光纤陀螺测试中，随机游走系数的分析对陀螺整体性能的评价起着很重要的作用。分别介绍了分析光纤陀螺随机游走噪声的两种方法：Allan方差法和改进的Allan方差法。分别应用这两种方法，在对某型光纤陀螺(FOG)实测静态数据计算的基础上进一步分析了该光纤陀螺中的噪声分量，并对分析结果进行比较。最终计算结果表明：在增加计算时间为代价的前提下，改进Allan方差法能方便地区别出各种噪声，并明显提高了光纤陀螺各随机噪声游走系数的计算精度。

为实时获取光纤内光功率信号，基于LabVIEW虚拟仪器编程语言，采用USB总线技术，结合光接收机和NI数据采集卡USB-M6251构成的硬件平台设计了新型的高速采集系统。该系统克服以往光功率信号采集系统采样率低、单通道显示、界面交互能力弱、便携性差等缺点，实现了采样参数可控的双通道实时采集、显示、保存光功率信号等功能。该系统开发效率高，并通过实验证明其具有良好的人机交互能力，可靠性高，实用性强，能为各类光纤通信系统提供光功率信号监测功能。

从工程实用的角度出发，探讨了MEMS陀螺仪随机漂移误差的有效补偿方法。根据小波阈值去噪原理，结合多项式函数插值法提出了一种MEMS陀螺仪输出信号的有效去噪补偿方法，克服了传统软、硬阈值去噪方法的缺陷，通过对MEMS陀螺数据分析研究，验证了该方法对于MEMS陀螺输出信号滤波消噪的优越性。

在分析了现有带宽分配算法的基础上，结合已有算法的优缺点，提出一种新的区分业务等级的、保证服务质量的动态带宽分配算法。新算法动态确定轮询周期,分配给高优先级业务请求带宽,按权重对中、低优先级业务进行带宽分配，并考虑到了剩余带宽的再分配。经仿真验证：该方案充分保证了高优先级业务的带宽需求，考虑到了低等级业务可能分不到带宽的情况，体现了带宽分配的公平性，全面提高了上行带宽的利用率，提高了系统的服务质量保证。

采用长波160×120元非制冷焦平面阵列探测器，设计了工作于8μm～12μm波段折射式红外连续变焦光学系统，该系统具有大相对孔径，F数为1.2，变倍比10×，高成像质量等特点。系统使用锗和氯化钾两种普通红外材料，通过引入非球面校正系统轴外像差和高级像差，在中焦时采用平滑换根快速提高变倍比。系统在空间频率17lp/mm处，全焦距范围内调制传递函数（MTF）均在0.55以上，接近衍射极限；系统在接收半径17μm的探测器敏感元内，能量集中度大于72%，表明该系统具有良好的成像质量。

针对目前所使用的红外辐射强度测试系统的不足，提出双通道数字红外辐射计的方案，即在同一红外辐射计中设计两套相互独立的红外辐射强度测试通道，在红外辐射产品点火试验测试中，双通道测试同时工作，同时进行数据采集。用研制的双通道数字红外辐射计分别在室温（25℃）和低温（-15℃）条件下进行6次对比试验，结果表明：两系统测试的误差小于5%，双通道数字红外线辐射计两通道之间误差小于5％，原1905A测试系统出现2次漏测，双通道数字红外辐射计无漏测。

针对红外成像消噪的粒子滤波退化问题，提出正则粒子重采样算法。该算法从粒子群重采样获得粒子云(xjk，nj)mj=1，解决了粒子多样性消失的问题并克服粒子匮乏的现象；接着又通过添加辅助粒子v，将下一时刻观测值权值大的粒子进行标识，使粒子权值ωik∝p(xk｜yik-1)p(xk｜μik-1)更加稳定；给出了运动物体的红外成像消噪模型。实验仿真表明：正则粒子重采样算法通过添加辅助粒子使红外成像消噪效果好，成像清晰度在95%以上。

针对惯性约束激光核聚变诊断设备的精确安装瞄准问题，提出一种新的基于双光束交汇瞄准系统。瞄准指示光学系统采用里斯特显微物镜结构，物像距为180mm，放大倍率为10倍，数值孔径为0.25。机械结构设计采用二维指向可调、沿瞄准指示光学系统光轴可以移动的三维调整机构。系统整体占用空间锥角为28°，小于设计要求极限30°。分析了系统的瞄准误差，结果表明该系统的瞄准精度可达到25μm。该系统瞄准精度有望在激光核聚变靶室得到广泛应用。

