高分五号卫星同时搭载了温室气体探测仪(GMI)和大气多角度偏振探测仪,两者在云检测方面各有优势,但是均存在局限。提出了一种基于两者数据的协同云筛选新算法以提高温室气体反演中的云筛选效率。利用该算法检测了全球16 d在轨实测数据中的77581个GMI观测点,筛选出晴空观测点9508个,占比为12.26%。利用融合后的中分辨率成像光谱仪云掩模和卷云反射率数据集,验证了该算法进行云检测的正确率,得到陆地上和海洋上的云检测正确率分别为92.93%和81.91%。

基于成都市2017年9月至12月逐时的气溶胶散射系数和吸收系数观测数据以及该时段同时次GRIMM180环境颗粒物监测仪的监测资料,利用免疫进化算法求解550 nm波长处“干”气溶胶等效复折射率的实部和虚部,探讨了其与主要气溶胶质量浓度指标的相关性。结果发现: “干”气溶胶等效复折射率实部和虚部分别为1.55±0.045和0.022±0.0075。针对“干”气溶胶等效复折射率实部的变化,最重要的质量浓度指标是粒径小于1 μm的颗粒物分别与粒径小于10 μm和2.5 μm颗粒物的质量浓度之比,对应的决定系数分别为0.53和0.21。针对“干”气溶胶等效复折射率虚部的变化,最重要的质量浓度指标是黑碳分别与粒径小于10 μm和2.5 μm颗粒物的质量浓度之比,对应的决定系数分别为0.47和0.42。

针对多轴差分吸收光谱仪重建图像的时间分辨率较低的问题,将成像差分吸收光谱仪技术与非负最小二乘法相结合,提出了一种新的重建二氧化硫(SO₂)气体的空间二维分布的方法。采用Savitzky-Golay滤波器对采样得到的柱浓度数据进行预处理,使用顺序坐标法进行重建,并利用克里金插值平滑重建图像。数值仿真结果表明,重建图像的接近度最低可达0.11。实验结果表明,所提方法从采集数据到完成图像重建的时间为52.37s,适用于捕捉烟羽截面的瞬态浓度,可实时重建SO₂分布。

无衍射光学晶格主要采用函数传递的方式进行数值计算分析,数学模型抽象,程序构建复杂,难以灵活地分析不同光学元件及其缺陷和光路结构对光学晶格物理形成过程的影响。从光路仿真角度出发,提出了一种无衍射光学晶格的分析方法,实现了基础方晶格、最大对称组合基础方晶格、一级稀疏方晶格等典型光学晶格结构的仿真,并验证了光束的无衍射性,说明了该方法的可行性。将该方法应用于光路结构和光学元件特性与光学晶格结构之间的关联分析,有助于探索无衍射二维光学晶格的形成与调控方法,以及潜在应用效果的评估。

针对卫星轨道上空间辐射环境引起的光学相机性能退化问题,采用8晶体管(8T)-全局曝光互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器进行重离子辐照实验。实验结果显示,不同功能模块寄存器发生单粒子翻转,导致输出图像出现不同的异常模式,主要表现为输出图像“卡零”、若干相邻列输出异常、整幅图像“花屏”等。结合器件的不同子电路功能、工艺结构和工作原理,分析重离子入射器件微观作用过程对宏观图像异常模式的影响,深入探讨器件不同功能模块单粒子翻转的敏感性和损伤机理。研究结果可为CMOS图像传感器加固设计、单粒子地面模拟实验方法及标准和评估技术的建立提供重要参考。

在传统pn结红外探测器中,宽带隙阻挡层的引入可以有效降低器件暗电流。采用COMSOL软件对探测器的能带图进行仿真,结果表明,InAsSbP四元合金通过n型或p型掺杂,其能带结构能够实现价带能级的下凹或导带能级的上凸,起到阻挡空穴或电子的作用。通过理论分析和仿真计算,确定了满足阻挡层要求的InAsSbP组分。对于nBip型和pBin型红外探测器,仿真得到了阻挡层的最优厚度和最优掺杂浓度(粒子数浓度),并分析了其偏离最优值时对器件暗电流的影响。对于nBip型探测器,当阻挡层厚度为40 nm、掺杂浓度为2×10 ¹⁸ cm ^-3时,器件开关比最大;对于pBin型探测器,当阻挡层厚度为60 nm、掺杂浓度为4×10 ¹⁷ cm ^-3时,器件的开关比最大。

