分析了用于光纤陀螺的Y波导相位调制器的半波电压特性及其对光纤陀螺系统特性的影响，测试了温度和光源波长变化对半波电压的影响；阐述了Y波导调制器调制相位漂移对光纤陀螺系统特性的影响，测试了温度以及相对湿度变化对Y波导调制器调制相位漂移的影响。针对实验结果提出了改进Y波导制作工艺的措施。

针对电磁脉冲对太阳电池造成的损伤效应，通过器件电路联合仿真的方法，在建立硅太阳电池单元器件模型的基础上，分析研究了在阶跃脉冲电压的注入下，太阳电池性能的退化情况。结果表明：在电压幅值一定时，上升时间存在一临界值，当上升时间大于这一临界值时，太阳电池的性能退化是可恢复的，小于这一临界值时，太阳电池短路电流和开路电压将迅速衰减，填充因子也随之减小，电池部分失效甚至全部毁坏。在上升时间一定时，不同幅值的电压都会使得电池的短路电流和开路电压下降，但相对于开路电压，短路电流的下降并不显著，当电压幅值大于某一值时，开路电压下降趋于加快，随着电压幅值的不断增加，太阳电池将被击穿，从而完全失效。

使用纯相位空间光调制器编码线性相位掩模，实现了联合菲涅耳变换相关器。为分析空间光调制器相位调制误差对相关器相关性能的影响，数值模拟了不同相位调制误差下的相关输出，结果表明相位调制误差越大，相关器相关峰值越低，且相关峰半高宽越大。与双光楔联合菲涅耳变换相关器进行了实验对比，由于空间光调制器的相位调制精度低于光楔器件，实验结果表明双光楔联合菲涅耳变换相关器具有更高的相关峰值和更小的半高宽，与数值模拟结果相符。

为改善普通马赫曾德尔干涉仪(MZI)滤波器的输出性能，采用将双微环谐振器与马赫曾德尔干涉仪相结合，设计出一种新的滤波器结构。采用信号流程图理论分析得出该结构的传递函数，并对输出端口的透射谱进行数值模拟分析。仿真结果表明，与普通马赫曾德尔干涉仪滤波器相比，当选择合适的耦合系数，双微环谐振器辅助马赫曾德尔干涉仪滤波器的透射谱顶部平坦，形状类似于方形，自由光谱范围达到了19nm，锐度因子为1.16，消光比为54dB，品质因子为94.5，滤波性能得到较大改善。详细研究了耦合系数和微环半径对滤波器输出性能的影响。

研究了含各向异性左手材料的劈形平面波导TE振荡模的传输特性。 首先，从麦克斯韦方程组出发，得到该模的色散方程、反射系数方程、传输系数方程以及功率损耗方程。然后，根据这些方程画出了相关特性曲线并对这些曲线进行了仔细分析，研究发现：(1)当模阶数m=0,1,2时，TE模的有效折射率具有较大的值，且随着波导长度的增加而快速减小；(2)TE0模具有超大的反射系数，最大值接近0.967；(3)TE0模传输系数总是小于等于1.2×10-3；(4)当劈形波导斜率k=0.01时，其功率损耗大于等于0.998，而且，当频率为5.0GHz时，功率损耗仍大于等于0.98。

设计了一种新型的小尺寸高速光电耦合器，器件采用单路集电极开路输出，注重空间的利用效率，以满足高速、小体积和高可靠性的要求。介绍了电路设计原理和结构参数设计，并进行了参数测试,结果表明器件满足设计要求。

在光子增强型热电子发射转换机制的理论基础上，研究了NaCsSb真空二极管在光照和加热条件同时作用下的表现。光电转换效率实验测试了在不同波长以及不同温度条件下，NaCsSb真空二极管的电流电压曲线和功率电压曲线，并计算了NaCsSb真空二极管的光电转换效率。实验结果表明，光照和加热条件共同具备时，NaCsSb真空二极管产生的功率约为仅提供光照条件时的两倍多。在同一波长下，加热时的真空二极管转换效率更高。

为了便于分析Y波导调制器残余强度调制的产生机理，提出一种Y波导调制器残余强度调制的测试方法。系统采用Spartan6系列的FPGA作为主控芯片，控制模数转换芯片ADS5560对经光电转换后的调制光信号进行采集，将采集到的数据打包后通过UART通信模式发送至PC机，获取Y波导调制器残余强度调制大小及波形信息。根据残余强度调制大小和波形信息分析模场改变引起的线性和杂散光与输出光的干涉两种机理产生的残余强度调制所占比例。测试结果表明，系统稳定性良好，对于Y波导调制器的开发有重要意义。