为了实现高可靠、窄脉宽、高峰值功率激光输出，采用侧面泵浦技术和电光调Q技术，设计出一种激光二极管侧面泵浦电光调Q全固态绿光激光器。采用结构简单、紧凑的平-平腔设计，其端镜和输出镜均为平面镜，获得较稳定的侧面泵浦Nd∶YAG腔外倍频KTP脉冲绿光激光输出。当泵浦电流为120A，重复频率为600Hz时，获得脉冲绿光的最高输出平均功率为3.62W，1064nm到532nm的转换效率为15.3%，其脉宽为21ns，峰值功率为300kW, 单脉冲能量为6.01mJ。实验结果表明：该激光器稳定性可靠，输出激光脉宽较窄、峰值功率高。

为实时动态测量未知深度水下目标微弱后向散射信号，设计了一种新型的光电倍增管(PMT)选通变增益探测系统。采用给PMT外加选通和变增益纳秒电脉冲的方法，通过改变PMT光阴极与第一打拿极之间电势差，实现PMT选通；借助给PMT最后一个打拿极外加变增益高压脉冲改变PMT最后一个打拿极与前置打拿极间的电势差，实现PMT变增益。实验结果明：在选通和变增益脉冲到来时，阳极输出相应的脉冲信号，信号脉宽为40ns，脉冲幅值增大，证明该方法能够实现PMT选通和变增益。

鉴于多普勒测风激光雷达在航空航天、遥感遥测、气象观测等**及民用领域中的广泛应用，结合相干探测工作原理，介绍了国外几种典型波段相干多普勒测风激光雷达系统，重点分析了激光发射机/接收机、空间扫描、数据处理等关键技术，并对相干多普勒激光雷达的广阔应用前景进行了展望。指出国内相干多普勒测风激光雷达研究已取得的一些重要进展。

介绍激光指令制导和激光驾束制导的大视场激光接收机的设计原理，给出接收光场的数学模型，由斜入射平行光的衍射光场推出探测光学系统的视场角公式,根据1064nm大视场激光接收机技术要求，以聚光物镜型探测光学系统为例，探讨接收光学系统既须具备特大相对孔径,又须具备无晕接收性能的设计特点，采用窄带干涉滤光镜进行光学滤波降噪。给出一种适用于高重频(200kHz)工作的低噪声放大器的设计实例，介绍了低噪声放大电路的设计原理。测试结果表明：设计的大视场激光接收机的接收视场角≥±10°，、动态范围≥40dB，当放大器输出信号信噪比等于4时接收灵敏度Pmin=5.38×105W。

针对激光多光谱探测对多色激光光源的需求，提出利用外腔频谱组束技术获取多光谱激光探测光源的方法。报道了外腔2个大模面积双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器频谱组束的实验结果，获得了一种3dB线宽分别为29.3nm和11.52nm的可调谐双光谱激光探测光源。实验结果和理论分析表明：外腔频谱组束技术是一种获得多光谱激光光源的可行方法。

根据直升机驾驶员夜间飞行观察系统（NVPS)的特点，对NVPS的环境适应性设计、光电传感器选取以及控制系统设计等问题进行仿真分析与计算。在系统热设计中热像仪传感器通过传导、对流或辐射将热传递到壳体上，由系统采取统一的散热措施，给出NVPS中伺服系统的2个主要工作模式，即随动与锁定的控制回路原理。仿真和计算结果表明：设计的NVPS系统中光学系统焦距为14mm，f/#为1.9，瞬时视场为2.13mrad，透射比≥80%；NVPS稳定性能可达到0.1mrad，转弯速度为30°/s，机动飞行期间的锁定误差不超过0.1mrad，对头盔的位置随动误差不超过1.5mrad，系统随动速度可达到250°/s，角加速度可达到500°/s2。

通过不同材料、形状的空间目标模拟实验测量，研究了几种简单形状目标和卫星缩比模型的光学特性。结果表明：光源-目标-探测器的位置对目标的光学特性起决定作用，对于球体和柱体目标来说，光源和探测器的相位角是影响接收到光辐射的主要因素，而对于立体状目标，它的光学特性则与特定的入射角和观测角有关；对静止卫星而言，其光学特性主要受太阳能电池板对地夹角和观测面积的影响。该研究有助于实际观测数据反演空间目标的姿态，便于对空间目标特性数据进行归类和分发。