结合单位矢量法的优点,提出一种适用于相机阵列的空间目标初轨确定(IOD)方法,并给出新的条件方程和具体流程。使用实验室搭建的相机阵列系统对某空间目标进行跟踪,并对帧频为25 Hz、时长为5 min的实测数据进行处理和分析,得到该空间目标在不同观测时长下的IOD结果,并以轨道半长轴的测定精度为主要指标进行精度分析。实验结果表明,在同一观测时长下,所提方法能有效减小IOD误差,提高IOD的可靠性。

针对传统定时同步算法的副峰干扰和低信噪比(SNR)下定时不稳定的问题,提出了一种基于伪随机噪声(PN)序列的定时同步算法。根据PN序列良好的延迟相关性和对称相关性,重新设计了训练序列的结构,并优化了定时度量函数的计算方法。仿真结果表明,改进算法的定时度量估计曲线只存在一个峰值,消除了副峰干扰。在循环前缀为四分之一符号长度与低SNR的情况下,仍可实现准确和稳定的定时。

利用石墨烯独特的吸收特性以及双芯光纤两芯之间的耦合作用,提出并设计了一种基于石墨烯的D型双芯光纤(DTCF)调制器的结构,该结构结合了吸收调制和耦合调制的优势。仿真验证了结构的调制可行性,基于有限元法数值模拟分析了调制器传输模式、两纤芯半径、纤芯距、石墨烯层数、过渡层材料对调制器性能的影响,并通过性能优化最终实现了调制带宽为8.557 GHz、消光比为67.64 dB、半波电压为1.763 V、调制深度为98.75%、插入损耗为1.4 dB、调制器长度为3.07 mm的高性能调制器。

提出了一种基于受激布里渊散射的单双通带可切换的微波光子滤波器。通过改变抽运光与信号光两波长之间的间隔,可实现单通带滤波器与双通带滤波器之间的切换,且通带频率可调。建立了理论模型并进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。实验结果显示,抑制比达30 dB,0~18 GHz范围内的频率响应可调,实验结果与模拟结果相吻合。

安全性低和较高的峰均功率比(PAPR)是正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)系统所面临的主要挑战,为此提出一种基于二维混沌加密的选择性映射(SLM)方案。该方案利用二维Logistic映射分别产生随机交织器和相位序列对OFDM信号进行加扰,达到系统加密的同时降低PAPR的目的。仿真结果显示,与传统SLM算法和原始光OFDM(O-OFDM)信号相比,所提出的方案可分别获得0.5 dB和3.8 dB的PAPR抑制增益。实验证明,7 Gbit/s 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) O-OFDM 加密信号可通过25 km标准单模光纤在强度调制/直接检测OFDM-PON系统中安全传输并且系统误码率性能得到改善。

在高精度视向速度测量系统中,圆形光纤逐渐被多边形光纤替代,结合多边形光纤、透镜和圆形光纤的扰模方案也被陆续提出。通过光线追迹的方法,对圆形、八边形截面的两种光纤以及基于这两种光纤的双光纤扰模器的扰模性能进行了模拟分析。模拟结果表明:虽然圆形光纤有较好的远、近场角向扰模,但是径向扰模效果不佳;八边形光纤的近场径向和角向扰模性能均较优,但远场扰模与圆形光纤没有明显差异;双光纤扰模器能有效提高光纤扰模性能,而使用了八边形光纤的双光纤扰模器的远、近场扰模性能均较优。

