考虑偏振成像探测技术在目标探测中具有独特优势, 本文介绍了偏振成像探测技术的概念, 概括了国外偏振成像探测技术的研究历程和发展现状。基于上述描述, 针对偏振成像探测的关键技术进行了深入的讨论, 包括目标偏振特性、信道环境下的偏振传输特性和偏振成像目标全偏振图像的获取等。最后总结了该研究领域存在的主要问题, 归纳了偏振成像探测技术的发展趋势。

介绍了天基激光**系统的概念、组成、应用和关键技术, 分析了激光对目标的杀伤程度, 并给出了相应的参考阈值。针对系统的关键问题提出一些解决方法, 包括高能激光器的研制和种类, 大口径反射镜研制技术和结构形式, 以及天基目标捕获跟踪瞄准(ATP)系统精度的影响因素和提高精度的方法。通过对天基激光**系统发展的研究, 为该系统的进一步发展和精度的提高提供研究方向和理论基础。

从斯忒藩—波尔兹曼定律出发，阐述了红外隐身的基本原理，分析得出实现红外隐身的几种方法。介绍了红外隐身材料的作用机理，指出了目前这些材料存在的主要问题，然后描述了红外隐身技术在**上的具体应用和研究进展，总结了红外隐身技术的未来发展趋势。最后，指出今后的研究将主要在以下两方面展开：一是寻求全波段多隐身技术的兼容；二是对现有方法进行改进并探索新的红外隐身方法。

针对表面改性SiC基底反射镜在空间光学系统中的应用, 总结了该类反射镜在国内外的研究现状。概括了碳化硅基底反射镜的发展趋势。介绍了常用的碳化硅材料, 分析了它们的性质。给出了几种常用的碳化硅镜坯制备工艺, 包括成型、改性和不同的抛光技术。通过对国内现有加工工艺和改性技术的分析, 总结出了适应我国的表面改性碳化硅反射镜加工的发展方向。

针对开展环境空气中的痕量污染气体监测研究的需求, 综述了目前应用较广的光谱遥感监测技术。阐述了利用光学遥感技术监测大气环境的工作原理, 详细介绍了几种主流的大气监测技术, 包括傅里叶变换红外光谱技术, 差分吸收光谱技术, 激光长程吸收技术, 可调谐激光二极管吸收光谱技术, 差分吸收激光雷达技术, 指出了上述监测方法的特点并对它们的优缺点进行了分析与比较。

为获得高质量视频输出序列, 电子稳像技术常被用来去除成像设备所摄取的图像序列中的随机抖动。本文首先介绍了电子稳像的国内外发展现状。然后, 从电子稳像技术中的运动估计模块出发, 描述了国内外近年来出现的直接求取运动估计算法以及各种基于特征点匹配的运动估计方法, 并对运动校正和运动补偿模块的算法进行了评述。最后综合分析了稳像算法的难点以及未来发展趋势, 提出基于特征匹配的电子稳像技术的发展方向。

针对由相机与所摄景物之间发生相对位置移动所导致的图像运动模糊, 提出了一种鲁棒的基于单幅运动模糊图像的盲反卷积算法。该方法首先通过预测图像中的较强边缘信息, 实现用简单、易于求解的优化问题在傅里叶域中快速、准确地估计出点扩散函数。然后利用得到的点扩散函数, 使用基于梯度约束的非盲反卷积算法复原清晰图像,同时采用一种新的边缘保持滤波器—导引滤波来消除噪声并抑制振铃效应。实验结果表明: 本文的算法能够快速地从单幅运动模糊图像复原出具有清晰边缘和纹理的高质量图像, 并且运算时间不超过20 s。

为了提高高光谱图像空间维的图像分辨力, 针对航空遥感器成像时由前向像移造成的图像模糊提出了像移补偿方法。分析了航空遥感器前向像移造成图像模糊的退化机制, 对运动模糊图像进行了预处理; 估计了点扩散函数和噪声功率, 使用改进的维纳滤波算法对图像进行复原并以绝对平均误差、峰值信噪比作为评价标准进行了实验。在估计出模糊图像点扩散函数和噪声功率的情况下得到的结果显示: 与传统的维纳滤波复原算法相比, 改进的维纳滤波复原算法的图像绝对平均误差降低了931%, 峰值信噪比提高了1398%, 表明提出的算法能够有效改善高光谱图像的像质。

以超光谱遥感图像为研究对象, 分析了干涉成像光谱仪获取图像的谱间和空间相关性, 提出一种三维差分脉冲编码调制(DPCM)无损压缩方案。首先进行了谱间DPCM预测; 然后, 对残差图像进行帧内DPCM预测; 最后, 对差分码流进行二值自适应算术编码。实验表明, 该算法可实现无损压缩, 压缩比平均可达1662, 较二维整数小波变换算法提高了156%, 且算法复杂度较低, 仅有加减和移位运算, 易于硬件实现。