给出计算机辅助装调中失调量与像差关系的数学模型，利用Zemax对折轴三反射光学系统进行失调仿真，得到失调数据，再对数据进行分析和处理，求得次镜和三镜的灵敏度矩阵，还对各种初级像差与各装调参量之间的对应关系及该系统的失调特性进行讨论。根据以上分析结果，最终确定了共轴三反射光学系统的装调方案。为了验证方案的可行性,在Zemax中对共轴三反射光学系统人为地加入不同的失调量后,按照确定的装调方案，利用建立的计算机辅助装调数学模型计算出失调量的大小和方向,再根据计算结果对共轴三反射光学系统进行调整,仿真结果和实际装调结果都证明该方案是可行的。

针对爆炸物及其相关成分的感测科学和技术对于国土安全和国家防御有着至关重要的地位，对单质炸药环三亚甲基三硝胺（RDX）进行了太赫兹（THz）谱的实验测量和理论分析。利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）给出了这些炸药样品在0.2THz～2.5THz范围内的折射率和吸收系数。利用密度泛函理论进行的理论模拟与实验结果符合较好。结果发现，单质炸药RDX具有特征吸收峰，利用THz-TDS技术可以对单质炸药进行检测和识别。

利用LiNbO3晶体电光系数之间的关系，提出一种全新的温度不敏感偏振无关电光调制器。该调制器采用2块LiNbO3晶体紧密相贴的结构，2块晶体加同一横向电压，电极设计和制作相当简单，无偏振片，无偏振损耗。采用线性电光效应的耦合波理论对光在调制器中的传播进行研究，理论计算表明：光通过调制器后，其输出强度不依赖于入射光的偏振状态；另外，数值计算结果表明：当温度在-20℃到60℃之间变化时，调制器输出光强的扰动不超过1.5%。

结合反射系统中双反射和三反射各自的优缺点，提出一种特殊的两镜三反光学系统，给出其初始结构的确定方法。对其结构优化过程中，在系统次镜后加平面反射镜，将系统进行折轴处理，然后在折轴反射镜后加透镜来校正剩余像差。该系统初始结构中两反射镜组成的是一个无焦系统，在主镜发生2次反射后成像。分析该初始系统的缺陷，对补偿该缺陷并使其成像质量达到衍射极限的后续补偿系统进行了设计。应用该方法设计了焦距f=5000mm，F数均为5，全视场角分别为0.4°和1°的2个系统，从像质评价结果可以看出，系统成像质量接近衍射极限，具有长焦距、小尺寸等特点。

为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标，在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上，推导出以目标像点和像旋中心线距离作为补偿截距的周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法。通过对补偿截距与系统焦距的比值求反正切函数得到补偿角的绝对值，将目标像点和像旋中心点坐标转换到方位旋转坐标系下，并以转换后二者横坐标的代数差正负号作为补偿量的符号判据。该算法是在存在非线性大角度像旋情况下使目标像点逼近像旋中心线，与俯仰机构的向量角补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点。数学模型仿真验证了单次补偿能够将残差减小到1%左右，真实工况试验也验证了方位截距补偿算法的合理性。

设计了一种宽谱段大口径透射式摄影镜头，主要光学参数：焦距f′=200mm，口径D=160mm，视场角2ω=18°，光谱范围400μm～950μm。通过增加透镜个数，分裂厚透镜，选择具有相似色散特性的玻璃等方法将双高斯物镜复杂化，并且通过减小透镜通光口径消除部分边缘光线来改善像质。最终设计出的光学系统在空间频率30lp/mm时MTF 大于0.55，且各种像差都得到了很好地校正，像质均匀，满足宽谱段大口径摄影镜头的要求。

根据光波耦合方程及亮-暗孤子对解，对稳态情况下多束互不相干的光束在有外加电场的双光子非光伏光折变晶体中的传播进行分析，给出产生亮-暗双光子光折变屏蔽光伏孤子族需满足的条件。证明有外加电场双光子非光伏光折变晶体中存在非相干耦合亮-暗混合屏蔽孤子族，孤子族由偏振态和波长都相同的多束互不相干的光形成。当外加电场方向和晶体光轴方向相同时，双光子光折变晶体可支持亮孤子族总峰值光强稍大于暗孤子族总峰值光强的的非相干耦合亮-暗混合孤子族，当外加电场方向与晶体光轴方向相反时，双光子光折变晶体可支持亮孤子族总峰值光强稍小于暗孤子族总峰值光强的非相干耦合亮-暗混合孤子族。