制备了导光波带位于近红外1400~1650 nm的硫化铅(PbS)量子点掺杂光子晶体光纤(QD-PCF)。测量了QD-PCF对980 nm抽运光和1550 nm信号光的吸收。在980 nm激光激励下,测量了QD-PCF的光致荧光(PL)光谱,确定了1550 nm中心波长处PL光强最强时的量子点掺杂浓度(质量分数)和光纤长度,发现其PL光强远大于普通单纤芯掺杂的量子点光纤(QDF)。实验发现QD-PCF的PL光强会出现间隔距离较短的多光强峰值,该多光强峰值现象与掺杂浓度有关。对比测量了QD-PCF和未掺杂PCF的带隙,表明量子点掺杂没有改变PCF的带隙分布。测量了QD-PCF的抽运激励阈值和抽运饱和功率,其抽运阈值功率与QDF接近,抽运饱和功率大于QDF,这与QD-PCF有较大的光纤截面以及较高的量子点掺杂浓度有关。

针对光纤偏振随机偏转的问题,提出了一种受激布里渊散射瞬时频率测量技术的优化方案。对比分析了单模光纤和保偏光纤用于实现受激布里渊散射瞬时频率测量的特性差异。实验结果表明:与单模光纤相比,保偏光纤中的偏振随机偏转现象得到有效抑制,测量系统的频率分辨率由225 MHz提高至90 MHz。

建立了包含镜面反射分量的毫米波全息成像中的部分发育散斑模型。将部分发育的散斑模型与毫米波全息成像的卷积过程相结合,推导了等效散射中心个数,建立了散斑对比度与高斯粗糙面均方根高度、相关长度和成像分辨率的关系。基于近场物理光学法,对随机粗糙面的毫米波全息散斑图样进行了蒙特卡罗仿真和散斑对比度分析。结果表明,当等效散射中心个数较少时,该模型与随机积分法及仿真所估计的散斑对比度一致,优于传统模型的估计结果。

提出了一种对姿态稳健的鼻尖点快速定位算法。在局部基准坐标(LRF)下计算顶点的平面距离能量,并设计了一种新的迭代筛选算法,计算得到候选点;计算候选点集中的每个顶点在人脸三维矢量场中的散度,将散度值最大的顶点作为鼻尖点。在FRGC v2.0和Bosphorus人脸库上对算法进行验证,在Bosphorus库上最终平均每张人脸定位仅耗时0.62 s,在FRGC v2.0库上的定位准确率为95.6%。最后与当前其他算法进行对比,所提算法在速度和精度上均取得了较好的结果。实验结果证明所提算法不仅有望达到实时处理的要求,还具有较高的准确率,且对人脸姿态变化具有稳健性。

针对全空间仿射不变(ASIFT)算法在解决大视角场景下的图像匹配问题时存在稳健性差、匹配效率低的缺点,提出了一种新的图像匹配算法。采用非线性扩散滤波代替高斯线性滤波对图像进行预处理,以提高检测到的特征点的稳健性;在图像模拟变换过程中采用掩模算子对有效区域进行标记,以提高特征点检测效率。根据视角模拟变换原理,提取特征点不同视角变换下的邻域信息,提出了多视角最近邻匹配与加权匹配规则,建立了多视角描述子,提升了匹配效率。实验结果证明,相比现有的特征匹配算法,所提算法不仅对视角变化具有很好的稳健性,还提高了图像匹配效率与准确度。

构建了一种基于多路并行探测提高光子计数关联成像质量的方案,分析了其成像性能,并通过数值模拟验证了其有效性。探讨了探测路数、回波信号平均光子数和辐照散斑场的稀疏度对成像质量的影响。数值模拟结果表明,该方案下的关联成像质量与探测路数成正相关,随着回波信号平均光子数和辐照散斑场稀疏度的增加,成像质量先提升后降低。

为满足航空航天载荷宽谱段、小型化的探测需求,提出一种双通道曲面棱镜高光谱成像系统的设计方法,实现单台光谱成像仪可同时覆盖可见光和短波红外两个波段。可见光和短波红外两个通道共用一个离轴三反前置成像系统和部分光谱系统,通过在像面前放置的分色片进行分光,使得可见光由分色片全部反射,短波红外由分色片全部透射,反射光和透射光分别被不同的探测器接收。根据此方法设计了谱段范围为420~2500 nm的双通道光谱成像系统。结果表明,该系统结构简单,光学成像性能良好,光学总长度小于350 mm。与传统的宽谱段光谱成像方法相比,该方法可以满足系统的小型化和低成本需求,适用于航空航天遥感应用。

