低通滤波特性, 结果表明: 这两种滤波装置的角谱选择性带宽与滤光片过渡带的带宽以及两滤光片的夹角有关。对于长波通滤光片, 两滤光片的夹角要大于等于截止角度的2倍, 而对于短波通滤光片, 两滤光片的夹角要小于等于截止角度的2倍, 理论上得出这两种装置的半高宽度的角谱选择性带宽均等于过渡带的宽度结论, 此时两滤光片之间的夹角为截止角度的2倍。

激光雷达是地球大气探测的有利工具,但其向空中发射的强激光束会对空域飞行物存在潜在威胁。为保障激光雷达上空飞行物的飞行安全, 提出了一种基于CCD成像探测的激光智能主动规避飞行物的方法, 并搭建了一套实验装置。该装置通过触发同步控制CCD实时采集激光雷达激光束方向一定范围的空域图像, 再对图像进行降噪、差值和二值化等处理, 并判断是否有飞行物在空域范围内, 根据处理结果控制激光发射光路中的机械开关打开或者关闭, 有效保证了激光雷达的安全运行以及飞行物的安全。

研究了线性和二次电光效应共存的双光子光折变介质中沿同一直线传播的两空间光孤子间的相干耦合现象, 从理论上证实了在适当的条件下相干耦合的亮-亮和暗-暗孤子对的存在。结果表明, 这些相干耦合孤子对的形成、性质和传输规律依赖于介质内线性和二次电光效应间的相互作用(即相互增强、减弱甚至抵消)。详细分析了两相干入射光的初始相位差、强度比和外加电场等三个方面对相干耦合孤子对宽度及亮-亮孤子对的自转向过程的影响, 为相干耦合孤子对在实际中的应用奠定理论基础。

天文选址的决策和激光传输系统的设计和应用需要掌握大气光学湍流的时空变化规律。利用HTP-2型温度脉动仪测量近地面湍流, 用大气相干长度仪测量整层湍流积分效应。分析折射率结构常数C■■的实测数据, 得到近地面光学湍流月平均和季平均的变化规律。分析了早晚两个“转换时刻”不同参数的变化规律。根据广义Hufnagel-Valley模式反演得到夜间、白天及“转换时刻”整层湍流廓线, 比较了不同时刻湍流廓线的特点。在连续多年实测数据的基础上所得结论全面可靠, 具有重要的工程参考价值。

大气气溶胶粒子吸收对地球辐射收支平衡、激光在大气中的传输等具有重要影响, 其吸收特性的准确测量越来越受到重视。介绍了气溶胶吸收系数的光热干涉法的测量原理、解调算法与标定原理。通过搭建的全光纤结构光热干涉实验装置, 对N2、NO2和含碳气溶胶进行了定性测量, 利用NO2气体在532 nm波段的吸收实现了实验装置的初步标定, 获得目前装置对NO2气体的最小可探测浓度为3.976 mg·m-3。分析结果表明光热干涉法在实际大气气溶胶粒子吸收特性的测量上潜力巨大。

边坡体三维建模与可视化表达是露天矿边坡稳定性评价的前提。以发生过小面积滑坡的露天矿边坡为研究对象, 利于机动灵活的低空无人机搭载消费型数码相机获取了边坡序列影像, 依据计算机视觉原理生成了边坡体稠密三维点云, 实现了边坡体三维数字模型制作。结果表明: 该技术可快速构建露天矿边坡精细地形, 有效降低了作业成本和劳动强度。此外, 该方法克服了传统单点测量方式以点带面的局限性, 生产的三维模型可全面表达边坡整体形体和局部细节特征, 为正确评价边坡稳定性提供了科学依据, 尤其适合存在潜在隐患的露天矿边坡动态变形监测。

为了提高传统地形匹配算法的定位精度问题, 提出了一种基于粒子群优化的飞行器地形匹配新算法。该算法以参考导航系统测量位置为中心规划真实位置的搜索范围, 从基准地形图上提取相应的地形高程数据, 然后将粒子群优化算法引入匹配区搜索, 并将得到的地形剖面像元高程参量作为粒子群体中的粒子。在此基础上, 采用归一化积相关函数作为粒子适应度函数, 通过适应度最大度量值来比较基准子图和实时图剖面的相似程度, 最后通过仿真分析, 比较了基于TERCOM和PSO的匹配算法匹配精度和匹配时间。仿真结果表明, 基于PSO算法的匹配效果优于传统TERCOM算法, 匹配时间虽较TERCOM算法略长, 但满足实时性要求。