提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计及其制作方法。该种陀螺采用MEMS工艺制作而成，基底材料为肖特BF33玻璃，电极和谐振器均由单晶硅片加工而成，肖特BF33玻璃与单晶硅片通过阳极键合工艺键合在一起。介绍了该种陀螺的基本结构、工作原理，并进行了仿真分析，得出该种陀螺具有较小的频率分裂，表现出陀螺效应。最后，通过MEMS工艺进行了实际加工，得到了该种陀螺的实验样品。

利用光克尔效应和交叉相位调制效应，采用基于矩阵的主元素广义投影（PCGP）算法，提出了基于克尔晶体的频率分辨光学开关法（FROG）光学任意波形测量方案。建立了基于克尔晶体的FROG光学任意波形测量的理论模型，并对该方案进行了仿真研究，讨论背景噪声处理、门函数形状、门波形幅度对波形恢复的影响。仿真结果表明：该方案可以实现对光学任意波形的幅度和相位的准确测量；门脉冲采用矩形波形时，光学任意波形的测量准确性较高。

从倒置摆方程出发讨论了无扰动系统的相平面特征，并用Jacobi椭圆函数和椭圆积分解析地描述了带电粒子的电磁辐射；用多尺度法导出了扰动系统的频率响应、临界条件和一阶近似解，揭示了系统不可逆性、不稳定性和弛豫行为。用拉莫公式讨论了带电粒子的辐射强度。指出了适当调节参数可以保证系统的稳定性。

阐述了一种利用阳极键合技术加工的光纤法布里珀罗MEMS压力传感器的工作原理，建立了考虑阳极键合产生的热应力作用下边界固支的圆膜受外加压力的薄膜形变量公式。利用有限元分析软件ANSYS对与玻璃环键合后实际结构中的膜片在压力作用下的挠度变化进行模拟，采用麦夸特(LevenbergMarquardt)算法对模拟结果进行拟合修正，曲线拟合度达99.99%，得到了键合后实际结构中硅膜在外加压力作用下的形变量拟合公式。修正公式的曲线与实际ANSYS模拟所得数据拟合曲线的误差小于0.01%。该研究对膜片型光纤压力传感器的结构参数设计和广泛应用具有重要的理论指导意义。

基于多波耦合理论，利用Fortran编程软件，以TM模式为工作模式，对工作在太赫兹频段的开正弦槽同轴布喇格反射器的频率响应进行了仿真研究。研究结果表明，在高频高阶TM模式下，竞争模式和所需工作模式带隙之间的带隙重叠可以通过初始相位差的逐渐增大得到明显改善；频响特性曲线的残存旁瓣可通过加窗技术得到有效抑制；加正圆锥或者倒圆锥渐变波纹时，工作模式影响较小，竞争模式会相应地偏离中心频带，对带隙重叠的分离也有一定的影响。研究为同轴布喇格反射器在太赫兹领域以TM模式工作提供了可能性。

高的峰值平均功率比(PeaktoAverage Power Ratio, PAPR)是光正交频分复用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OOFDM)系统的一个主要缺点，选择性映射(Selective Mapping, SLM)法能有效降低高PAPR出现的概率，但它的计算复杂度较高。一些低复杂度的SLM方案能够有效地降低复杂度，但同时也降低了PAPR的抑制性能。为了平衡这两个因素，将低复杂度SLM方案与次优选择的思想相结合，文章提出了一种联合改进的PAPR抑制方案。在低复杂度方案中，通过将一个复频域信号分为两个实信号，再利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)的平移和反折性质将其重建成新的信号，以得到更多的备选信号，如此便能降低计算复杂度。然后，再结合次优选择的思想，选择PAPR最小的一路以得到最优的PAPR抑制性能。仿真结果验证了该方案的有效性。

提出了一种基于蚁群的新型按能需求路由算法（ARADE），针对移动网络节点剩余能量分布不均而导致网络生命周期短和蚁群算法收敛速度慢这两种缺陷做了相应的改进。存有路由信息的反向信息素表的引入简化了路由请求数据包的数据结构，将节点剩余能量、路径消耗能量以及跳数通过相应的影响因子归一化成一个参数作为路由性能评价值，以此来达到均衡整个网络节点剩余能量的目的。此外，迭代过程中信息素的最大值Γhigh可以当作参数进行一次自我迭代，使得当前节点维护在反向信息素表中的信息素值得到正反馈变化，从而加快整个算法的收敛速度。整个实验仿真是在NS2平台上进行，随着数据包的传输速率的增加，它的生命周期、平均能量消耗和端到端延迟都会优于AODV。