X光傅里叶变换鬼成像(FGI)有望实现台式纳米级显微系统,但其光源为小型化实验室X光源,单色性较差,难以直接获取高质量的样品衍射谱。针对这一问题,进行了非单色光FGI理论推导和数值模拟分析,阐明了非单色光源对衍射谱失真的影响机制,并在此基础上提出了衍射谱校正方法。基于不同波长对应的衍射谱之间的尺度变换关系,可以建立样品衍射谱与非单色光强度关联函数之间的矩阵方程,从而解算出样品衍射谱。

从大气辐射传输模型正演和反演两个角度,探究CO₂观测时地表高程的敏感性。SRTM地表高程数据表明,在北京附近的平原地区,卫星指向不准导致的地表高程均值的误差较小,在偏移量为0.1~10.0 km的情况下,误差极大值约为10 m;而在北京附近山区以及平原与山区交界区内,地表高程均值的误差较大,误差极大值分别为713.98,515.61 m。CO₂反演结果表明:高程值每变化100 m,CO₂柱浓度偏差为3.29×10 ^-6;在大气CO₂高精度反演中,地表高程偏差是一个关键因素。

提出了基于双重约束函数的无重叠图像期间的颤振估计算法。建立了视差图像与低频颤振相结合的双重约束函数,以评价无重叠图像期间颤振曲线的平滑度;采用共轭梯度法筛选颤振曲线平滑度最优解,并以此作为无重叠图像期间颤振的最佳估计;建立了无重叠图像期间与重叠图像期间颤振之间的函数关系式。以我国XX-1号可见光详查相机为例进行实验,颤振探测结果在被测颤振的频率既不等于也不接近特征频率的整数倍处具备有效性,证明了所提算法能够对无重叠图像期间非特征频率整数倍及其附近处的颤振进行有效探测。

介绍了激光干涉技术用于诊断等离子体的基本原理、实验装置及图像处理方法等,通过Mach-Zehnder激光干涉仪诊断了空气开关等离子体。结果表明,该实验装置能够获得高质量的干涉图。通过对干涉图的数值处理,重建了等离子体电子密度的三维分布。空气开关放电后75 ns时刻,等离子体的平均电子密度为2×10 ¹⁸ cm ^-3,电子温度为0.11 eV,等离子体半径为1.1 mm,扩散速度为1.4×10 ⁴ m/s。

通过测量光热振荡周期可以检测出CaF₂光学微谐振腔腔体与环境之间的热耗散率,然而多个振荡周期与热耗散率呈非线性关系,无法利用某个振荡周期值有效测量热耗散率。使用一种基于反向传播人工神经网络的传感数据测量模型,通过测量振荡周期值,实现了热耗散率的有效测量,优化了神经网络参数,提高了热耗散率测量精度。数值仿真结果表明,该方法可有效测量CaF₂光学微谐振腔的热耗散率,对实现基于光学微腔的热参量探测具有重要意义。

以O₃在8.823 μm波段的辐射为探测源,通过干涉仪获取其精细光谱的多普勒频移反演,是平流层风场探测的重要途径。鉴于此,通过对O₃临边辐射光谱特性进行分析,确定了最佳的目标谱线;利用三级红外Fabry-Perot标准具联合滤光,实现了目标谱线的提取;通过建立Michelson干涉仪数值模型,得到了临边观测情况下白天及夜间工作时的四步进干涉图像;通过误差分析,论证了15~45 km范围内,白天及晚上的视向风测量误差均在1~2 m/s范围内。因此,以O₃辐射为探测源的Michelson干涉仪可以实现平流层风场的全球全天时探测。