设计了一种基于方形多毛细管X射线透镜的X射线探测系统,该系统具有较小的X射线收集角。方形多毛细管X射线透镜是一种基于X射线全反射的X射线调控器件, 可将大面积范围内的X射线汇聚至X射线CCD探测器。通过测定X射线在方形多毛细管X射线透镜中的传输特性、建立数据模型, 可校正X射线CCD所测数据并还原透镜入口端的入射X射线信息。通过光线轨迹追踪方法模拟了方形多毛细管X射线透镜的传输特性。结果表明, 该系统适合探测能量低于21.5 keV的X射线, 用于大面积成像; 也适合探测能量低于14.6 keV的X射线, 用于提高探测效率。该系统不仅可用于诸如X射线脉冲星导航等特殊应用, 也可用于常规X射线探测。

军用光电仪器由于移动灵活的需要, 通常采用车载平台, 车载平台又会承载发射和接受光路, 因此会包含多个激光器和光学元件。这就造成以往固定平台的光路平行性检测方法需要进行一定的升级以适应车载平台的需要。为了实现光电干扰功能, 车载平台同时配备了对应谱段的多台激光器, 还有多谱段的成像系统以及测距装置, 对于发射光路和接收光路的平行性要求就更为复杂, 因此本文根据车载光电平台的特点, 提出了一整套的光路平行性检测方法。检测结果表明, 此套方法简单实用, 检测精度可达15 μrad以内。

为了获得轴向支撑结构对经纬仪大口径主镜面形的影响规律, 对主镜轴向支撑结构进行了结构拓扑优化设计及参数化分析。首先, 采用接触边界条件方法建立了详细的主镜支撑系统有限元模型, 对主镜初始支撑结构下的面形误差进行仿真分析, 获得主镜初始支撑结构下光轴水平及光轴竖直状态下主镜的面形RMS值。然后, 应用4D干涉仪对主镜径向支撑状态下的面形RMS进行了检测, 有限元仿真得到的主镜面形RMS值与实验结果的偏差为13.2%, 证明了仿真方法的准确性。最后, 对主镜轴向支撑结构进行了结构拓扑优化, 并根据拓扑优化结果建立新的主镜轴向支撑结构模型, 对其重要尺寸进行了参数化分析。优化的主镜支撑结构的主镜面形误差明显优于初始结构: 轴向支撑状态下主镜面形误差的RMS值由11.49 nm提升至8.38 nm。该研究可以为主镜支撑结构的设计提供重要参考。

复合轴跟踪系统能够有效提高光束定向系统的跟踪稳定性和跟踪精度, 它的实体仿真模型可以分解为场景模型、成像模型、预测模型和跟踪控制模型等。基于组件化仿真软件EasyLaser友好的用户建模方法和代码自动生成技术, 提出了复合轴跟踪系统的组件化仿真方法。研究了基于Matlab引擎, 通过Simulink环境嵌套方式调用求解器, 确保控制环节仿真的可靠性。融合复合轴光电系统仿真中运动、控制、光学传输等相关内容, 提出了若干辅助组件, 能够基于数值方法自动模拟仿真过程中控制量驱动的解耦过程, 解决了结构和光路布局具有多样性的复合轴系统的组件化仿真难题。通过与自适应光学系统联合的仿真实例, 表明了复合轴跟踪系统组件化仿真技术的可靠性、便利性和适应性。

设计了一种具有高负平坦色散特性的压缩型高双折射光子晶体光纤。为了获得高双折射特性, 光纤包层采用压缩三角格子和椭圆空气孔的结构; 为了提高控制色散的灵活性, 在纤芯加入小的缺陷空气孔。基于超格子构造法, 详细地模拟分析了光纤的双折射、色散特性。研究结果表明: 在波长1.3~1.8 μm的宽波段范围内, 可获得高负平坦色散且色散值约为-667 ps·nm-1·km-1, 色散值在±7 ps·nm-1·km-1的范围内变化; 双折射在波长研究范围内都实现了10-2的高数量级, 且在1.55 μm处可达到2.21×10-2。基于此种光纤的高负色散特性和高双折射在光传输系统及光纤传感有广泛应用。

