为研究纳秒激光烧蚀金属工质的推进性能，在约40 Pa的背景压力下，采用波长为532 nm和1 064 nm，脉宽为8 ns和15 ns的Nd: YAG激光器对金属Al、Fe、Ni、Y进行烧蚀实验，研究了不同激光参数下金属的烧蚀量、比冲、冲量耦合系数和激光能量利用率。研究结果表明，金属的烧蚀量受激光吸收率和金属熔沸点的制约，Fe的烧蚀量最大，Y的烧蚀量最小；高功率密度下(＞2.71×1010 W/cm2)， Y的烧蚀比冲和激光能量效率最大，而Fe的烧蚀比冲和激光能量效率最小。基于基态原子激发形成等离子体的机制和等离子体对入射激光的屏蔽效应分析了不同金属烧蚀特性变化的原因。研究结果对金属工质靶的选取有一定的参考意义。

目标三维姿态信息在目标运动分析、目标识别和目标跟踪等领域的应用越来越广泛。现有的OPDVA算法采用基于距离的K-means算法对点法向量进行分类后确定目标坐标系MCS的正方向，求取目标三维姿态角。针对点法向量分类效果不理想的情况，提出了基于Mean Shift点法向量分类的目标三维姿态估计算法(PEMSPNC)。该算法利用不依赖初始参数设定、基于密度聚类的Mean Shift算法，对密度分布不同的不同平面点法向量分类，寻找密度最大处点法向量做为每类代表法向量确定MCS的正方向，然后计算目标姿态角，并根据目标姿态估计结果计算目标尺寸。采用矩形拟合法、OPDVA和PEMSPNC算法分别对仿真和实测目标距离像进行实验。实验结果表明：采用PEMSPNC算法得到的姿态估计结果误差最小，相比于OPDVA算法，平均误差降低了0.443 4°，且对实测数据有较好的处理结果。

近年来基于非负矩阵分解（Nonnegative Matrix Factorization, NMF）的高光谱图像解混方法引起了大家的广泛关注。但是由于NMF问题的非凸性，该方法并不能保证解的唯一性，容易陷入局部极小。为了缩小NMF问题的解空间，提高解混精度，提出了一种新的丰度重加权稀疏NMF（ARSNMF）的解混方法。首先，考虑到丰度矩阵的稀疏性,稀疏约束被添加到NMF模型中。接着，考虑到问题计算复杂、不易于优化，将其转化为重加权稀疏约束的形式，既实现了的稀疏效果，又解决了范数难以求解的问题。为提高算法收敛速度，采用交替方向乘子算法(ADMM)对模型进行优化, 将目标函数拆分成几个子问题进行独立求解。基于仿真数据和真实数据的仿真实验验证了该解混算法的有效性。

为了满足无人驾驶、车载避障等应用需求，激光成像雷达通常需要识别几米到几百米大动态范围内的目标信号。限于体积成本，当激光雷达不具备自动增益控制功能时，如何实现从饱和到非饱和回波信号的高精度测量是激光雷达测距技术急需解决的问题。传统的激光成像雷达多采用时间数字转换器的边沿测距方法，该方法对于近距离饱和波形测距效果较好，但对于远距离小信号成像能力有限，因此提出了基于高速模数转换的全波形匹配测距方法。该方法通过对回波脉冲与高分辨率模板波形的滑动匹配，求取高精度的回波脉冲峰值位置。并在FPGA上实现了优化的快速收敛方法，提高了算法执行速度，在保证了测距精度的同时提高了激光成像雷达的有效成像范围。通过大量的成像实验验证，激光成像雷达测距精度可达2.7 cm，有效成像范围可达200 m以上。

在激光雷达的水下应用中，由于水体对光的吸收和散射作用使得激光在水下的传输复杂多变，尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没目标回波，导致水下激光回波检测面临挑战。副载波调制技术可以有效地改善激光雷达系统水下探测性能，提高目标回波信号的信噪比。基于Monte Carlo方法提出了改进的副载波调制脉冲激光雷达水下传输模型，研究了海水衰减系数和通频带等因素对于系统性能的影响。仿真结果表明：相比于传统激光雷达，水体环境参数、滤波过程中的通频带选择对于系统水下探测性能影响较大；副载波调制技术可以提高目标回波信噪比和测量精度，有效改善系统性能。