基于施密特系统的基本原理,设计了一种用于光谱仪消像差的施密特校正板,得到了该校正板的面形方程和面形图。利用ZEMAX软件模拟和分析了加入施密特校正板前后光谱仪系统的成像特性。结果表明:波长为350,550,700 nm时,原始光谱仪像面点斑的均方根(RMS)半径分别为515.843,563.074,885.820 μm,而带有施密特校正板光谱仪像面点斑的RMS半径分别为287.441,252.774,511.816 μm。施密特校正板使点斑尺寸在波长为350,550,700 nm时,分别缩小了44.28%、55.11%、42.23%。所提出的施密特校正板设计方法为改善光谱仪的分辨率提供了技术参考。

提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100 nm、两圆间距为200 nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000 nm,工作范围可增大到2500 nm。

为提高金属材料表面涂层的耐磨性,采用激光熔覆工艺制备了Al₂O₃增强Fe901金属陶瓷复合涂层,研究了Al₂O₃陶瓷增强相对Fe基熔覆层组织与性能的影响。利用扫描电镜和X射线衍射仪检测了复合涂层的微观组织和物相;采用显微硬度仪和摩擦磨损试验机分析了复合涂层的显微硬度与耐磨性。结果表明: Fe901涂层的组织以柱状枝晶和等轴枝晶为主,添加的Al₂O₃可促使涂层组织转变为均匀的白色网状晶间组织及其包裹的细小黑色晶粒;复合涂层中的Al₂O₃陶瓷颗粒表面发生微熔,与Fe、Cr结合生成Fe₃Al及(Al, Fe)₄Cr金属间化合物,起到增加Al₂O₃陶瓷颗粒与金属黏结相结合强度的作用;当Al₂O₃陶瓷颗粒的质量分数为10%时,复合涂层的显微硬度较Fe901涂层增加了16.4%,复合涂层的摩擦磨损质量损失较Fe901涂层降低了50%;添加适量的Al₂O₃陶瓷有助于提高涂层的显微硬度及耐磨性。

报道了一种激光二极管端面连续抽运的稳定单频主动调Q Nd∶YVO₄激光器。采用RBG与标准具组合的方式获得了稳定的高功率单频激光输出。RBG既作为输出耦合镜,又作为纵模选择元件,与标准具组合可进一步抑制多纵模,增长谐振腔的光学腔长,获得高功率输出。通过优化标准具的倾斜角度,可使标准具与RBG的中心波长匹配,并减小腔内插入损耗。最终在物理腔长为148.7 mm的条件下,获得了功率为750 mW,脉冲能量为75 μJ@10 kHz,脉宽为8.3 ns的稳定的高功率单频激光输出。

提出了一种适应场景广泛的基于皮肤表面“振动信号”的多摄像头人体识别定位方法。提出了同一人体皮肤表面“振动信号”在多摄像头下具有同步性而不同人体皮肤表面 “振动信号”具有差异性的原理,并通过实验进行了验证。基于肤色区域跟踪技术,实现了多摄像头下的人体皮肤表面“振动信号”的获取;基于其差异性和同步性原理及余弦相似度,实现了人体识别;并通过多摄像头坐标计算实现了多摄像头人体定位,最大定位距离误差为61.01 cm。

针对现实场景中跟踪目标的光照变化、尺度变化、遮挡等问题,提出了一种基于通道可靠性的多尺度背景感知相关滤波跟踪算法。通过提取方向梯度直方图特征、灰度特征和颜色属性特征作为目标表观模型,提高了目标跟踪方法在复杂场景中的稳健性;独立训练每个通道的背景感知相关滤波器,采用通道可靠性系数衡量每个通道响应图的置信度;根据所有通道的响应图和可靠性系数,合成多通道背景感知相关滤波跟踪器的最终响应图,对目标进行精确定位;运用尺度池方法估计目标的最优位置和尺度。实验结果表明:与现有跟踪算法相比,所提算法可以有效地处理光照变化、尺度变化、遮挡等复杂因素的干扰,取得较高的跟踪精度和成功率,其整体性能优于其他算法。

为高通量地计算农作物株高,克服传统测量方法低效、耗时耗力等不足, 以抗线9号、13号和富豆6号寒地大豆为研究对象,构建了基于Kinect 2.0的大豆冠层图像同步采集平台,并在三维重建大豆冠层结构形态的基础上,提出了基于深度信息的个体和群体大豆株高计算方法。实验结果表明,与实测值相比,计算得到的个体和群体大豆株高的平均误差分别为0.14 cm和0.54 cm,抗线9号、13号和富豆6号株高计算值与实测值之间的决定系数依次为0.9717,0.9730,0.9697。所提方法能够较为精确地计算大豆植株的株高特征。