提出了一种改进的集成雪崩光电二极管器件结构, 由硅和锗材料的雪崩光电二极管结构集成, 分别包含吸收区、电荷区和倍增区结构。该改进雪崩光电二极管对光线波长的探测范围扩展到200~1 400 nm。对雪崩光电二极管的关键参数, 如器件内电场分布、暗电流、光电流、增益和光响应等进行了分析。仿真结果表明改进雪崩光电二极管的击穿电压为145 V。当阴极偏置电压为140 V时, 该器件对900 nm波长光线的峰值响应可以达到22 A/W。在器件击穿之前, 400 nm波长光线的电流增益可以对达到50。对改进雪崩光电二极管器件的工艺流程也进行了讨论。

由整星混合光谱反演卫星特征的核心在于数理模型及反演算法, 基于此建立了光谱混合数理模型并进行了实验验证。首先, 对部件光谱散射模型、线性光谱混合模型、整星光谱解混方法进行了理论分析; 然后, 设计实验定标测量了高保真GEO卫星模型及部件的光谱BRDF特性, 讨论了部件和材料光谱散射特性的差别; 最后, 采用非负约束最小二乘法对卫星整体光谱进行了解混分析, 最大相对残差小于10%。实验结果表明, 线性光谱混合模型及非负约束最小二乘解混方法对于描述卫星光谱混合机理、反演卫星状态具有一定实用意义。

小麦蛋白质含量的性状遗传力较高, 通过选择蛋白质含量高的籽粒母本可以达到优质育种的预期效果。研究采用高光谱成像技术结合化学计量学方法建立多籽粒小麦粗蛋白平均模型来实现单籽粒小麦粗蛋白含量的快速预测。实验采集47份小麦样本(每份100粒)的高光谱图像并提取平均光谱信息, 通过联合区间偏最小二乘法筛选特征变量优化建立多籽粒小麦粗蛋白平均模型。模型的相关系数为0.94, 预测均方根误差为0.28%, 相对分析误差为3.30。通过图像处理提取出待测单籽粒小麦的高光谱图像, 应用平均模型预测单籽粒小麦在每个空间像素点的粗蛋白, 取其平均值作为该粒麦种的最终粗蛋白含量。经验证, 应用上述模型预测同一组样本的单籽粒小麦时, 不同籽粒的小麦粗蛋白含量确实存在差异, 但蛋白含量均围绕其所在样本的平均值浮动, 因此反映出采用平均模型预测单籽粒小麦蛋白的准确性和基本可行性。该方法的研究可以为小麦育种过程中高蛋白籽粒麦种的优选提供一种新思路, 推动小麦优质育种的发展。

空间目标识别有利于掌握空间目标的运行状态和在轨行为。点目标测量是获取空间目标数据源的主要手段。针对从多种特性参数融合后的点目标测量信息解算空间目标特性难度大的问题, 分析了空间目标的基本属性, 包括几何特性、材料特性、光度特性等, 研究了国外几种基于点目标测量信息的空间目标识别方法的基本原理和实现途径。研究结果表明: 通过合理的解算算法设计, 可以对点目标测量信息进行深度挖掘, 识别出有效信息。

机载传感器侦察及地面数据融合处理是美军军用研究实验室规划的无人机态势感知技术发展的第四等级。独立成分分析(ICA)应用于图像处理是在分析人眼视觉系统特性基础上利用稀疏编码的一种新颖的变换域方法, 具有多方向性、特征提取及边缘建模特性。色彩传递是目前融合图像自然感彩色化的最佳途径。以增强无人机态势感知为目的, 结合两者研究突出波段特征的自然感彩色融合方法。根据场景建立训练图像库并提取独立波段特征信息构建ICA域的分析核和综合核, 在ICA域按照区域能量融合规则生成灰度融合图像, 根据视觉任务将源图像线性映射到色彩通道赋予灰度融合图像彩色信息, 采用控向金字塔对源彩色融合图像和彩色参考图像的各通道进行多分辨率分解, 将各通道的子图像进行均值、方差传递, 最终获得类似彩色参考图像色彩的融合图像。人眼感知和客观评价表明: 融合图像波段特征突出且增强了细节信息, 色彩自然、舒适, 进一步改善了机载平台的场景感知。