针对目标识别任务规划及模板制备的实际需求，为实现目标及其所在场景可识别性程度的定量评价，提出了一种基于证据理论的场景可识别性分析算法。在获取目标及其所在场景的保障数据，并设定成像参数后，首先选取一定数量的显著地物作为场景的节点；然后，从尺度显著性、形状唯一性和可视性三个方面评估各个地物在不同观察角下的可识别性程度，并以此作为场景中各节点的基本信度分配；最后，通过地物轮廓点数定义表征各节点间相互支撑度的条件信度函数，利用证据理论进行推理、融合各个节点信息，得到整个场景的可识别性分析结果。实验结果证明，使用文中算法得到的分析结果合理、有效，能够满足任务规划的需求，具有较大的工程实用价值。

海上升压站自动巡检系统是一种面向海上升压站全站的智能巡检机器人系统，主要完成对海上升压站中电缆、设备、仪表等装置的自动化巡检任务。设备的运行状态往往通过指示灯的颜色判断，这是自动巡检的一项关键任务。由于指示灯的半透明特性，其在不均匀光照下存在反光问题，使得颜色和亮度信息及其非均匀特性的混合，造成了指示灯图像的“数据不敏感特征”。传统的RGB颜色空间的均匀性较差，使得只依靠RGB颜色空间对指示灯颜色检测存在较大误检。相对于RGB空间，HSI空间能够非常直观的表达色彩的明暗、色调以及鲜明程度，方便进行颜色之间的对比。因此，文中提出将指示灯图像从传统的RGB颜色空间转换到HSI空间，通过提取H分量计算直方图相似度的指示灯颜色检测方法。实验结果表明，该方法大大提高了指示灯颜色检测精度，尤其在不均匀光照下有较强的抗干扰能力。

将逆合成孔径雷达成像原理应用于激光波段和机载平台，在千公里级别探测距离上实现了对空间锥形目标的稀疏微动成像，对应距离/方位分辨率均为厘米级。通过建立机载逆合成孔径激光雷达成像模型，分析了平台和目标复合运动条件下的目标斜距和雷达回波构成，验证了机载逆合成孔径激光雷达对微动目标探测的可行性。针对激光波段方位向重复频率高、系统复杂和数据冗余等问题，提出了一种基于空间域压缩感知的微动目标稀疏成像算法，在方位向稀疏观测条件下，建立微动目标线性观测模型，并利用基于l1范数的优化方法进行稀疏信号求解，实现微动目标图像重构。基于电磁计算数据的实验结果验证了所提方法的有效性。

针对大尺寸、长距离、非接触条件下的目标定位技术需求，提出了一种基于视觉测量的目标定位技术。许多视觉测量方法寻求在PnP算法改进上得到更高精度，而没有考虑到特征点数目增加对测量精度造成的影响，基于此，通过引入测量基线的概念设计出一种精度可定量提高的合作式靶标。首先通过测量模型的建立和精度分析，利用误差传播理论得出了n点式靶标测量精度的函数解析式，进一步详细分析与验证了各影响项所带来的影响，并讨论了合作靶标特征点排布形式对精度的影响情况，在此基础上进行了靶标布局以及结构参数的优化以进一步提高测量精度。实验结果表明，以所设计的16点环阵式靶标为例，其重投影误差较同尺寸P4P靶标减少了约50.3%，立体靶标则进一步将重投影误差降低了39.2%。该技术不仅可用于特殊环境下的目标定位识别，更适用于复杂系统中的单元状态监测。

摘 要： 光子探测具有灵敏度高、系统功耗低和探测距离远等优点，探测性能易受大气环境影响。建立湍流效应下光子探测模型，定义了回波光子调制泊松分布概率，当回波光子数小于0.1时，调制泊松分布退化为泊松分布。建立了光子探测距离漂移模型，重构光子探测的回波分布，以计算距离漂移。探讨了湍流效应下的光子探测回波特性和距离漂移的变化规律。结果表明：湍流作用下光子探测首光子效应减弱，当湍流为10-16 m-2/3，无湍流的回波光子数为2时，与无大气湍流时相比，距离漂移减小0.41 cm，测距精度下降0.23 cm；随着湍流的增强，湍流为5×10-15 m-2/3时，探测概率平均降低78.18%，距离漂移平均减小91.49%，测距精度最大下降85.77%。