在量子力学的微扰理论框架下,利用微扰法求解得到了1+2维强非局域非线性介质——铅玻璃中二阶微扰修正的“类拉盖尔高斯型”涡旋孤子的近似解析解。从非局域非线性薛定谔方程(NNLSE)出发,以铅玻璃中的真实折射率与Snyder-Mitchell(SM)模型中描述的抛物线型折射率的差值为微扰,以SM模型中的拉盖尔高斯孤子解为基态解,求得了铅玻璃材料中二阶微扰修正的“类拉盖尔高斯型”涡旋孤子的解析解。拓扑荷值分别为1、2、3、4的微扰修正的“类拉盖尔高斯型”光孤子比未加微扰的拉盖尔高斯型光孤子更稳定,非常接近孤子真解的传输行为。

基于最小二乘法,利用面积加权的平均运动推导出了光学元件的表面平均刚体运动方程。基于微振动进行了光学系统调制传递函数(MTF)的影响分析,计算了相应的像移量及对应的系统光轴偏转角。利用刚体运动方程对频率响应分析数据进行了处理。根据系统光轴偏转角要求反推了光电载荷安装面的微振动量级要求。通过定频微振动实验实时测试了系统MTF。结果表明,分析结果与测试数据的误差均在20%以内,满足工程应用的要求,并验证了该计算方法的正确性。

对具有迟滞补偿的单压电变形镜的闭环校正性能进行了研究。提出了基于Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型的变形镜闭环控制算法,搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,分别进行了静态像差和动态像差的闭环校正实验。实验结果表明:在静态像差的闭环校正中,迟滞消除算法比未消除算法具有更快的校正速度;对于波前像差均方根的平均值为168 nm的动态像差,校正后的残差从消除前的33 nm降低到校正后的25 nm,证明了所提算法可有效应用于压电变形镜自适应光学系统。

以微型、低成本的PIN光电二极管为光电探测元件,研制了微型一氧化氮化学发光传感器;选取Si探测器和InGaAs探测器的5种光电元件,考察其与一氧化氮发光光谱响应及噪声的关系。结果表明:边长为1.2 mm的正方形Si探测器响应灵敏,暗电流噪声低,信噪比最低;设计的小型光腔实现了微量一氧化氮(体积分数为2×10 ^-6~2×10 ^-4)的测量,线性度为0.9993;整个系统的响应时间为0.13 s,传感器的质量小于50 g,非常适合用于工业污染源一氧化氮气体的在线监测。

基于不同的边界条件,建立了针对带锥度盲孔的空间相机反射镜组件胶层厚度的计算模型,利用力学模型计算粘接处符合设计要求的胶层厚度范围。通过建立的有限元模型,计算并拟合得到相应的胶层厚度-应力曲线,得出最优的胶层厚度为0.055 mm。为了检验粘接结构的面形精度,进行了自重、温升条件下的反射镜组件镜面变化的模拟分析,采用温度载荷法模拟实际固化后胶层收缩对镜面的影响,并进行组件试验。仿真和试验结果表明,胶层厚度在0.055 mm时反射镜组件具有足够的抵抗外界温变、振动干扰的能力,满足设计要求。

针对量子点发光二极管空穴传输层和电子传输层的迁移率差异而导致的电荷不平衡问题,将具有最低未占分子轨道高能级的有机聚合物Spiro-OMeTAD薄膜放置在空穴传输层与量子点发光层之间,阻挡过剩电子由量子点发光层向空穴传输层的传输,促进器件的电荷平衡,制备出一种高效的新型绿色量子点发光二极管。结果表明:相比于传统器件,新型绿色量子点发光二极管器件的外部量子效率提升了87%,达到11.87%,亮度提升了106%,达到53055 cd/m ²;阻挡过剩电子的传输可以显著改善器件中的电荷不平衡现象。

