针对激光聚变靶丸内表面轮廓高精度无损测量的迫切需求, 研制了一套激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统。该系统通过最小二乘算法(LSC)计算出靶丸回转偏心量, 并利用偏心调整台对靶丸偏心进行自动快速调整; 然后, 系统软件控制气浮回转轴承驱动靶丸旋转, 利用激光差动共焦传感器(LDCS)轴向响应曲线过零点及光线追迹算法精确计算出靶丸内表面轮廓上每个采样点的几何位置; 最后, 对靶丸内轮廓测量数据进行LSC评定得到其圆度信息。实验证明, 靶丸回转偏心的自动调整时间可达22 s, 当采样点分别为1 024, 2 048及4 096时, 靶丸内轮廓测量时间分别可达10, 20及40 s, 且圆度测量标准差可达19 nm(1 024点)。该系统实现了靶丸回转偏心的自动快速调整及其内轮廓的高精度、无损、快速、自动测量。

为了研究W-Ni-Cu合金选区激光熔化技术(SLM)直接成形工艺及其热物理性能, 设计了以激光功率、扫描速度、扫描线长度、搭接率为变量的工艺实验, 研究各参数对致密度的影响, 采用SEM、热分析仪、差式扫描量热仪、热-机械分析仪研究合金的微观组织、导热率与热膨胀系数。结果表明：选择合理的优化工艺参数, W-Ni-Cu(SLM)成形致密度最高达到94.5%; 微观组织为难熔相W发生了桥接与团聚, 基体相CuNi呈网络状包裹于W相周围; 测试试样所加载热流平行于烧结成形方向时, 导热系数与热膨胀系数分别是120.314 0 W/(m·K)及7.16×10-6/K, 加载热流方向垂直于烧结成形方向时, 导热系数与热膨胀系数分别是99.257 2 W/(m·K)及7.02×10-6/K。不同方向成形测试件导热系数和热膨胀系数的差异是由难熔相W在CuNi相中的分布以及孔隙数量决定的。采用选区激光熔化成形技术可以成形性能较好的W-Ni-Cu合金。

为了对“反猫眼探测”技术的效能进行量化及客观评价, 本文提出一种基于目标回波图像处理的“反猫眼探测”效能评价技术, 利用计算窗内图像质心变化作为目标可探测性判据, 通过对“反猫眼探测”技术改进前后的目标进行对比实验, 对其最大可探测距离及相同探测距离上最小照明激光功率的等效能评价参数进行了相对测量, 实现对“反猫眼技术”效能的量化评价。对评价系统的原理进行分析、设计了原理样机并以 “反猫眼探测”技术改进前后的瞄准镜作为目标进行了外场实验。实验结果表明, 当测试距离由500 m变为1 km时, 最小照明功率的下降率变化1.5%; 当照明激光功率由500 mW变为300 mW时, 最大探测距离增加率变化1.8%。由此证明本文所提出评价方法在不同实验条件下所得出结果一致性较好, 可客观、准确地反映“反猫眼探测”技术的效能, 从而为相关领域研究提供支持。

为了精密检测靶丸X射线光学厚度均匀性, 建立了基于精密轴系和光纤阵列探测的靶丸X射线光学厚度检测装置, 开展了光学厚度轮廓仪光路精密调校技术的研究, 应用白光共焦光谱技术和光学显微成像技术, 解决了气浮转台精密调整、X射线光路对中的难题, 实现了对塑料靶丸壳层缺陷、表面质量、壁厚均匀性、壳层材料成分均匀性等多种耦合扰动综合效应的表征。对系统的稳定性进行了测试, 实验结果表明, 该系统的测量重复性偏差可基本控制在0.01%以内, 空间分辨率约为100 μm, 满足ICF靶物理研究对靶丸X射线光学厚度扰动的高精度检测需求。

为了准确地获取矿井瓦斯/空气预混气体爆燃流场的内部微观结构信息, 能够从基元反应层面认识爆燃流场的演化过程以及惰性介质阻燃剂抑制作用的机理, 在已经建成的中尺度激波管道上继续搭建高速激光纹影测试系统, 结合实验室几何空间约束条件, 提出纹影测试系统 “Z”字型光路的设计方案。以激光纹影系统代替传统的压力火焰测试系统, 将爆燃流场的研究重心从宏观的单一点源信息向微观的多重结构信息转化。研究表明, 在60, 100, 125, 212 ms时火焰阵面的化学反应变强, 伴随着产生了冲击波, 在75 ms左右火焰发生断裂, 该点处的压力下降, 325 ms火焰阵面扫过该测点以后, 压力迅速下降。该结果为寻求预混气体爆燃高速摄影、压力火焰速度测试手段之外的方法提供了新的研究思路。