复杂的水体环境，特别是水中微粒的吸收和散射作用，使得水下激光雷达测距系统的接收信号中存在大量的后向散射杂波。随着距离的增大，目标回波会逐渐淹没在杂波中，而副载波调制技术可以有效地提升目标对比度，实现水下激光雷达的测距增程。首先建立了光子在海水中传输的蒙特卡洛仿真模型，然后研究了结合激光雷达优势和微波雷达优势的副载波调制技术，给出了伪随机序列作为副载波时发射、接收和相关处理的详细步骤，最后对四种不同类型的副载波(方波、锯齿波、正弦波和伪随机序列波)在不同的水质和发射脉冲宽度的情况下进行了仿真研究。结果表明：伪随机序列对于目标对比度的提升方面性能最好。

ICESat-2为世界首颗光子计数激光雷达测高卫星，其上携带的ATLAS可获得覆盖全球的高精度激光脚点，有助于提高卫星光学影像的无控定位精度。设计实现了ATLAS激光测高数据与卫星影像的联合平差方案。首先通过多条件筛选准则选取高精度ATLAS激光测高点，然后将筛选后的激光测高点作为带误差控制点进行联合平差计算，使卫星影像定向参数得到了优化。利用河南郑州地区的资源三号02星影像和ATLAS ATL03级数据进行的试验结果表明，文中的平差方案可将影像定位的高程精度提高60.6%，平面精度提高56.4%，验证了文中提出的方法可在无外业控制点情况下显著提高卫星影像定位精度。

干扰超前量的设置对激光角度欺骗干扰的成功概率有着重要的影响。通过建立激光角度欺骗干扰中制导信号和干扰信号被波门录取的概率模型，推导并验证了最优干扰超前量公式。通过仿真研究了不同影响因素对最优干扰超前量设置的影响。仿真结果表明：波门宽度、制导信号脉冲间隔误差、干扰信号脉冲间隔误差对最优干扰超前量的设置均有较大影响。最优干扰超前量与波门宽度成正比，制导信号脉冲间隔误差越大、干扰信号脉冲间隔误差越小，最优干扰超前量越大。设置合适的干扰超前量可以大幅度提高激光角度欺骗干扰的干扰概率。

以向列相液晶为缺陷层构造了双通道光子晶体滤波器(AB)m(LC)H(LC)(BA)m模型。利用传输矩阵法并结合向列相液晶电光效应，研究了液晶层的外加电场对滤波器的调制特性。结果表明，双滤波通道中心频率位置与电压的变化为线性关系，说明电压对滤波频率具有很好的调制效果。双通道滤波带宽对外场电压的响应灵敏度不同，长波通道滤波带宽对外场电压响应较为灵敏。当电压足够小时，电压对滤波带宽的调制范围较大，且调制规律也比较明显，可通过选择合适的电压范围来实现双通道滤波器滤波带宽的微调功能。这些特性，对新型光学滤波器的设计具有一定的指导意义。

针对星载激光雷达波形数据估测森林生物量精度较低的问题，研究以冰云陆地高程卫星(Ice，Cloud,and land Elevation Satellite，ICESat)/地球科学激光测高系统(Geoscience Laser Altimeter System，GLAS)回波波形为例，通过修正GLAS回波波形背景噪声阈值，识别GLAS冠层回波波形，设定冠层回波波形起止点位置，提出冠层回波能量值参数Eca，并基于激光断面阵列(Laser Profile Array，LPA)数据校正E_ca，得到校正后的冠层回波波形能量值参数ECca，进而估测森林生物量。研究结果显示，GLAS冠层回波波形能量值参数Eca经LPA数据校正前后森林生物量估测精度R2分别为0.87和0.89，RMSE分别为17.28 t/ha和15.76 t/ha。研究结果表明，所提出的冠层回波能量值参数能够有效估测森林生物量，且冠层回波波形能量值参数Eca经LPA数据修正后能够提高森林生物量估测精度。

通过半导体激光二极管(LD)垂直阵列端面泵浦Nd:YAG晶体获得了高能量1 064 nm调Q激光输出。根据LD波长随温度线性变化的物理特性，通过调节LD温度改变泵浦光波长，使其偏离Nd:YAG的吸收峰，降低了激光介质泵浦端面增益，有效抑制了制约调Q激光输出能量的自激振荡。在LD泵浦能量530 mJ时，产生了95 mJ的1 064 nm激光输出，相应的光光转换效率为18%，调Q动静比为73%，激光脉宽8 ns，光束发散角为2.5 mrad.

