总结直升机稳瞄技术发展历程。针对目前光电技术的最新发展，对分布式孔径系统、图像融合、粗精组合二级稳定、高性能光电传感器、定向红外对抗系统等新技术进行了分析，并论证了这些新技术在直升机稳瞄系统上应用的可行性。同时对我国未来直升机稳瞄技术的发展和新技术的应用提出相应的对策和建议。

研究线偏振光的振幅反射率与介质折射率的关系，提出一种测量介质材料折射率的方法。文中从菲涅耳公式出发，推导出各向同性介质的线偏振光反射率与折射率的关系式，给出基于线偏振光反射率测定介质折射率的原理。设计实验方案，在不同入射角情况，定出线偏振光p方向和s方向两种线偏振光在玻璃表面的反射率，得到线偏振光振幅反射率随入射角变化的实验曲线。依此实验数据得出材料的折射率。结果表明，测出的介质材料的折射率与理论值相符，所采取的测定方案可行。

在电光调制晶体的半波电压倍频法测量中，基于晶体电光效应分析了不同偏压下输出信号与调制信号之间的线性与倍频关系，并利用计算机模拟分析了调制信号的调制幅度对倍频信号的影响，分析结果表明倍频信号受高阶谐波分量的干扰产生波形畸变，不利于晶体半波电压的倍频法测量。提出利用李萨如图形的对称性来确定电光调制的倍频位置，克服了调制幅度波形畸变问题的干扰。通过对半波电压不同测量方法的实验测量和对比分析，说明该方法可操作性好，测量精确度也比直接观察倍频信号输出波形要高。

针对现有土压力传感器无法实现长期、实时监测的要求，设计了温度补偿式光纤光栅土压力传感器。选用有硬中心的平膜片作弹性元件，选用灵敏度高、体积小、质量轻、易于波分复用和组成传感网络的光纤光栅作敏感元件；同时采用了不受力光栅法进行了温度补偿。经实验测试，该传感器的灵敏度为1.5nm/MPa；线性度误差为0.35％；重复性为0.06％；迟滞为2.19％；静态误差为2.21％；这些指标能够满足实际工程应用要求。

针对以六面体作为安装支架的三轴光纤陀螺捷联系统，提出了一种用单轴转台作为标定设备的低成本标定方法。六面体支架有3个面为未安装陀螺的平面，需用游标量角器量出这3个面的相互夹角，并根据这3个面建立机体坐标系，在该坐标系下给出了陀螺输出模型。标定时依次将六面体的3个平面贴于单轴转台的台面进行标定实验，推导了光纤陀螺标度因数和安装误差的求解公式。对标定的精度进行了分析，并与传统的方法对比做了实验验证，结果表明该方法可满足系统要求。

采用12个主动支撑点对口径400mm薄实验镜进行面形主动校正，使用Zygo干涉仪测量面形误差，主动支撑点的力促动器由位移促动器和力传感器组成。分别测量单个促动器的响应函数，由各促动器的响应函数组成刚度矩阵，然后用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。实验中分析主动支撑结构对各项Zernike形式像差的校正能力，并选择了7项像差进行校正。经过5次校正，使初始状态下1.16λ(λ=0.6328μm)RMS面形精度达到0.13RMS，接近镜面抛光后的精度。

由于五角棱镜两B棱的投影夹角对第二光学平行差影响倍率较大且加工过程中无法测量该夹角，从而导致棱镜加工合格率较低。通过分析侧面垂直度误差及Δ45°对五角棱镜光学平行差的影响，提出一种新的五角棱镜加工工艺方法：利用最后一个加工面对前3个已加工面存在的角度误差进行一次性补偿，从而降低了对各加工面的加工误差要求。实践证明：该方法能够有效地提高五角棱镜加工的合格率和生产效率，减小加工难度，并能显著降低对加工和检测设备的精度要求。

为解决红外搜索系统中场景起伏造成的背景预测不准确这一问题，提出了一种自适应调整的空间滤波方法。该算法在估计背景的同时，对背景残差进行计算，根据残差值调整滤波参数，使背景残差趋于最小，以适应背景的起伏。当背景包含较多复杂因素时，不利于目标提取，多尺度形态学算子通过不同尺度不同形态的结构体参与计算，可以全面地估计背景，进一步抑制背景残差，再通过计算图像全局阈值，自适应分割出潜在目标。采用并行运算，可将算法实现于现场可编程器件(FPGA)上。试验结果表明：即使当场景较复杂，场景信噪比较低时，依然可以使处理后的图像信噪比大于3，从而可显著提高红外搜索系统的检测概率，实现弱小目标的检测。