为解决软体气动驱动器弯曲变形的柔性传感测量问题, 提出将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层进行曲率测量与形状重构的方法。建立了软体机构变形光纤传感重构算法模型, 理论分析了光纤光栅光谱变化与应变限制层弯曲曲率的关系。搭建了基于光纤光栅特性的软体传感、解调及曲率标定装置, 实验分析了不同曲率下光纤光栅反射光谱的特征, 得出光纤光栅中心波长漂移量与弯曲变形曲率的关系, 计算得出软体气动驱动器在不同弯曲状态下的曲率值, 重构出软体气动驱动器的变形形状, 验证了形状重构结果的正确性。实验结果表明：将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层, 利用光纤光栅反射光谱变化可实现软体驱动器的曲率测量与形状传感, 3种弯曲状态下光纤光栅传感测量值与软体驱动器曲率标定值之间的最大误差为2.1 %。该光纤传感方法在软体气动驱动器柔性传感与闭环控制方面具有广阔的应用前景。

为了获得稳定的、大能量重频中红外HF激光输出, 基于紧凑型、闭环放电引发非链式HF中红外化学激光器, 从能量影响因素、解决措施和实验验证三个方面系统性地研究了100 Hz重频HF激光的能量稳定性。首先结合非链式HF化学激光动力学过程和静态重频实验, 分析发现了影响重频放电引发非链式HF化学激光器脉冲能量稳定性的三个主要因素, 包括均匀体放电难以维持、基态HF分子强的消激发效应和工作气体的持续消耗。然后利用工作气体循环流动置换增益区气体, 当增益区气体流速为9 m/s时激光器100 Hz重频运行的放电状态维持良好, 获得100 Hz/ 55 W的激光输出。最后, 采用分子筛吸附分离基态HF分子纯净工作气体以及实时补给工作气体, 提升了重频HF激光器长时间运行的能量稳定性。实验结果表明：100 Hz重频放电引发非链式HF激光器获得了30 s的长时间稳定输出, 激光能量下降率可优于10%。综合工作气体循环流动、分子筛吸附基态HF分子和工作气体实时补给, 放电引发非链式HF激光器实现了高重频长时间的稳定输出。

采用飞秒激光成丝-纳秒脉冲激光诱导击穿光谱技术(Filament-ns DP-LIBS)对土壤中重金属铅元素进行了定量分析。利用飞秒激光等离子体丝烧蚀含铅土壤样品, 向外喷射低密度的土壤粒子源, 经脉冲间隔Δt后, 纳秒脉冲激光再烧蚀低密度土壤粒子, 实现等离子体发射光谱强度增强, 谱线宽度压缩, 降低土壤中重金属铅元素的最小检测限。实验结果表明, 相比飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术(FIBS), 在飞秒-纳秒脉冲间隔Δt=10 μs条件时, PbI405.78 nm光谱增强因子为9.66, 谱线宽度从3.66×10-10m压缩至2.74×10-10m, 提高了LIBS光谱分辨率。FIBS和Filament-ns DP-LIBS条件下定标曲线的线性相关系数R2分别为0.982和0.994。FIBS条件下的RSD和LOD值分别为7.37%和65.86 mg/kg, Filament-ns DP-LIBS条件下的RSD和LOD值分别为3.27%和24.39 mg/kg。研究结果表明, Filament-ns DP-LIBS技术可以降低土壤重金属的最小检测限, 提高LIBS的检测灵敏度。

为了实现超冗余机械臂的实时在线规划, 本文提出一种基于雅克比转置矩阵的人工势场轨迹规划方法。轨迹规划不仅要满足末端跟踪精度要求, 而且要满足关节速度和角度约束, 关节速度主要由轨迹规划算法的增益决定, 而增益的大小决定系统稳态性能的好坏, 通过优化势场函数和使用加权关节速度, 在避免关节限制的前提下减小关节速度范数, 从而能选择更大的增益。使用蒙特卡洛法建立最大关节速度与增益的关系, 从而确定增益范围。分别在点对点运动和轨迹跟踪运动中选取不同的增益证明算法的正确性和有效性, 并在轨迹跟踪运动中引入速度前馈, 通过李雅普诺夫稳定性定理证明算法稳定性。通过以超冗余机械臂为模型仿真验证, 得出在点对点运动下末端位置偏差小于10-4 mm, 姿态偏差小于1×10-5 rad; 轨迹跟踪运动的位置偏差小于10-3 mm, 姿态偏差小于1×10-4 rad。最后进行实验验证, 虽然实验过程中轨迹偏差相比于仿真增加一个数量级, 但仍符合实验任务需求。