机载激光雷达水深测量是海岸带海陆一体地形测量的一种有效技术。目前，我国尚未形成成熟的实用化机载激光雷达测深系统，也缺乏大规模机载激光雷达测深生产应用经验，急需开展机载激光雷达测深系统应用测试。基于CZMIL Nova Ⅱ机载激光雷达测深系统，在我国海南、广东、广西等南海北部海岸带，开展了机载激光雷达最大测深、测量精度、测量效率等3个方面的应用测试。结果表明，海南蜈支洲岛、广西涠洲岛、广东台山市赤溪镇3个典型区成图最大测深分别达到30、16、3 m，基本符合系统标称测深能力，最大测深受水体清澈度、底质反射率、飞行航高等多种因素影响；海南蜈支洲岛海域30 m深度附近的深度测量精度为0.369 m，符合系统标称精度；基于运-12E型飞机平台，采用常规飞行参数，1个架次有效飞行面积约100 km2、测线长度约500 km，一年可飞行面积约8 000～12 000 km2，测线长度约40 000～60 000 km。此次机载激光雷达测深系统在中国海岸带的大规模应用测试对国内机载激光雷达测深技术研发与应用具有重要参考意义和科学价值。

亚稳态氦激光雷达通过发射调谐至亚稳态氦原子的1 083.0 nm共振线的激光来探测热层和外逸层的亚稳态氦原子数密度。能够覆盖的探测范围约为200~1 000 km。在这个高度范围内，亚稳态原子密度较小，随着季节的变化，数密度最大通常不超过1 cm-3。中国科学技术大学目前正在研制基于六个1 m口径望远镜阵列和高能量1 083 nm脉冲激光器的亚稳态氦共振荧光激光雷达。雷达的望远镜有效面积约4.8 m2；1 083 nm脉冲激光器采用光参量震荡(OPO)和光参量放大(OPA)技术，以532 nm高能量脉冲作为泵浦光，最终输出单模窄带宽(300 MHz)的1 083 nm脉冲光；接收端采用深度制冷(-120 ℃)的InGaAs探测器，量子效率大于30%，暗计数可控制在100 s-1以内；滤波模块采用干涉滤光片和FPI超窄带滤波串联的方式，最终将滤波半宽压缩到10 GHz左右，峰值透过率55%。综合以上关键技术指标，在数密度较大的季节，信噪比可能达到约400，在数密度较小的季节，信噪比约为10。

气溶胶已被确定为辐射强迫评估中的不确定因素之一。激光雷达是气溶胶观测的有效遥感工具。利用车载激光雷达，采用固定垂直探测与移动走航监测相结合的探测方式，对安平县的颗粒物浓度进行了连续探测。固定探测结果与环保部空气质量先上升后下降的趋势一致。移动导航探测能够快速、准确地定位污染源的位置。最后，通过对比喷撒抑尘剂前后的走航监测结果，得出喷撒抑尘剂可以有效降低颗粒物浓度。

针对低频振动检测的需求，研制了一种基于柔性铰链的光纤光栅(FBG)振动传感器，实现了在一定范围内对低频信号的高精度测量。根据传感器的理想结构模型，结合力矩平衡方程和拉格朗日方程给出了传感器的灵敏度和固有频率的计算方法，并采用ANSYS软件对传感器的结构进行有限元分析，得到了一阶谐振频率为92.457 Hz。通过性能测试试验，传感器在0.5~55 Hz这个频率范围内平坦度好，固有频率为91 Hz，与有限元分析结果一致，灵敏度为1.94 nm/g，线性度为99.99%。其纵向灵敏度远优于横向灵敏度，具备较强的横向抗干扰能力。