利用ZEMAX光学工程设计软件，设计了一款500万像素的手机镜头。该镜头由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成，其光圈值F为2.85，视场2ω为60°，采用Aptina公司的一款500万像素7.94mm(1/3.2)英寸CMOS作为该镜头的图像传感器，该图像传感器的像素颗粒大小为1.75μm，截止频率为285lp/mm，即为奈奎斯特频率。设计结果显示，该镜头在奈奎斯特频率处，0.7视场以内的MTF值大于0.3，在奈奎斯特频率1/2处视场的MTF值均大于0.5，波前均方差(RMS wavefront error)小于0.1，畸变小于1%。

为实现旋转双光楔二维扫描的可控操作，利用几何光学和光的标量衍射理论，对双光楔的折光特性进行了数学分析。研究发现：绕固定轴以不同角速度旋转的双光楔可等效为一个折射棱角和主截面都变化的单光楔。以该双光楔系统作为衍射屏，对通过双光楔的光束在观察面的衍射光场分布作了理论分析，得到了夫琅和费衍射下，光束经转动双光楔在像平面上的衍射光斑随转角变化的规律：光斑的横坐标与两光楔转角正弦值的差成正比，纵坐标与两光楔转角余弦值的和成正比。

根据光束在介质中传输强度二阶矩计算公式，推导出部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输的M2因子解析表达式，并将高斯-谢尔模型光束在增益或损耗介质中的传输作为特例统一于一般表达式中。研究结果表明：部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输时的M2因子与光束传输距离、光束相干长度、光束阶数及介质的特性有关。光束在增益或损耗介质中传输的这种特性为应用和控制光束传输提供了理论依据。

针对传统的人工目测法在单兵匍匐行进姿态训练考核过程中存在的效率低、主观性强等问题，设计并实现了单兵匍匐行进姿态测试系统。系统采用红外收发器件和单片微型计算机系统组成主动式监测系统，对单兵运动姿态进行实时监测。针对户外红外干扰强的特点，设计了并行多路信号处理电路及光路调整装置，提高了系统的作用距离和抗干扰性能。从实际使用效果看，系统能够满足部队单兵匍匐行进姿态训练考核任务。

应用Matlab语言，结合博奇型计算全息的编码方法，利用计算机分别绘制了菲涅耳全息图和傅里叶变换全息图，实现了计算全息图的快速制作，讨论了制作计算全息图的原理、方法和步骤。利用CGH技术和数字全息技术所生成的全息图再现出原始图像，完成了全息图的数字重现，实现了整个全息记录和再现过程的计算机模拟。与传统的编程语言和绘图方法相比较，该算法在实现上更加简单和快捷，并且带有一系列提高计算全息图质量的措施，有效地消除了零级像和孪生像的影响，获得了清晰的数字再现图像。

非成像光束在光学系统内表面的多次折射反射容易在像面附近形成光晕或鬼像，变焦系统由于镜片多，机构复杂等往往难以进行全面的分析模拟。利用ASAP软件模拟每个透射面作为部分透射、部分反射的表面，对变焦光学系统非轴上光进行分析，模拟出变焦系统的光学元件表面和光机内壁，实行实际光线追迹，然后以像面为研究对象，进一步实施实际光线追迹,模拟出全部散射光在像面上的能量分布，找出鬼像形成的原因，并在此基础上通过改变二次反射所在面的曲率或改变所在面的折射率两种方法对变焦光学系统进行优化，减小鬼点数目，以提高系统的成像质量。

提出了一种机器视觉中圆形特征的三维模型分析方法。通过最小化数据点与所拟合椭圆的代数距离平方和，在满足二次曲线为椭圆的约束条件下，利用拉格朗日乘子法求得椭圆的5个特征参数。通过分析圆形特征的透视成像模型与原理，利用闭式解求得具有已知半径的圆形特征的三维位置和方向。对一组在标定模板上相同大小的圆进行特征检测与模型分析后，实验结果表明本文方法是有效和精确的。