为了实现单晶硅反射镜高效低损伤的超精密加工, 研究了基于工件旋转法磨削原理的单晶硅反射镜超精密磨削工艺。通过形貌检测和成份测试的方法分析了该工艺采用的超细粒度金刚石砂轮的组织结构特征, 并对单晶硅进行了超精密磨削试验, 研究了超细粒度金刚石砂轮的磨削性能。通过砂轮主轴角度与工件面形之间的数学关系实现对磨削工件面形的控制。最后, 采用超细粒度金刚石砂轮对Φ100 mm×5 mm的单晶硅反射镜进行了超精密磨削试验验证。试验结果表明, 超细粒度金刚石砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra值小于10 nm, 亚表面损伤深度小于100 nm, 磨削后的单晶硅反射镜面形PV值从初始的8.1 μm减小到1.5 μm。由此说明采用该工艺磨削单晶硅反射镜能够高效地获得低损伤表面和高精度面形。

为了研究典型功能脆性材料钽酸锂和硅片的磨削特性, 建立了端面磨削模型来计算晶片的比磨削能及其表面的磨削力的分布, 并通过实验分析脆性材料的磨削特性。以进给速度作为变量, 选取砂轮端主轴磨削过程中功率增加率作为评价磨削特性的指标进行磨削实验, 同时采集砂轮端主轴的功率值信号, 滤波后计算晶片比磨削能和磨削力的分布。通过端面磨削模型计算可得：钽酸锂的比磨削能是147.46 J/mm3, 比硅的大44%, 表明磨削去除相同体积的钽酸锂需要更多的能量, 钽酸锂晶片表面分布的磨削力比硅片大。磨削过程的主轴功率增加率是预测钽酸锂加工结果的重要指标, 在本实验中一旦增加率大于临界值0.6 W/s, 钽酸锂表面就会产生裂纹。而在相同加工条件下, 无论进给速度如何变化, 硅片的磨削主轴的功率增加率始终保持稳定, 而钽酸锂的主轴磨削过程的功率增加率则与进给速度呈现线性增加关系, 这一现象与钽酸锂的机械性质无关, 而与物理性质有关系。

为研究超声悬浮轴承的静、动态承载特性, 设计了一种压电陶瓷驱动的全包围结构超声悬浮轴承。分析了气体挤压膜润滑承载机理,在等温隔热条件下, 根据牛顿流体的气体动力学理论, 建立了描述轴承启动阶段及支撑回转体稳定旋转阶段气膜压力的静、动态雷诺方程。采用有限差分法并利用MATLAB自定义函数的功能, 对超声悬浮轴承的静态及动态承载力进行了数值计算。为验证理论计算的正确性, 通过轴承样机自悬浮实验验证轴承悬浮特性的理论计算结果, 得出在其谐振频率下, 相同结构尺寸及悬浮参数的轴承静态承载力理论计算值与测量值之间的误差为8.33%; 在挤压数为100, 2~5 μm合理初始间隙下, 动态悬浮力理论计算值与实验测量值相吻合。考虑样机结构特性引起的能量转换误差及实验环境因素影响, 误差在合理允许范围之内, 验证了理论分析及计算的正确性,对超声悬浮轴承的理论研究及设计具有一定的指导意义。

高进给速度精车大螺距螺杆加工过程中, 随着旋转螺纹件与刀具相对接触关系的实时变化、刀具磨损量的动态演变和工件材料去除导致的质量变化, 加工系统的动力学特性呈现时变特性, 研究其稳定性也就具有重要意义。首先结合精车削大螺距螺杆动力学模型, 分别利用频域法和全离散时域法, 提出一种适用于大螺距螺纹件的车削稳定域预估方法, 并进行实验验证; 然后在时域法基础上, 考虑过程阻尼的影响, 研究了不同刀具磨损情况对精车大螺距螺杆切削加工稳定性的影响, 并验证测量结果与预测规律相吻合。研究结果表明：精车大螺距螺杆稳定性预测优先选用时域法; 极限切深随后刀面磨损量增大而呈现出上升的趋势; 选用转速分别为10 r/min和25 r/min, 切深8 mm, 轴向进刀量0.05 mm加工参数进行加工时, 能获得基本符合工程实际要求的成品件。本文研究成果为高进给车削工艺参数优选奠定理论基础, 同时丰富和发展以大螺距螺杆为代表的大型装备关键零部件的高进给加工理论并推进其工程应用。