气溶胶是目前大气污染重要的贡献源之一，影响着全球辐射平衡和气候变化。当前主被动遥感卫星(如MODIS和CALIPSO)获取全球气溶胶信息时间分辨率较低，而全球再分析数据MERRA-2提供了高时间分辨率的三维气溶胶分布信息，但是MERRA-2气溶胶产品的质量仍然有待验证。针对上述问题，通过对MERRA-2和CALIPSO的三维消光系数廓线进行交叉对比，验证了MERRA-2在中国中东部(特别是重人为污染区域)的数据精度。实验结果表明，MERRA-2和CALIPSO的消光系数整体具有较好相关性(0.79)，其中二者在秋季相关性最高(0.82)，夏季和冬季次之(0.81和0.80)，春季相关性最低(0.77)。随着高度的不断增加，大气更为洁净，MERRA-2和CALIPSO之间相关系数从0.78降为0.52，标准差从0.0280降为0.0014。上述结果表明，MERRA-2在重污染情况下能提供更为准确的气溶胶三维分布信息，同时MERRA-2和CALIPSO消光系数的一致性受气溶胶类型的影响不大。

瑞利多普勒激光雷达可对平流层和中间层大气的水平风速和温度进行连续观测。中国科学技术大学最新研制的瑞利测风测温激光雷达增加了多普勒频率校准装置，可实现对晴空天气下15~70 km大气的水平风速和温度的高精度观测。分析了该激光雷达系统2018年9~10月在我国西北部地区的水平风速和温度连续观测数据，通过提取风速和温度扰动、频谱分析、重力波模型参数拟合及Hodograph分析，计算重力波的垂直波长、固有周期、水平和垂直传播方向等参数。从224 h的观测数据中共计提取到重力波384个波次。在这些重力波事件中，53.9%的垂直传播方向为向上。风速和温度的波动幅度分别集中在10~20 m/s和10~20 K，70%以上的垂直波长在5~10 km范围内，极少出现15 km以上的波动；水平波长在100～200 km左右，固有周期<5 h的波动占比较大，水平传播方向以西偏北20°和东偏南20°的相向的方向为主导。

运用微脉冲激光雷达对气溶胶的垂直分布特征进行遥感观测逐渐普及，但传统观测往往局限于固定站点，无法反映区域内气溶胶整体分布情况。该研究以石家庄市为中心，运用车载便携式激光雷达对城市内部及其周边区域开展大气环境立体走航观测，绘制出气溶胶三维空间分布信息。结果表明：(1) 该地区大气污染受地形影响，西侧太行山阻断了汾河盆地的气溶胶输送，气溶胶于太行山东麓的山前低地汇聚，向东至广阔的平原扩散开；(2)石家庄东北至南部形成气溶胶汇聚区，其聚集程度由东北向南逐渐增强，此外太行山与燕山走向的西北部分的清洁区与污染汇聚区有明显分界；(3)石家庄市区外环线的气溶胶垂直扩散能力强、颗粒物不规则度较高，可能存在多源混合，市区气溶胶聚集高度的空间方位差异可能由污染源分布的不均衡所致。

移动激光雷达测量系统各测量传感器间的时空配准技术是整个系统设计的核心，其中时间同步问题尤为关键。针对惯导系统与激光雷达和全景相机之间的时间精确同步问题，结合北斗导航授时系统提出自行设计时间同步装置的方式，对集成激光雷达、惯性导航系统、全景相机等测绘传感器的车载测量平台，提供时空配准信息。以拥有全自主知识产权的车载移动测量系统为研究对象，通过该系统采集点云数据，使用设计生产的时间同步装置和编制的上位机软件与北斗卫星导航系统结合进行精确授时。最终时间同步精度达到了0.1 μs，验证了时间同步装置设计方法的可行性。

2017年11月1日~2018年5月15日在济南市泉城广场空气质量监测点位开展微脉冲激光雷达水平探测，实验期间能见度、常规污染物浓度以及PM2.5化学组分同步观测，定义能见度仪所在处为参考层处，采用Fernald方法计算水平气溶胶消光系数，进一步利用线性回归模型建立PM2.5浓度、消光系数、PM2.5化学组分之间的关系式，通过趋势比对、相关系数和标准化平均偏差研究该关系式的反演精度。结果显示：结合能见度仪反演消光系数更为准确；反演的消光系数与PM2.5质量浓度之间具有较好的正相关关系(相关系数R=0.75)，同时消光系数、PM2.5质量浓度均与PM2.5化学组分中的SO■■、NH■■ 、OC、NO■■、EC有较高的相关性，利用线性回归模型建立PM2.5浓度、消光系数、PM2.5化学组分之间的关系式，该定量关系式反演的PM2.5质量浓度与实际监测值在趋势上基本一致，二者相关性较好，相关系数为0.83。标准化平均偏差为18%，相对偏离程度较小。