为了解决大口径光学元件在精磨阶段的检测问题，基于电磁场散射理论，分析了在红外干涉仪测量粗糙表面过程中，所产生干涉条纹的对比度与粗糙表面粗糙度之间的关系，并通过测量不同粗糙表面对这一结果进行了实验验证。利用红外干涉仪测量了280#精磨粗糙球面（Φ=1130mm，R=3600mm）的面形，讲述了测量大型粗糙球面时干涉仪的调整方法。从测量结果可以看出，此粗糙球面具有比较明显的球差，面形峰谷（PV）值为0.526λ(λ=10.6μm)，均方根（RMS）值为0.117λ(λ=10.6μm)。

为提高靶场实况记录设备的姿态测量能力，提出了一种针对实况记录图像的单站定姿方法，可以利用目标特征点坐标的比例信息快速准确地获取目标三维姿态。分析了目标成像模型及坐标系间位姿参数关系；推导出含特征点坐标比例的共线方程，采用迭代求解获得目标姿态参数；分析了算法的可行性及误差来源。仿真实验表明：该算法求解精度高，鲁棒性好，具有较强的工程实用性。

CCD采集Twyman-Green干涉图时常出现异常干涉条纹，阻碍观察者对真实条纹的判断与精确测量。针对此种现象，基于莫尔条纹的形成机理和CCD的空间结构，从理论上分析此非正常条纹为等厚干涉条纹与CCD空间结构形成的莫尔条纹。通过对光场分布的计算和Matlab数值模拟，调整各参数，重现此种条纹，进一步验证了理论解释的正确性。莫尔条纹对精细干涉条纹的观察有妨碍作用，实验中应当避免使用分辨率相当的CCD进行采集，或可通过改变CCD探测器的采样算法，使莫尔条纹效应减弱甚至消失。

使用积分球系统测量了1.319μm处45#钢反射率随温度的变化规律，通过对实验后钢片表面的能谱分析，揭示了反射率发生变化的原因。测量结果表明，钢片温度从常温升高至325℃时，表面反射率不会发生显著变化；在325℃到395℃之间，反射率从0.64降低到约0.15；在395℃与440℃之间，反射率不再发生明显变化；钢片降温过程中反射率不再发生明显变化，其值与最高温度处的数值基本相同。反射率的变化主要源于钢片表面发生的氧化反应，温度越高，氧化反应越剧烈，表面氧元素的含量就越高，反射率也就越低。

针对多传感器数据融合过程中，各传感器可靠度估计困难的问题和如何对各传感器测量数据进行融合，提出了一种基于模糊理论的多传感器数据融合方法并研究了它在测量中的应用过程。该方法首先利用容许函数计算各传感器测量数据间的一致性以剔除系统误差数据，然后将测量数据进行模糊化，最后用模糊贴近度获得多传感器测量的数据融合结果。该方法计算简单，客观地反映了各传感器测量数据的一致性和可靠程度。测量应用实例验证了其在工程中的可行性，体现了稳定性和可靠性高的传感器在测量数据融合中的“优越性”，运算过程简洁、快速、有效，便于实时测量操作。

提出了一种干涉图预处理的新方法。该方法利用数学形态学的方法对干涉图进行有效区域的边缘提取，利用二维快速傅里叶变换迭代法对干涉图进行区域延拓，并采用非加权离散余弦变换最小二乘算法对干涉图进行波面统一，最终恢复出被测物体的表面面形，为后续结果分析奠定了基础。对一个实际SiO2薄膜样片进行了干涉图的预处理。结果表明，通过该算法得到的干涉图预处理结果，与Zygo干涉仪的分析测试结果基本一致。

分析了近红外光谱吸收式气体检测的基本原理以及煤矿采空区自然发火特征气体的选择，通过使用近红外激光光谱吸收式光纤气体传感器对采空区火灾特征气体浓度检测，报道实现了一套基于多种气体参数的火灾预测预报系统。系统使用分布反馈式半导体激光器（DFB LD）作为光源，光源驱动为低频锯齿波信号叠加高频正弦波信号，通过锁相放大器实现信号提取。根据采空区三带静态分布理论，给出了判断采空区自然发火危险程度的判定方法。该系统全部使用光纤进行井下信号传输和气体检测，使得检测精度更高，不带电工作，实时性更强，系统更加稳定可靠。