为提高环境监测自供电系统的可靠性及风速适应性, 提出一种间接激励式压电风力俘能器, 通过圆柱型壳体与风场耦合作用产生的涡激振动间接激励壳体内的压电梁振动发电, 具有可靠性高、动态特性调节范围宽等优点。介绍了其结构及原理, 并进行了理论和试验研究。结果表明：壳体质量、压电梁质量对风力俘能器输出性能都有较大影响; 当俘能器总质量确定时, 试验范围内通过增加压电梁质量, 减小壳体质量可以有效提高压电俘能器的输出性能; 此外, 不同风速下存在最佳负载使输出功率最大, 且本文试验范围内输出功率及最佳负载均随风速增加而增大, 风速为28 m/s、电阻600 kΩ时所获得的最大输出功率为0.4 mW。因此, 应根据实际风速范围确定合理的压电梁质量/壳体质量以提高俘能器输出能力。

为了满足电子封装产业对胶体高速、微量分配的需求, 设计了一种基于圆弧柔性铰链放大机构的双压电陶瓷驱动喷射点胶阀。首先, 利用有限元分析软件对放大机构输出位移和模态进行了计算与分析。针对其高频需求, 讨论了结构参数对其影响因素。基于微元法并结合喷嘴内胶体动力学分析, 建立了喷嘴内胶体喷射的流体力学模型。结合阀杆与阀座配合的仿真模型, 利用FLOW-3D的流固耦合仿真, 揭示了喷射点胶时胶点的成型过程。在此基础上探究了胶体喷射时喷嘴处压力的变化与流速的关系, 为点胶阀参数的控制和优化奠定了基础。最后, 搭建了喷射系统实验平台, 选用黏度为180 cps的胶体进行点胶性能测试, 得出了供料压力和驱动方波频率对胶点尺寸的影响规律。实验结果显示, 在供料压力为6 bar, 驱动方波幅值频率360 Hz等参数下, 获得胶点最小直径为525 μm。同时, 在380～400 Hz的频率区间内进行高频喷射实验, 能够获得均匀微小的圆形胶点。实验结果验证了该圆弧柔性铰链放大机构的双压电驱动点胶阀的高频、微量喷射性能, 为压电高频喷射点胶的应用和研究提供了参考。

针对传统反射镜无法消除加工及装配应力, 长期使用后面形精度下降不能满足使用要求的问题, 提出了一种高稳定性空间反射镜支撑结构的解决方案, 进行了具有大容差特性的1.5 m口径高精度空间反射镜工程化研究和创制。依据经验和理论, 完成了初始反射镜组件构型, 反射镜的材料选用RB-SiC, 采用三角形背部半开口反射镜轻量化形式和背部三点膜片型柔性支撑结构。以装配误差0.01 mm的9种工况下反射镜的面形RMS变化量最小为目标, 利用isight软件对反射镜支撑结构的主要尺寸进行了优化设计。最终完成了轻量化率为82.1%, 组件质量为170.23 kg的反射镜的研制。试验结果表明：反射镜在1 g重力作用下, 面形精度RMS优于0.016λ(λ=632.8 nm); 加入0.02 mm强迫位移模拟装配误差, 面形RMS仍然为0.016λ; 在20 ℃±5 ℃温变环境下, 面形RMS变化量在0.002λ范围内; 组件一阶固有频率为101.3 Hz。反射镜组件静态刚度、动态刚度、面形精度以及环境适应性满足空间工程应用要求。

为研制一种能实现快速行走、运动灵活性好的仿生四足机器人, 对一种能够实现机构末端位置行程放大的2自由度并联机构进行运动性能分析与结构参数优化, 并将优化结果应用到仿生四足机器人的腿部机构, 研制出样机。首先, 推导2自由度并联行程放大机构位置反解, 建立机构的线速度雅克比矩阵, 对机构的工作空间进行分析。其次, 建立机构运动灵活性能评价指标, 揭示主要结构参数对灵活性能指标的影响规律。然后, 采用容限加权法确定一组合理的结构参数, 使运动灵活性能指标达到最优。最后, 根据优化的结构参数设计出仿生四足机器人腿部机构和整体的虚拟样机, 并进行虚拟样机运动仿真。仿真结果表明：并联行程放大机构各驱动参数变化平稳, 理论速度和仿真速度误差在±1.6×10-6 m/s范围内, 验证仿生四足机器人腿部机构设计方案和结构参数的合理性及理论推导的正确性, 为该仿生四足机器人的进一步研究奠定了基础。