多光谱全波形激光雷达可同时获取隐含光谱信息在内的全波形综合信息，波形分解是影响多种回波参数反演精度的关键技术。提出了一种适用于多光谱激光雷达数据的波形分解方法，对各个通道灵活选择拟合子函数，充分利用多个通道之间的空间相关性，实现对目标的空间位置和光谱信息的精确提取；建立了光谱空间和RGB色彩空间之间的映射关系，实现目标的三维色彩重建。实验测试结果表明：该方法有效克服了环境光干扰，可实现全天时的目标三维色彩重建。通过与现有方法比较，误差标准差和决定系数R2这两个误差评估指数均验证了所提出的方法具有更高的测距精度和色彩信息反演精度。另外，实验结果验证了实验测试结果表明：该方法可实现全天时的目标三维色彩重建，有效克服了弱回波信号丢失、环境光干扰等影响，通过设定最佳脉冲累积数可有效提高兼顾了目标的测距精度和色彩信息反演数据处理精度和扫描效率。未来可通过优化激光探测波段，将该方法拓展到其他激光雷达系统上，进一步提高目标三维色彩重建精度。

基于单光子雪崩二极管(Single-photon avalanched diode，SPAD)阵列探测器的激光雷达系统具有单光子探测灵敏度、高时间分辨率及探测速率快等优点，在遥感测绘、目标识别和航天器着陆等领域具有广泛的应用前景。受限于当前SPAD阵列器件的较小像素规模和普遍存在的热像素等缺点，直接采用SPAD阵列所获取的三维图像质量差且成像范围小。提出了一种基于像素复用的SPAD阵列连续扫描三维成像方法以扩展成像范围，同时通过像素信息复用增加同一目标点的累积探测次数，以提高距离测量精度和三维成像质量。基于32×32规模SPAD阵列搭建了推扫式三维成像实验系统，通过对3.3 m外目标进行一维连续扫描成像实验，利用所提方法实现了快速大范围的光子计数三维成像(32×520/7 s)，同时有效改善了热像素对成像结果的影响，三维图像的平面精度达2.3 mm。

飞秒光频梳具有超宽光谱范围、超窄脉冲宽度以及超稳脉冲序列间隔的特点，不仅可以利用时域的周期脉冲实现大尺度范围的飞行时间测距，还可以利用频域的相干谱线获得高精度的干涉信息，在大尺度、高精度的绝对距离测量领域能够充分发挥其优势。系统测量得到目标距离与系统参数及大气环境要素密切相关，大气环境要素通过折射率影响测量得到的光程。模拟仿真以上因素对测距精度的影响十分必要。选择了双光梳法作为高精度测距技术方案，详细推导并模拟仿真了系统参数和大气环境要素对测距精度的影响程度。模拟仿真结果表明：随着重复频率的增大，重复频率的抖动对测距结果的影响将减小；减小两光梳间的重复频率差可以提高测距精度；大气环境温度抖动对测量距离的影响为1 ?滋m/(m·℃)；大气压强抖动对测量距离的影响为2.6 ?滋m/(m·kPa)；大气湿度对测距的影响较小,为高精度的双光频梳距离测量实验系统提供了理论指导。

激光雷达作为大气主动遥感探测的重要手段之一，被广泛用于气溶胶和云层探测。基于简单多尺度层检测算法，通过添加尺度个数阈值，提出了一种在时均可提高云底反演高度准确性的云检测算法。该算法通过仿真云层内部多峰时的回波信号，得到了最优化尺度个数阈值范围；同时通过添加特征段合并有效减少了单层多峰情况下的漏判。分别使用微分零交叉法、简单多尺度法和改进后的算法对532 nm米通道激光雷达在2019年5~7月探测的20组探测时长75 min以上、结构稳定、时序上无突变的有效数据进行检测，并以微分零交叉法的云底高度为准，通过改进算法得到的均方根误差平均减小32.65%，不确定度平均减小33.80%，验证了改进算法在提高云底高度准确度上的有效性。