为了提高外场实验中远距离测量激光光斑位置的精度, 提出利用盲解卷积技术对光斑图像进行事后复原来削弱大气湍流对光斑成像的影响。首先, 介绍了经典盲解卷积算法, 分析了其不足之处, 并提出了一种改进的盲解卷积算法。为了提高目标函数的收敛性和收敛速度, 在TV(Total Variation)目标函数加入惩罚项, 并对交替迭代法进行改进。然后, 用数学方法证明了改进的盲解卷积算法的收敛性。最后, 进行了仿真实验。与传统算法相比, 用改进算法恢复的图像信噪比至少提升了15%。文中给出了外场试验图像的实际复原效果。

分析了中值滤波及其改进型算法在处理高密度椒盐噪声时效果不理想的原因, 采用变分修复方法来去除高密度椒盐噪声, 基于现有的全变差修复模型提出了非局部全变差修复模型。 该模型利用椒盐噪声特点(均匀分布、灰度值为0或255), 将噪声点看成是图像中遗失或是破损的点, 首先在图像中寻找与噪声点邻域相似的区域, 将相似区域的中心像素作为噪声点新的邻域然后对其插值, 把图像降噪问题转化为图像修复问题, 从而达到去除高密度噪声的目的。实验结果表明: 该模型对噪声密度为90%的彩色和灰度图像去噪后, 其峰值信噪比为2285和2877, 在客观评价标准方面优于中值滤波及其改进型算法。该模型能有效去除高密度下的椒盐噪声并较好地恢复图像细节, 为图像去除高密度噪声提供了一种新的途径。

采用可交换Clifford代数对彩色图像建模, 充分利用彩色图像作为一个整体所具有的潜在颜色信息, 实现彩色图像各颜色分量的并行处理, 可完成彩色图像的整体处理。本文分析了彩色图像的表示方法, 系统研究了一类可交换Clifford代数—Clcom2, 定义了Clcom2上元素的四则运算规则、单位元、逆元、共轭、范数等。给出了基于可交换Clifford代数的彩色图像表示方法, 并介绍了一个Clcom2架构下的彩色图像处理实例: 彩色图像边缘检测。与传统的四元数彩色图像表示方法相比, 本文所提出的方法最大限度地去除了数据冗余, 其算法复杂度也大大降低。结果显示, 基于可交换Clifford代数的彩色图像表示方法可以应用到彩色图像处理中。

针对在雨雾霾天气条件下, 大气介质的散射和吸收作用导致光电成像系统接收的图像对比度降低, 细节模糊不清及颜色偏移, 提出通过快速图像复原来解决此类图像退化问题。基于大气成像光学模型, 在暗通道先验的理论基础上, 提出了一种基于形态学滤波器的快速估算暗通道图像的方法, 并采用参数自适应调整方法来抑制暗通道先验不满足时的大片天空/白墙区域的颜色失真现象。实验结果表明, 该算法能够有效快速复原雨雾天气条件下的降质图像, 对于600×400大小的图像, 其Matlab复原仿真时间仅为04 s, 复原后的图像主观视觉质量明显提升, 其大片天空/白墙区域的颜色失真得到有效抑制。

根据太阳电池阵激光防护膜性能优化的需要, 应用离子辅助电子束双源共蒸工艺方法制备了优化设计所需的特定折射率的薄膜材料并用于制备激光防护膜。测试结果显示: 用该工艺方法制备的掺杂材料薄膜的折射率n=175, 与优化设计所需数值相符; 激光防护膜性能优良, 太阳辐射能透过率提高6％以上, 实现了对该激光防护膜性能的进一步优化。为了使该双源共蒸方法适于大面积薄膜的制备, 应用均匀性挡板技术来提高该方法制备大面积薄膜的膜厚均匀性, 使制备的掺杂材料薄膜在口径为400 mm时的不均匀性小于21％。该双源共蒸方法制备工艺简单、可靠, 适于实际工程应用。薄膜性能测试结果与理论优化结果相符, 达到预期优化目标。

在模拟球面元件曲率半径的仿面形夹具上镀制了AlF3单层薄膜, 并对不同口径位置上的薄膜进行了比较, 以表征球面元件表面镀制薄膜的光学特性和微观结构。首先, 采用紫外可见光分光光度计测量了不同口径位置上薄膜样品的透射和反射光谱, 反演得出AlF3的折射率和消光系数。然后, 使用原子力显微镜观察了样品的表面形貌和表面粗糙度。最后, 使用X射线衍射仪对薄膜的内部结构进行了表征。实验结果表明: 在球面不同位置镀制的AlF3单层薄膜样品的光学损耗随着所在位置口径的增大而增大。口径为280 mm处的消光系数是中心位置处消光系数的18倍, 表面粗糙度是中心位置的177倍。因此, 球面元件需要考虑由蒸汽入射角不同带来的光学损耗的差异。