针对核相关滤波算法(KCF)难以应对光照变化、目标完全遮挡等问题, 提出基于改进核相关滤波的运动目标跟踪算法。首先提出基于相位特征的高斯核相关算子, 增强算法对光照强度变化的适应能力, 然后融合Kalman滤波器形成预测-跟踪-校准的跟踪机制, 结合遮挡处理提高系统在目标被完全遮挡时跟踪的准确性。在模型更新方面, 将在线更新与离线更新相结合, 提出自适应更新的策略, 利用跟踪效果较好的历史模型建立备选模型, 替代跟踪效果较差的模型, 及时纠正模型偏移、特征丢失等问题。与原始的核相关滤波算法进行对比实验的结果表明, 改进算法适应光照强度变化的能力明显增强, 当目标被完全遮挡时也能保持较好的跟踪效果。

人体皮肤彩色视频测量是实现远程无创生理参数监测技术的基础和关键, 而视频图像的一致性常常决定着生理参数的测量精度。从视频人体皮肤测量误差出发, 提出了一种基于尺度不变特征变换和小波变换的视频稳定方法并应用此方法进行皮肤视频图像一致性研究。分析了影响视频一致性的误差因素, 建立了视频图像误差数学模型。在此基础上, 利用尺度不变特征变换算法提取皮肤视频图像的匹配特征点对; 并采用仿射变换进行视频全局运动参数估计, 完成了视频运动补偿。采用统计方法评估了视频稳定前后的一致性效果。结果表明, 所提出的方法能有效地改进皮肤视频图像的稳定性和一致性, 为进一步利用彩色视频准确提取人体生理参数以及研究穴位光学特性奠定基础。

提出了一种基于可见光相机与激光测距仪的空间碎片在轨识别与定位方法。空间碎片的相对速度、距离等因素直接影响碎片成像轨迹。为完成帧间匹配, 采用与轨迹边缘具有等价二阶中心矩的椭圆描述其特征, 并以此制定帧间匹配准则。通过帧间匹配, 即可获得图像中碎片的坐标, 解算出碎片方位角。当仅有测角信息时, 采用位置-速度滤波算法, 引导激光测距仪对目标相对距离进行测量; 当同时具备测角信息与测距信息时, 采用扩展Kalman滤波算法对目标进行滤波定位, 并获得高精度的目标运动状态信息。

优化了一维纳秒脉冲激光等离子体化空间碎片的流体力学模型。流体力学模型分为等离子体状态方程求解、空间碎片与激光能量耦合计算、激光推进冲量耦合系数计算三个模块。在各模块实现的基础上, 重点分析了碎片等离子体温度、速度、压强、密度的时间和空间分布规律。考虑到等离子体屏蔽效应对激光效能的影响, 提出等离子体对激光逐层吸收的计算方法, 更准确分析激光功率密度和脉宽对激光清理空间碎片效能的影响, 提出了获取最优激光效能的方法。最后与实验经验公式解相比较, 验证了优化模型的正确性。

激光雷达是一种精确的遥感风速测量方法。介绍了一种全光纤相干多普勒激光测风雷达, 系统所有光学元件之间采用光纤连接, 结构简单, 调节方便。首先, 使用该激光雷达系统的数据处理方法, 对计算机模拟的探测器表面的中频多普勒频移信号进行测量, 噪声的功率越大, 信噪比越小, 误差也越大。其次, 使用该激光雷达系统对硬靶目标进行了速度测量, 测量结果与标准值比较一致, 最大误差的绝对值不超过0.046 m/s。最后, 使用该激光雷达系统对水蒸气目标进行了速度测量, 测量结果与标准值基本相近, 最大误差的绝对值小于等于0.925 m/s。仿真和实际实验的测量结果均证明了该激光雷达系统测量结果的准确性和稳定性。