针对SpaceWire数据通信的特点，提出一种实现SpaceWire接口卡的方法。通过对SpaceWire总线技术和PCIe总线技术的研究，提出以RMAP_IP核为基础，利用 PCIe实现SpaceWire节点设备与星载主机的通信。重点介绍了SpaceWire接口卡硬件设计的方案，同时自主研制了驱动程序与应用程序对该方法进行了验证。实验表明：该接口卡具有设计简单、尺寸小、应用范围广，以及低功耗等特点，可以实现SpaceWire设备和上位机进行通信的功能，并可用来对SpaceWire网络通信状况进行实时监测。

为了提高系统的传输容量和传输性能，提出了基于高维调制的模分复用通信技术。通过搭建的基于高维调制的模分复用系统，仿真分析了4b4D和8b8D高维信号在不同光信噪比、传输距离和模式耦合系数条件下的传输性能，并与传统的谱效率相同的二维调制信号QPSK进行了对比。实验结果表明，在目标误码率下，4b4D信号和8b8D信号所需信噪比分别比QPSK信号降低了2和4dB，传输距离分别比QPSK信号增加了20和40km。可见，随着信号维度的增大，信号的抗噪声性能及抗色散性能越好。此外，实验结果表明模式耦合对误码率的影响也随着信号维度的增加而减小。

为了克服大气湍流对自由空间光通信（FSO）链路的影响，将LT码应用到FSO系统中，并结合基于部分信息LT码的修正转移鲁棒孤子分布(ISRSD)，模拟了不同大气湍流强度信道，采用不同的编码方案进行模拟比较，结果表明：与RS码相比，误码率为10-4时，LT码获得大约2dB的编码增益；相比于RSD，ISRSD能使译码开销降低1%~2%，且LT码采用ISRSD后，误码率为10-7时，系统获得0.2~0.5dB的编码增益。

针对目前靶场试验目标丢失后（特别是在发射阶段），红外经纬仪难以寻回的问题，提出了利用大视场红外凝视成像技术进行改善的方案。首先分析了靶场目标的最佳红外工作波段；其次，分析了大视场中靶场目标的成像和运动特殊性；最后，根据靶场的探测性能要求，论证了大视场红外系统的视场大小。综合多项因素，论证了视场角在57.4°~74.65°的大视场红外系统可满足靶场的探测需求，也可改善靶场试验目标丢失后难以寻回的现状，降低了漏警率。

杂散光抑制是提高星敏感器精度的重要手段，遮光罩的设计是抑制杂散光的主要途径。对星敏感器遮光罩进行设计，通过SolidWorks软件建模，绘制出遮光罩结构，将得到的结构导入TracePro软件中进行杂散光分析。设定材料表面的双向散射分布函数与光线追迹数目，在不同方位角度对1°~75°之间共16个离轴角度进行了光线追迹，得到系统的PST曲线。结果表明，和改进前的结构相比，PST值降低了一个数量级，且系统的杂散光抑制能力在离轴角30°时达到10-9量级。遮光罩内设计竖直挡光环结构有很好的杂散光抑制作用，使系统杂散光抑制水平得到较大的提高。

为提高星敏感器的星图预处理速度，减少嵌入式资源消耗，提出了一种并行流水线算法。剔除了星像点本身对背景噪声标准差（噪声水平）和均值两个特征值估计的影响，建立了是否开展滤噪的准则，确定了星图噪声的提取阈值，保证了质心定位精度。将星图缓存量降低至两行数据，用100个移位寄存器记录连通域标号，解决了嵌入式资源浪费和连通域溢出问题。仿真结果表明，50M速率输入的496×496星图流水处理完成后延迟10μs便可实时输出需要的亮星数据，使用的存储器和寄存器资源不到80kB。加入背景电平和高斯噪声后，在信噪比大于1的条件下质心精度优于1/23像素量级，验证了并行流水线的实时星图预处理算法的有效性，有助于提高星敏感器数据输出率及抗动态性能。

带有亮度逐点校正技术的LED屏更换点或模块后，需要修复全屏亮度一致性，针对其修复过程提出了一种局部亮度校正参量修正算法。采用该算法可快速计算出替换点或模块一致化校正参量，避免对全屏的重新校正。首先分析替换点像素的修正算法并更换模块的各个像素点的修正算法；然后通过PC机端软件定位处理点或模块，完成对更新点、模块的校正参量的局部修正过程；最后，利用该局部修正算法完成对LED显示屏亮度的一致化修正。经实测验证，局部修正方法与标准化方法在更新时间上，前者更快速和简便，且应用环境更广泛。

介绍了一种光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的应用。首先设计了贴片式的光纤光栅应变传感器，采用无胶化封装，具有良好的线性和重复性。然后搭建了基于非平衡MZ干涉仪的PGC解调系统，实现了船体应变信号的高精度实时解调。最后介绍了传感器的施工工艺和流程，并对传感系统采集到的结构应变数据进行了分析。研究成果对光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的推广应用具有工程指导意义。