投影式头盔系统具有成像质量高，结构轻便等特点。分析投影式头盔光学系统设计参数的选择原则，并基于投影式物镜引入对角为1.55cm的新型OLED显示器作为图像源,采用折射/衍射混合结构来减轻光学系统的体积和重量。通过ZEMAX软件对系统进行优化，设计得到一款质量仅1.35g，直径11.32mm的超轻小型三片式头盔显示器光学系统。系统中心视场MTF在32lp/mm处达到了0.52，在该空间频率下对应人眼的分辨率为1.85′，在大视场处，子午和弧矢MTF也均大于0.2，分辨率满足SVGA显示模式要求。

针对红外目标在跟踪中计算复杂的问题，构建辅助粒子滤波算法。利用贝叶斯重要性采样算法，在权值大的粒子基础上引入辅助粒子变量，然后重新定义重要采样分布函数，防止重采样后粒子概率密度变化。两次加权计算，使粒子权值比仅用重采样的粒子权值变化更稳定，采样点最接近真实状态；同时不同权值粒子的概率阈值可作为粒子滤波是否完成的判断准则。在二维平面构造红外运动目标模型中，系统为零均值高斯白噪声。仿真数据表明：该算法在x,y方向的均方误差、画面处理时间、RMSE性能上优于粒子滤波算法和重采样粒子滤波算法。

利用傅里叶光学方法，获得了相干合束远场光强的解析表达式，数值模拟和实验研究了一维锁相二极管激光阵列的相干合束远场特性。研究表明：随着参与合束的发光单元数目的增加，尖峰变锐；同相模的光能集中在更小的立体角内，使得相干合束的亮度增加；异相模的光束能量较为分散，其峰值光强有所降低。系统抖动引起远场峰值光强的降低，破坏了远场的对称性和光束质量。相干合束发光单元数目越多，系统抖动对远场的影响便可以忽略。

为提高地面防空**对空中飞行器的打击，提出将激光压制**与光电跟踪系统一体化集成，对空中飞行器目标的光电系统进行压制和干扰。分析列举了激光压制**的特点，着重分析了激光压制**在车载弹炮防空**中与光电跟踪系统一体化的可能性，并指出了实施一体化的关键技术。

为获得一体化ns脉冲固体激光器，设计了一种Cr4+∶YAG被动调Q的激光器，将Cr4+∶YAG和Nd∶YAG热键合到一起，并在两端直接镀膜构成F-P激光腔。实验中用光纤耦合的激光二极管端面泵浦激光晶体，实现准连续的激光脉冲输出。针对实验中存在的热透镜效应，设计了一散热片，并对风吹和散热片的实验结果进行了对比。实验证实了设计的可行性，并实现了激光器的稳定运转。

后向散射光特性与多普勒信号的质量密切相关。为了设计高性能的激光多普勒测速仪，运用散斑理论详细分析了激光多普勒信号的强度与散射光斑大小的关系，结合泛函理论给出了计算多普勒电流的散斑表达式，并通过实验的方法研究了回波信号的偏振特性及其强度分布。理论分析与实验结果表明，激光多普勒信号的强度与接收器件光敏面的直径成正比，与光斑的直径成反比；选用光斑较小的圆偏振激光束，并用光敏面尺寸较小的探测器在镜面反射方向上接收信号光，可以大大提高多普勒信号的信噪比，增强系统的探测能力，为提高系统的测量精度创造有利的条件。

基于Lyapunov稳定性理论，以不确定单模激光Lorenz系统作为驱动系统，不确定Chen系统作为响应系统，利用自适应控制方法，设计了非线性反馈控制器及参数识别器，使响应系统的所有状态变量严格地按函数比例跟踪驱动系统的混沌轨迹，并辨识出包括非线性项在内的驱动系统和响应系统的所有不确定参数。利用四阶龙格-库塔仿真模拟，结果表明了该方法的有效性，设计的函数投影同步控制的方法能更有效地提高保密通信的性能。