研制了一台基于种子注入激光器和碘分子吸收滤光器的高光谱分辨率激光雷达。介绍了该系统的基本原理、数据反演方法和系统结构。分别在有云天气和沙尘天气时进行了高光谱分辨率激光雷达探测大气透过率的实验, 并与用常规Fernald方法反演的结果进行对比。观测结果显示, 不同种类的气溶胶粒子以及云具有不同的物理和光学性质, Fernald方法中假设的激光雷达比往往不符合实际情况, 因此会产生较大的测量误差。而高光谱分辨率激光雷达可以利用分子散射和气溶胶散射的谱宽不同, 将两种信号分离探测, 避免了假设激光雷达比, 从而实现大气透过率的高精度定量探测。

信噪比是激光雷达辐射能力的表征, 是度量激光雷达回波信号品质的重要参数,对信噪比的评估一直是研究者面临的问题。针对大气探测激光雷达, 对激光雷达回波信号噪声比例因子(NSF)和信噪比进行了分析研究; 通过自行研制的532 nm瑞利散射激光雷达的昼夜连续观测, 对噪声比例因子进行了估算, 计算得出实验激光雷达系统噪声比例因子在白天和夜间分别为0.07和0.034; 采用白天噪声比例因子值对激光雷达回波信号信噪比进行了估算, 计算结果表明: 基于噪声比例因子的信噪比估算法可较好地估算出系统回波信噪比。该方法为大气激光雷达系统总体设计和大气参数反演提供了数据依据。

中国科学院国家空间科学中心(空间中心)研制的532 nm 多普勒激光雷达主要用于测量临近空间的大气风场、温度和密度等参数。获得单一的、稳定频率的出射激光是该多普勒激光雷达正常运转的关键技术。该激光雷达采用种子注入技术来获得单模的脉冲光, 并通过将种子激光锁定在碘分子吸收线的方法来获得稳定的激光频率。调节种子光频率的方法有压电换能晶体(PZT)调节和温度调节两种机制。PZT调节的特点是调节速度快但调节范围窄, 而温度调节的响应速度慢但调节范围大。通过协调两种调频机制, 并利用比例-积分-微分(PID)控制算法, 设计了一套长期稳定的锁频系统。该系统大大降低了对采集卡输出电压范围的要求, 并可以使长时间的、大范围的频率漂移由调频较宽的温度调节来响应, 而瞬时的频率漂移由响应速度较快的PZT调节来响应, 从而保证了系统的长时间运行。该稳频系统的稳频精度可以达到350 kHz。连续工作时长可达20 h以上。

为了防止中国科学院临近空间环境野外综合探测站(廊坊, 39°N, 116°E)的钠荧光多普勒激光雷达在可重新部署运输过程中震动对激光雷达系统的不良影响, 保证系统测量的稳定性和精度, 文中主要对钠激光雷达接收系统进行了减震设计。首先选用了空气悬挂车载底盘和对望远镜的主镜运输以及望远镜安装运输平台等进行了三级减震设计, 通过仿真模拟表明通过减震设计的望远镜安装运输平台冲击位移小于望远镜的主镜运输减震设计要求; 其次通过跑车实验表明通过减震设计主镜室的最大振动加速度满足望远镜运输条件设计输入要求; 最后通过钠荧光多普勒激光雷达系统的观测实验进一步验证了在长途运输中减震设计的可靠性。

针对支持向量机应用于机载LiDAR点云数据分类时存在的模型稀疏性弱、预测结果缺乏概率意义、核函数必须满足Mercer定理等缺点, 提出了一种基于相关向量机的LiDAR点云数据分类算法。在分析稀疏贝叶斯分类模型及参数推断、预测基础上, 利用拉普拉斯方法将相关向量机分类问题转化为回归问题, 通过最大化边缘似然函数估计超参数, 选择序列稀疏贝叶斯学习方法提高训练速度, 构造一对余、一对一分类器实现点云数据多元分类研究。选择Niagara地区及非洲某地区的LiDAR点云数据进行实验, 实验结果验证了基于相关向量机的点云分类方法的优势。