针对目标跟踪任务中由于摄像机或目标运动而产生的目标模糊问题, 基于ECO_HC算法提出了方向梯度-色度饱和度直方图(Histogram of Oriented Gradient and Hue Saturation, HOGHS)和Zernike矩特征相结合的运动模糊目标跟踪算法。首先, 结合fHOG和颜色构造了HOGHS特征, 介绍了Zernike矩性质, 并结合HOGHS和Zernike矩实现了目标的特征表达; 然后, 提出了一种兼顾定位精度与鲁棒性的响应图质量评估方法, 并基于该方法实现了HOGHS和Zernike矩特征权重的自适应融合。将本文算法与其他四种先进跟踪算法在OTB-100测评集运动模糊图像序列中进行验证, 本文算法的精确度与成功率分别为0.849与0.827, 帧率达38.4 frame/s, 同等条件下, 本文算法较在VOT-2016上表现优秀的ECO_HC于Pre-20和AUC指标上分别提升了2.3%与2.4%。实验结果表明本文算法能够有效地完成运动模糊目标跟踪任务。

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求, 设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统, 实现高帧频、大视场的成像需求; 采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH, 解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题; 通过图像处理的方法, 提高了图像动态范围、信噪比(SNR)与调制传递函数(MTF)的设计指标; 通过图像实时像元校正, 提高了成像系统的光响应非均匀性(PRNU)指标。实验结果表明, 图像信噪比(SNR)平均值为44 dB, 接近探测器的最大信噪比(SNR); 光响应非均匀性(PRNU)均值为1.4%, 满足成像需求。该CMOS成像系统设计结构可应用于更大面阵CMOS成像系统, 为工程应用提供了保障。

针对固定特征融合权重的相关滤波跟踪算法在光照变化、目标形变下跟踪失败的问题,提出了采用响应图置信区域自适应特征融合的相关滤波跟踪算法以提高算法鲁棒性。首先, 将响应图中高于响应图期望值的区域作为响应图置信区域, 然后, 根据HOG特征响应图置信区域计算出HOG特征响应图和颜色直方图特征响应图的融合权重, 实现HOG和颜色直方图特征的自适应融合。仿真实验采用跟踪基准数据库(OTB-2015)中的100组视频序列进行实验, 对比了5种流行的相关滤波跟踪算法。实验结果表明, 本文算法的综合AUC和精度分别为0.609和0.814, 尤其在光照环境下AUC和精度分别为0.655和0.847, 相比Staple分别提升5.7%和5.6%。本文算法在光照和形变交叉环境下AUC达到0.681。在光照变化、目标形变、背景混乱、尺度变化等场景下, 本文算法具备更优的跟踪性能。

针对欧式距离加权的稀疏子空间聚类在对多个同步运动刚体进行运动分割时不考虑刚体流形结构的局限性, 提出了一种由光流轨迹流形拓扑结构加权的稀疏子空间聚类算法, 在光流轨迹的时空相似度邻接矩阵里计算各轨迹相似度的流形距离并嵌入稀疏子空间字典表达的权值矩阵进行稀疏系数求解, 使得流形距离较近的轨迹优先成为稀疏自表达字典, 从而减少对欧式空间相距较小但不属于同一物体的同步运动刚体轨迹的聚类混叠, 经过同步移动和同步摆动两种情况算法对比实验表明：本文提出算法可以将混叠降低到1%以下,最后, 在双针床经编机贾卡针同步摆动的运动分割结果表明算法具有进一步的工业视觉应用前景。