为了保证合成孔径激光雷达测试中信号光的光束质量，从波动方程出发，推导出传统的衍射光源布拉格声光作用的耦合波方程。根据测试对光束质量的不同要求，借助有限差分方法分析衍射场光强的空间三维分布，发现声场振幅的不均匀分布会影响声光衍射场的光强分布，光强分布不均造成实验中信息光源的探测难度。通过光强空间分布研究增大有效通光孔径到3mm，解决了声光调制器光束衍射质量问题，改进后的光束质量达到实验要求。该研究方法适用于改进声光器件工作参数。

以衍射理论为基础，推导并模拟了高斯光束通过非线性折射和吸收效应介质后的远场光强分布。结果表明：入射高斯光束引起的介质折射率变化和光束波前曲率影响介质出射面光束的径向调制相位，安装在焦点前的有自聚焦效应的介质和安装在焦点后的有自散焦效应的介质具有闪耀光栅的能力，使远场出现中心为暗斑外侧为亮环的衍射图样。非线性折射效应为主的介质，其非线性吸收效应的变化同时改变远场衍射图样的数目和光强值，但对于非线性吸收效应为主的介质，衍射图样的数目随吸收效应的变化不明显，吸收效应只影响光强值。

根据基尔霍夫衍射理论,对其衍射公式数值进行积分计算，推导出负折射平板折射率偏离-1时像点附近的光强分布，并用MATLAB画出了相应的光强分布图。研究表明，当折射率偏离-1时，像点附近的光强分布在z方向不再对称，但在x方向依然保持对称，不对称随折射率偏差增大而增大，像点光强变得较分散，且存在伴峰。如果把物点放在对应半径曲面的齐明点处，可以很好地消除球差，但像点位置与n′=-1时有所不同。

根据平显视差测量原理中自动调焦的要求，设计了一个相对孔径与调焦范围均较大的内调焦物镜。针对内调焦传统设计方法的不足，在对内调焦各镜组选型后将它们组合成为一个系统，采用多重数据结构设计的方法，对不同物距下的结构进行同时优化，从而解决了近距离的成像质量难以控制的问题。所设计的内调焦物镜在不同的物距下成像质量稳定，无穷远时光学传递函数(MTF)值在空间频率为120lp/mm时轴上与轴外均达到0.4以上，物距在300mm时轴上视场MTF为0.3，轴外视场弧矢MTF在0.3以上，子午MTF达到了0.2；相对畸变均控制在1%以内，有利于后续的图像处理工作。

传统形式的挡光环是将挡光环与遮光罩内壁垂直设置，文中设计的新型挡光环是将挡光环与遮光罩内壁倾斜设置，使入射杂光的反射光线和一部分散射光线在挡光环与遮光罩内壁所夹的空间内多次衰减无法出射，剩余的散射光线也大多逆向光学系统传播，大大消弱了到达探测器的杂散光。新型挡光环的倾角α要始终保持α＞β(β为入射杂光与遮光罩内壁的夹角)的分布，才能避免一些照射到挡光环表面上的杂散光直接散射进入光学系统。文中以探测微弱星体的卡塞格林空间相机为例，在外遮光罩内部分别设置2种构型的挡光环，用Tracepro软件进行建模与仿真，结果表明：采用新型挡光环的空间相机与采用传统型挡光环的空间相机相比，其探测的星等提高了4个等级。

在光学工程软件ZEMAX的辅助下，配套采用像元大小为1.75μm的CMOS图像传感器，设计了一款500万像素的手机镜头，镜头视场角60°，F/#2.8，半像高2.87mm,镜头总长为6mm，镜头为3P1G结构，第1、3、4片镜片采用非球面塑料，第2片镜片采用球面透镜。各个视场的横向像差均小于20μm，均方根半径(RMS Radius)都在艾利斑之内，在1/2奈奎斯特频率处绝大部分视场MTF值都大于0.6，可以获得优质的成像效果。