压缩光子计数雷达是光子计数激光雷达技术与单像素成像技术的结合，具有低成本、超高灵敏度等优点，但在进行高分辨率成像时，需要大量的测量和迭代计算进行重建，导致所需成像时间很长。当前的研究热点深度学习压缩重建网络被证明可避免迭代运算实现快速压缩测量重建，但已有文献报道的深度学习压缩重建网络，采用传统的图像处理数据库的无噪声图片或在图片上加高斯噪声进行训练网络，网络应用于实际的压缩光子计数雷达系统，性能有待进一步验证。自主设计了基于FPGA的同步控制测量模块，搭建出压缩光子计数雷达系统，提出了基于蒙特卡洛模拟压缩光子计数雷达系统的方法来制作训练数据，并设计深度学习压缩重建网络DFC-Net进行采样和重建联合优化。实验结果表明：在10%、15%、20%、25%、30%采样率下，DFC-Net重建性能优于现有的重建网络Dr2-Net和传统的压缩重建算法TVAL3。

有效探测海洋物质垂直分布，对开展海洋生物地球化学循环过程研究、维持海洋生态健康和资源利用都起到至关重要的作用。相比于其他探测技术，激光雷达探测海洋物质，具有全天候、时空分辨率高、能够快速、高效地获得其垂直分布信息的优势。基于不同的探测机制，通过对其国内外海洋激光雷达应用情况的分析，涉及海水浊度、叶绿素浓度、CDOM、以及鱼群和浮游生物群落分布等多个方面，对目前激光雷达技术探测海洋物质垂直分布时存在的问题进行讨论，进而对该技术的发展趋势总结出若干观点。

为了研究CCD光束成像技术探测臭氧浓度廓线有效探测距离及反演方法，设计了一台硬件探测系统。该系统选用266、280 nm两个波长的连续激光作为差分吸收的光源。基于激光功率、曝光时间、CCD有效接收面积、气溶胶的浓度和臭氧的浓度等主要参数，对探测信号的信噪比进行数值仿真。假设气溶胶分为清洁、污染和重污染三种情况，臭氧浓度分为低和高两种情况，仿真结果表明：在探测误差小于10%的情况下，低臭氧浓度时三种不同气溶胶的条件下，有效探测距离皆大于2 km；高臭氧浓度时，在清洁型和污染型的气溶胶条件下，有效探测距离仍大于2 km，重污染条件下的有效探测距离为1.7 km；臭氧浓度的反演结果与假设高度廓线基本一致。仿真结果有利于了解臭氧浓度廓线探测的CCD光束成像系统的最优参数设定，进而实现对臭氧浓度廓线的有效探测。

量子点光谱技术的“光谱重建”过程中需要使用基函数构建回归模型。传统的重建方法对光谱高频信息的捕捉不足，反演精度低。针对传统方法的不足，提出一种特殊的基函数结构，使得基函数方便拟合待测光谱的低频宏观轮廓信息和高频微观细节信息。同时，还将研究这种基函数参数的调节规律，使基函数的参数可以做到自适应调节，为每个光谱“量身定制”个性化的基函数，最大限度的包含待测函数的频率信息。经测试，对于窄带和宽带光谱，该方法反演误差分别是传统方法误差的约50%~70%和约90%，且具有一定的抗噪声能力，为量子点光谱技术真正走向实用化打下基础。

全波形数据是高分七号卫星激光测高仪的核心数据之一，采用高分七号卫星激光测高仪的多轨实测数据，依靠波形背景噪声、峰度和偏度、信噪比和高斯特征参数等质量评价参数对波形数据进行质量评价，利用高斯分解后的建筑物高度计算、地表面坡度反演对波形数据地形地物特征提取方面的潜力进行分析。实验结果显示，试验区回波数据的总体可用率为72.59%，发射波形和回波波形数据质量良好且稳定，信噪比略优于ICESat/GLAS；针对波形数据中的“平顶”、“负冲”现象给出了初步的处理方法，结合高低增益组合模式优化波形数据选择；波形数据可以很好的反映地物地形特征，不同地物特征的回波波形展现出相应的波形特征，由波形数据反演出的建筑物高度精度可达分米级，相关结论对高分七号卫星激光测高数据应用具有参考价值。