施工现场光照多变、背景复杂、施工人员形态多样, 给安全帽佩戴情况检测带来很大的困难。针对传统检测方法准确率低、鲁棒性差的问题, 本文提出了一种基于深度学习的安全帽佩戴情况检测方法。该方法以YOLOv2目标检测方法为基础, 对其网络结构进行了改进。首先借鉴了密集连接网络思想, 在原网络中加入了密集块, 实现了多层特征的融合以及浅层低语义信息与深层高语义信息的兼顾, 提高了网络对于小目标检测的敏感性; 然后, 利用MobileNet中的轻量化网络结构对网络进行压缩, 使模型的大小缩减为原来的十分之一, 增加了模型的可用性。采用自制的HelmetWear数据集对改进后的网络模型进行训练和测试, 并将该模型与原YOLOv2和最新的YOLOv3进行了对比, 结果显示：该模型的检测准确率为87.42%, 稍逊色于YOLOv3, 但是其检测速度提升显著, 比YOLOv2和YOLOv3分别提高了37%和215%, 可达148 frame/s。实验表明, 改进后的网络模型能在保证检测准确率的同时, 有效减小参数量, 显著提升检测速度。

为提高TLD算法在广泛场景下跟踪鲁棒性和实时性的问题,本文从跟踪模块和学习模块两个方面对TLD算法进行了改进, 提出引入样本删除机制的TLD粒子群目标跟踪算法。首先, 用基于颜色特征的粒子群目标跟踪算法替代TLD算法中原来的跟踪模块, 增强TLD算法在应对目标出现非刚性形变、尺度变化、旋转、遮挡等情况下的跟踪鲁棒性。接着, 针对TLD算法的学习模块引入样本删除机制, 在跟踪过程中为样本库中正负样本数量分别设定一个阈值, 当正负样本数都达到各自阈值时, 便会启动样本删除机制。然后, 对待分类进入样本库的图像块进行等级评价, 删除对正负样本表征能力都较弱图像块。最后, 将样本库中的正负样本与当前目标进行相似度匹配, 删除对当前目标表征能力低的样本。通过对OTB2013和OTB2015数据集中相关视频序列的实验结果证明, 本文算法的OPE精确度达到0.687, 算法的OPE成功率为0.488, 算法运算效率平均提高了25.71%。基本满足广泛场景下目标跟踪的鲁棒性, 并显著了提高算法运算效率。

点云特征线提取是点云模型重构的基础, 国内外对此从边缘检测、特征线跟踪和面域分析等方面展开了研究, 但由于存在模型多样性、点云数据噪声和不完整性、特征复杂性等问题, 看似简单的特征线自动化提取很难实现。从曲率突变点隐含了点云特征线这一论断出发, 借鉴图像处理中的区域分割和边缘检测思想, 提出了特征线提取中的聚类、细化、分段和排序方案。在具体实现中分别提出了基于连通区域聚类的备选点集分离算法, 基于局部影响区域腐蚀的点集细化算法, 以及基于组合搜索准则和主成分分析(PCA)双向搜索的特征线分支截断和排序算法。在对比实验中, 确定了算法关键参数曲率突变点比例w和方向夹角阈值θT的推荐值, 并与类似算法对比能提取更多的特征点; 在模型实验中, 简单几何模型的特征线提取正确率达到了100%, 复杂机械零件模型和艺术品模型的特征线提取正确率均达到了85%以上, 取得了预想的棱线和特征轮廓线提取效果。算法具有通用性和可扩展性, 通过程序优化可获得更好的特征提取效果。

数字天顶仪是一种通过拍摄星图进行定位的天文仪器, 在采用数字天顶仪拍摄星图时, 由于云层等外部因素会导致拍摄的星图存在星点缺失, 直接影响到仪器的定位精度。为了提高仪器的实用性和对环境的适应性, 本文推导了恒星像点轨迹, 并提出了一种基于恒星像点轨迹的星图填补方法, 该方法构建了缺失星图与相邻两幅星图之间的像点填补模型。实验数据表明, 采用该方法能够对星图进行较好地填补, 通过填补后的星图解算的定位误差在0.01″以内, 使定位精度基本保持了不变。

传统光谱成像系统采用探测器与传统分光元件耦合的方式, 体积较大、定制化能力不足。微/纳光机电系统的快速发展, 为微型化光谱成像系统提供了解决途径。基于表面等离激元学和光学超表面的微纳滤波结构, 可实现像素级的光场调控, 有望替代传统滤波器件并具有与成像系统片上集成的潜力。近年来, 集成了动态或静态滤波结构的光谱成像微系统已崭露头角, 逐渐构建起全新的光谱成像方法, 但在原理机制、器件性能、制造成本、集成装配工艺等方面还有许多需要攻克的难题。本文综述了国内外在像素级微纳滤波结构、滤波和成像器件的集成制造和装配等方面的研究进展, 梳理了光学滤波-探测集成器件的发展脉络, 探讨了其局限性并展望了发展趋势。