在卫星探测相机及星敏感器的地面标定实验中，需要一台能够模拟无穷远处极小星点以及极弱星光照度的光源，即星光模拟器。采用积分球均匀点光源加准直平行光管模拟出无穷远处的星点，使用可变光阑调节光能量动态范围，提高模拟星等。同时点光源的光亮度可以精确测定，再通过精确测量影响星等照度的各个因素，从而解决弱光情况下的标定问题。分析模拟器的模拟星等能力及精度，在现有加工测试条件下，星光模拟器能够满足模拟6～14星等照度要求且精度较高，完全满足地面标定实验需求。

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率，设计组抛弃了传统的“跑道环”形式的磁场设计理念，而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧，使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算，通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较，验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟，大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证，磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。

计算机光学元件是纯相位元件，能够产生任意形状的波面分布，但存在着加工工艺过于复杂的缺点。目前出现了用数字化元件实现计算机光学元件的方法，在这些方法中经常要面临黑栅效应的干扰。利用傅里叶光学理论研究了黑栅效应对具体元件的影响程度，找出了影响黑栅效应强弱的因素，并用MATLAB软件进行了模拟。模拟结果表明：减小黑栅的宽度可使光能量向接收屏中央集中，有效降低黑栅效应的干扰。

为了改善光电稳瞄系统的视觉效果，使视频图像更加适合于人眼观察，并且有利于对目标的自动跟踪效果，将直方图均衡化处理与拉普拉斯边缘锐化处理相结合，在增强对比度的同时尽量保持边缘细节。仿真结果显示采用本文算法能够有效改善视频图像的视觉效果。

通过对具有径向畸变的摄像机模型的分析，设计了一套求解图像径向几何畸变中心和畸变多项式系数的方案。首先，依据校正样板曲线的弯曲程度应用一元线性回归法和逐次逼近法求取光学图像的几何畸变中心，然后应用递推最小二乘法求解径向几何畸变的多项式系数，最后根据所得到的畸变中心和畸变多项式系数对图像进行校正得到满足要求的图像。仿真试验证明:该方法可以通过一次采集单幅图像对成像系统进行高精度标定，能够对成像测量系统的径向几何畸变进行一定精度的校正。实践证明：该方法通过图像处理的方法提高成像测量系统的精度，降低了系统的设计成本，可以作为成像测量系统中单独标定摄像机畸变参数的一种简单有效的方法。

在基于图像识别的立靶密集度测试系统中，为了识别连发射击后的弹孔位置，提出了一种基于投影原理的多个弹孔识别方法。采用投影原理的矩形分割法将含有弹孔的图像分割成若干个区域，再用基于区域填充的十字模板法识别出弹孔并计算弹孔中心位置。给出了识别算法和计算公式。实弹射击实验结果表明，该方法能够有效地计算出连发射击后的弹孔着靶坐标，测量误差不大于1.5mm。

针对传统分光器件存在移动部件以及不能快速实时选择波长的不足，搭建了用声光可调滤光器(AOTF)作为分光器件的多光谱成像系统。系统由光学镜头、AOTF、AOTF驱动器、CCD摄像机和图像采集系统组成。本系统能够在(500～1000)nm的光谱范围内成像。通过对AOTF的控制可以任意选择系统的光谱，从而有目的地选择具有典型目标特性的不同波段的光谱波长，形成同一目标在不同光谱波长下的不同图像。采用迷彩布、头盔以及自然花草进行多次目标特性识别试验，得到了能突出目标特性的具有典型光谱特性的图像。证实了基于AOTF的多光谱成像系统灵敏度高、体积小、无移动部件，并且能够快速实时地改变和选择光谱波段，在所成的多光谱图像中能提高目标与背景的对比度，对伪装目标有明显的探测和识别能力，能将伪装目标与背景区分开。

基于共焦显微镜的成像特点，建立了Kalman滤波算法的理论模型，把Kalman滤波方法引入到系统中，提出一种基于图像像素的Kalman滤波算法,并实现了实时化的Kalman滤波器。实验结果表明：该算法能够有效地提高共焦显微镜信噪比,但是以牺牲时间为代价，提高系统分辨率的根本方法还是要着重考虑优化成像系统光路和探测电路。

提出一种基于特征点跟踪的稳像算法。该算法从参考帧图像中提取出一组特征点，然后在后续帧中进行基于Kalman滤波的特征点的跟踪，匹配参考帧图像中特征点的坐标和当前图像中基于Kalman滤波修正后得到的特征点的坐标，并通过仿射模型求出位移量及旋转参数，最后进行反向变换，从而得到稳定的视频图像。实验结果表明：该算法稳像效果好，运算复杂度低，且具有较强的鲁棒性。