根据机载光电平台的特点, 建立了6个坐标系统, 进行了8次线性变换, 构建了从光电平台成像系统像面坐标系到大地地理坐标系的目标定位数学模型。计算了目标在大地地理坐标系的经纬度和高程坐标, 分析了各种测量参数对目标定位精度的影响。通过建立误差模型和仿真数据进行目标定位实验,采用蒙特卡罗方法统计目标定位误差。实验结果表明,载机经纬度误差、载机姿态角度误差及光电平台指向角度误差是影响目标定位精度的主要因素,其中载机经纬度误差直接传递到目标定位误差, 载机姿态角度误差和光电平台指向角度误差大体上以10-4~10-2比例作用到目标定位误差。本文方法有效可行, 对机载光电平台目标定位具有实用价值。

根据空间应用电子设备的热控要求, 对空间光学遥感器的控制电箱进行了热控设计。首先, 总结了空间电子设备的热设计原则。针对空间光学遥感器控制电箱介绍了相应的热设计流程, 对典型的大功率器件进行了温差推算, 并说明了电箱的各电路板和大功率元器件的热设计方案。最后, 通过热分析和热试验手段对热控电箱的热控方案进行了验证。试验结果表明: 控制电箱的整机稳态工况热平衡温度小于30 ℃, 各元器件的最高壳温在542 ℃以内。结果验证了该设计方案完全满足设计指标要求。

对将运行于日-地L1点的太阳观测器进行了热设计, 重点论述了日-地L1点的轨道外热流计算和Lyman α日冕仪(LACI)反射镜M2光阱、Lyman α日冕成像仪(LADI)滤光片组件、CCD组件、电箱、观测器主体等部分的热设计方案。通过在探测器对日面设置集热板, 将观测器的主动加热功耗降低了73%; 选用预埋热管的设计方案解决了对日定向观测导致的框架温差问题。仿真分析结果表明, 在对日高温工作、对日低温工作、低温存储、轨道转移等4个极端工况下, 观测器各组件温度均满足指标要求。该热设计方案以较低的加热功耗, 解决了太阳观测器在轨工作阶段的散热、轨道转移阶段的保温等问题, 满足CCD焦面工作温度＜-50 ℃的要求。

为实现多光谱TDI CCD的高速高信噪比成像, 利用可空间应用的多光谱TDI CCD传感器研制出了高性能成像电路系统。该系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心逻辑单元, 带有RS422外围通信控制接口, 并采用CAMERALINK接口输出图像数据。系统具有动态推扫成像的能力, 可同时输出全色和彩色两种模式的图像数据。利用灰度条纹的靶标对传感器的3个多光谱(R、G、B)感光区标定白平衡, 利用彩色条纹的靶标对系统进行成像测试, 在驱动频率为15 MHz的情况下, 系统单片CCD输出的图像数据率达到12 Gbps。试验结果表明, 获取全色图像的信噪比达到了5356 dB, 各多光谱图像的信噪比较高的也在40 dB以上, 满足空间对地高分辨多光谱遥感成像的技术指标要求, 对高速空间多光谱遥感相机的研制具有借鉴意义。

研究了空间相机调焦机构的运动同步性误差对成像质量的影响。针对某型空间相机的大尺寸焦面调焦机构, 分析了运动同步性误差产生的原因。按照其光学系统参数计算得出当系统光学传递函数下降不超过5%时, 调焦机构运动同步性误差的最大允许值为002 mm。针对其采用的调焦机构, 推导出运动同步性误差计算公式, 并计算得到该调焦机构的最大运动同步性误差为0015 mm。最后, 对该调焦机构进行了实际测试。测试结果显示, 该调焦机构的运动同步性误差在振动实验前后分别为0012和0013 mm, 表明该机构的运行非常稳定。理论分析以及实验结果证明了该调焦机构完全满足应用要求。

应用于高重复频率、高功率193 nm准分子激光器会聚光路中的针孔空间滤波器, 除了需要考虑它的材料加工难易、厚度、针孔尺寸等因素外, 还需考虑材料抗激光损伤特性。本文利用激光损伤理论中一维热流模型对无限厚和有限厚不同金属样品在高峰值功率193 nm准分子激光器照射下的损伤阈值进行了分析。结果表明: 铝材料在厚度为12 μm处比其它金属的损伤阈值高, 可达116×1010 W/cm2, 且材料易于加工。利用聚焦离子束技术加工了航空铝材料样品, 得到了厚度为12和15 μm的针孔空间滤波器样品。扫描电镜观察其具有较好圆度和内壁粗糙度, 基本满足剪切干涉仪对针孔空间滤波器的需求。