Geiger mode Avalanche Photo Diode(Gm-APD)激光成像雷达三维重构算法的目标检测率、目标还原度等受预处理影响较大，不适当的预处理会导致目标缺失，信噪比降低。预处理通常使用高斯函数或双高斯函数进行卷积，滤波函数中不合适的方差同样会导致目标复原度变低。针对此问题，分析双高斯函数预处理方差组合对探测概率的影响，同时通过Monte Carlo仿真，分析固定激光能量下，固定帧数、不同背景噪声的最佳方差组合变化。拟合得到不同背景噪声水平下的最佳方差模型。最后使用真实实验进行验证，方差模型求得的最佳方差组合可达到实际90%以上最佳目标还原度。该模型对于实际信号处理具有理论指导作用。

为了解决红外电力图像中绝缘子所占比例较小，背景复杂导致绝缘子漏检和定位不准的现象，提出了基于特征选择YOLOv3网络的检测方法。所提出的方法在金字塔形YOLOv3网络的自顶向下采样过程中加入了金字塔特征注意网络。金字塔特征注意网络基于网络高层语义特征图计算特征权重矩阵，并使用该特征权重矩阵过滤掉网络低层细节特征的冗余。最后，将经过特征过滤后的低层特征图和高层语义特征图串联在一起，得到既有精确的绝缘子细节信息又有丰富高层语义信息的特征图。实验结果表明，所提出方法的检测效果要优于原有YOLOv3网络且保留了原有网络实时性好的特点。

多普勒测风激光雷达是一种有效的具有高时空分辨率的遥感测风仪器。然而，由于雨滴反射的干扰信号，在雨天条件下进行精确的风廓线测量是一个挑战，但是这也为探测降雨提供了一种可能。在这项工作中，一台垂直指向的1.5 μm全光纤相干多普勒激光雷达被应用于风和雨的同时探测。由于相干多普勒激光雷达能够进行精确的频谱测量，因此在下雨天，它可以同时检测到气溶胶和雨滴的回波信号。具有速度差异的气溶胶和雨滴的回波信号会导致多普勒频谱出现两个峰值，从而可以根据频谱宽度来识别降雨事件。通过双高斯模型拟合多普勒频谱，可以获得两个速度，分别为风速和雨速。与微雨雷达结果的对比验证了多普勒激光雷达探测降雨的能力，同时也降低了多普勒激光雷达在雨天条件下风速的错误探测概率。

随着目标检测技术在电力巡检任务中的不断推广，对电力巡检采集的各类图像进行自动分析已成为当前电力企业研究的热点方向之一。传统目标检测方法大多建立在机器学习技术之上，在复杂场景下的检测精度有待进一步提高，而基于图像的深度学习方法由于具有理想的检测精度及环境适应性被广泛应用于电力巡检目标检测。针对电力巡检复杂场景下采集到的图像质量差、背景复杂、对比度差等问题，提出了融合图像方向梯度直方图的区域卷积神经网络(HOG-RCNN)的红外图像目标检测方法，在图像进入RCNN网络之前对输入图像进行HOG特征提取，辅助RCNN实现候选区域的选取。算法实验表明，所提方法的检测效果优于单独的RCNN网络。

行人检测技术是智能监控系统、智能交通系统、机器人和汽车安全等计算机视觉领域的研究热点。由于在视频场景中人体的位置、角度、穿着等都是复杂多变的，对检测精度有很大影响。通过对统计特征变换直方图(CENTRIST)的优缺点分析，提出了一种新的人体检测特征——三值统计特征变换直方图(T-CENTRIST)。T-CENTRIST一方面考虑了每个像素与其邻域像素之间的关系。另一方面也考虑了这些邻域像素之间的相关性度量。相比于CENTRIST，T-CENTRIST方法能更充分、更准确地反映行人的轮廓。其次，文中提出了一种基于T-CENTRIST特征的红外图像行人检测框架，引入了扩展块和整体图像的思想。最后，实验结果验证了所提出的行人检测方法的有效性。