为了消除背景噪声对药材光谱图像检测结果的干扰，根据中药材光谱图像的特点，设计一种能够自适应对中药材光谱图像进行有效区域(ROI)分割的区域增长算法。该区域增长算法根据药材光谱图像的灰度直方图分布来自动选取种子点和分割阈值，在生长的同时进行连通性分析，生长结束后通过区域填充技术来消除图像中出现的孔洞。实验表明：该方法能够自动、准确地进行ROI分割，分割偏差小于8%，并且能较好地消除噪声的干扰，没有产生无意义的生长区域。

根据光学综合孔径成像系统的成像质量与点扩散函数和光学传递函数的关系，以Golay-3阵列结构为例，从空间域和频率域对光学综合孔径成像技术进行理论仿真和实验研究。在空间域从理论上分析光学综合孔径成像系统的点扩散函数，对复杂目标的成像通过目标函数与点扩散函数的卷积求得，点扩散函数决定了成像质量。通过数值仿真和模拟实验取得了点扩散函数强度分布图，两者分布规律一致证明理论分析正确。在频率域研究光学综合孔径调制传递函数，理论仿真和实验取得的调制传递函数表明，空间域和频率域内光学综合孔径成像技术的理论分析与实验结果具有较好的一致性。

在对变焦距光学镜头进行杂散光系数测试的过程中，需要了解各测试环节的作用及对测量结果的影响。讨论了准直物镜使用与否对杂散光系数测量结果的影响。通过对杂散光形成机理的分析，将杂散光来源分为视场内与视场外两种，阐述不同来源杂散光的不同特点及这两种杂散光通过准直物镜后的状态。用两个参数不同的变焦距光学镜头在有无准直物镜两种情况下杂散光系数的测量结果，说明准直物镜在杂光测试中的作用。对于视场外入射光束形成的杂散光，准直物镜的使用与否对其测量结果影响巨大，而对视场内入射光束形成的杂散光影响很小，测量时可以利用准直物镜来判断光学镜头杂散光的来源。同时通过实验说明入射光线在准直物镜间的多次反射形成的杂散光约为1%，它可作为系统误差从测量结果中剔除。

为了克服现有技术存在的不足，实现光学测量装置在轴孔内的高精度测量，提出了一种新的轴孔内的同轴定位机构装置。根据机械技术领域的三点定心原理及六点定轴原理，利用机构中2个涨套的6个弹性爪与轴孔机械轴进行点接触，由于与轴孔内壁接触都是刚性接触，能够承受较大负荷从而实现光学测量装置光轴与轴孔机械轴的精密重合，达到高精度的定位及保持高精度的同轴状态。定位机构在实际中得到了很好的应用，理论和实践证明此定位机构能够很好地实现光学测量装置在轴孔内的高精度定位，精度能够达到10″以内，从而起到光学测量装置测量机构轴线的作用。

为了在实验外场和装舰现场克服舰船光电装备多传感器光轴一致性标校中由于环境限制、舰船摇晃等造成的操作困难，提出一种舰船光轴检测仪方案。通过共光路和光谱转换技术实现激光光轴与可见光轴的耦合，激光像斑在可见光通道输出成像视频，依据像斑中心与装备十字刻线位置关系判断激光与可见光光轴的一致性。应用CAD/CAE技术对光轴检测仪的关键器件——光轴耦合单元进行仿真分析，得到-10℃～+40℃温度范围内的反射镜面平行性误差分别为13.576332″和16.397421″；整机环境实验结果表明，光轴检测仪本身精度误差小于20″，满足光电装备光轴的一致性要求。

根据光干涉的原理和视觉检测方法，研究开发了基于机器视觉的玻璃缺陷检测系统。针对实际的目标图像,通过对其进行图像获取、图像预处理、图像分割、特征提取和区域参数计算研究, 从而获得玻璃表面锡点、气泡、玻筋等缺陷图像的识别信息。实验表明,该算法简单,速度快,系统抗干扰能力强。系统处理周期最大不超过400ms，能检测出最小0.3mm的缺陷。