针对旋转机械的故障自动诊断问题，提出一种基于经验模态分解(EMD)和频率辅助信号(FAS)的故障诊断方法。首先，利用滤波器移除非故障分量，通过实验采集各种故障下的特征频率，构建故障模型。然后，在实时故障诊断中，对光电位移传感器采集到的机械振动信号进行频谱分析，当主频接近一个特定故障的特征频率时，根据该特征频率构建一个FAS，并将其与振动信号进行叠加。接着，对叠加后的信号进行EMD，根据能量准则选择出主固有模态函数(IMF)。最后，通过三次样条插值法获得主IMF信号的包络，并获得包络谱的中心频率，以此对故障进行诊断。实验结果表明，提出的方法能够解决EMD的模态混叠问题，同时对故障的并发情况具有鲁棒性。

为提高车载激光多普勒测速低信噪比时的测速精度，同时保持较好的实时性，基于自相关检测算法在车载激光多普勒测速中的应用进行了理论与实验研究。从速度估计的克拉美罗下限（CRLB）出发，将自相关后信噪比与采样点数的关系和频域内信噪比估计相结合；不同原始信号的信噪比，可以选取最优重数和采样点数以便对信号进行自相关处理，从而减小计算量，实现系统信噪比和探测概率的提高。仿真和实验结果表明，在信噪比不低于-10dB时，二重自相关可以使系统速度估计精度接近CRLB。

针对传统自动曝光算法难以兼顾实时性和平滑性的缺点，设计了一种结合直接计算法和可变步长调节法的综合性算法，研究了算法原理，给出了算法流程。该算法可以通过改变步长参数，自由设定将图像亮度调节到目标亮度的时间，使其能够适用于各种不同的应用场合。在基于FPGA的CMOS图像采集平台上完成了算法实现，实验结果证明采用该算法可以使图像亮度快速平稳地接近理想亮度，成像效果很好。

影响大空间视觉三维坐标测量不确定度的主要因素有相机内参数、外部方位参数和特征成像质量。传统相机内参数校准方法需要参数模型化及全局最优化求解方法，会造成各内参数相关性过高，局部校准误差较大，对基于测角的测量方式不确定度影响较大、结合相机成像原理及垂线法，提出了一种基于物理参数校准的方法，对主点位置偏移、全视场范围非均匀镜头畸变等参数进行了精细校准。最后，以交比不变误差作为相机校准精度的评价方法，与传统校准方法的对比实验表明，该校准方法能够有效地提高测量不确定度指标，是一种简单、实用的校准方法。

从方法优化和电路设计入手，提出了基于片上系统（SOC）的复位方法和时钟复位电路。设计了片外按键复位电路、片内上电电路、晶振控制电路、片内RC低频时钟电路、槽脉冲产生电路、分频延时电路、时钟切换电路及异步复位同步释放电路等电路模块。以上电路模块构成了片上系统的时钟复位电路，形成了特定的电路时钟复位系统。该时钟复位系统将片外按键复位与片内上电复位结合起来，形成多重复位设计，相比单纯按键复位更智能，相比单纯上电复位则更可靠。另外，该时钟复位系统还采用了片内RC振荡时钟电路等一系列电路，借助片内RC时钟实现对芯片的延时复位，进而在保证复位期间寄存器得到正确初始化的同时，还使得芯片能够始终处在稳定的晶振时钟下正常工作。相比传统的时钟复位电路，该时钟复位系统既便捷，又保证了系统初始化和系统工作的可靠性。

针对红外图像对比度差、信噪比低、红外目标易被噪声干扰的缺点，提出一种自适应中值滤波和小波变换相结合的去噪方法。首先对图像进行小波变换，得到各频带子图像，对不同子图像采用不同的滤波模版进行自适应中值滤波，最后对图像进行小波重构，实现图像的去噪。将该方法与目前常用的去噪方法进行对比实验，结果表明，该算法简单有效，突出目标图像细节，可获得更好的图像视觉效果。

为了解决传统单通道仿生视觉成像系统应用场景受限的问题，提出一种基于可见光及近红外的仿生视觉成像技术。首先，对多光谱光学成像系统进行研究，设计了以棱镜为分光元件的同口径双通道成像系统，对目标物体进行初步成像。然后，利用基于Roberts算子的图像清晰度评价函数并结合自适应变步长搜索策略对目标物体进行清晰成像。最后，搭建了以液体变焦透镜为调焦执行机构的实验装置，验证仿生视觉成像系统及自动调焦算法的实际性能，实验结果表明：光学系统的成像质量可满足实际需求，同时，自动调焦算法完成一次调焦过程的时间仅为1050ms。