在连续变量量子密钥分发(CVQKD)多维数据协调过程中,低密度奇偶校验码(LDPC)的纠错性能直接影响协调效率和传输距离。构造了一种双边类型的低密度奇偶校验码(TET-LDPC),引入了类似于重复累积码中的累积结构以提高其纠错性能,在多维数据协调算法中得到了更小的收敛信噪比、更高的协调效率以及更远的传输距离。仿真结果表明:当TET-LDPC的码率为0.5,分组码长为2×10 ⁵时,收敛信噪比降至1.02 dB,协调效率达到了98.58%,安全密钥率达到17.61 kb/s, CVQKD系统的传输距离提高为44.9 km。

为提高小型机载光电平台的目标定位精度,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的目标定位算法。根据机载光电平台锁定跟踪目标的特性,对同一目标进行多次测量。依据组合导航系统测量的载机位置、姿态信息及位置编码器测量的框架角位置信息,结合地球椭球模型确定目标的视轴指向。建立状态方程和测量方程,利用扩展卡尔曼滤波对目标的地理位置进行估计。采用蒙特卡罗法分析了测量误差对目标定位精度的影响,仿真结果显示:所提算法的精度较高,稳健性较高。采用飞行试验验证了该算法的有效性,当飞行高度为4300 m时,目标定位精度优于15 m。与基于地球椭球模型的算法相比,所提算法的目标定位精度明显提高。

利用布设在敦煌辐射校正场的自动化观测设备,对Hyperion高光谱遥感器开展定标试验;详细描述自动化定标的原理和方法,明确定标流程;针对高光谱遥感器的特点建立参考反射率数据库,以解决通道反射率与参考反射率光谱形状不匹配的问题;在2016年10月至2017年4月期间,对Hyperion高光谱遥感器共完成4次有效的自动化定标试验,并将试验结果与Hyperion高光谱遥感器观测的表观辐亮度进行比对验证。结果表明:在420~1044 nm光谱范围内,场地自动化定标得到的表观辐亮度与卫星观测的表观辐亮度的相对偏差小于5%,标准方差小于2.3%;场地自动化定标结果与高光谱星上观测结果具有较高的一致性和稳定性。所提方法可以应用于高光谱遥感器的高频次在轨辐射定标。

城市环境中的精确定位是自动驾驶领域的重点和难点,现有的激光雷达定位算法虽然能够在多数情况下保持较高的精度,但在一些比较复杂的城市动态场景中仍存在问题。针对这类场景中遮挡导致的全球定位系统定位精度下降,以及运动目标和环境变化导致的有效点云特征减少的问题,提出一个新的概率定位框架;该框架使用核密度估计的方法对改进后的多层次随机采样一致性算法和直方图滤波算法进行融合,以有效克服多层次随机采样一致性算法在部分场景中的定位波动问题,以及直方图滤波算法在位姿误差较大时的效率低下和局部最优问题。结果表明:所提框架在保证定位精度的前提下,提升了对动态密集场景的适用性,能够在现有算法容易出错的场景中实现更加稳定精确的定位,并能够容忍更大的初始位姿误差。

为了实现对高光谱图像的分类,提出了一种基于多特征和改进稀疏表示的方法——MFISR。从高光谱图像中提取光谱特征、Gabor特征和局部二值模式(LBP)特征,求解稀疏系数,同时增加一个2范式约束,利用所得系数得到每个测试像素的最终类别标签。实验结果表明:所提MFISR方法对小样本的检测效果显著,分类性能稳定且较优。

基于可见光红外成像辐射仪多波段、宽覆盖、长重访周期的特点,以及云层在可见光到热红外通道的分布及变化特性,提出了一种适用于可见光红外成像辐射仪数据的改进的动态阈值云检测算法;通过遥感目视解译的方法对云检测结果进行精度验证,并与通用动态阈值云检测算法、可见光红外成像辐射仪云掩膜产品的结果进行对比。结果表明:所提算法能以较高的精度识别不同地表上空的云层,平均总体精度为93.23%,平均Kappa系数为0.821,对薄、碎云的整体识别精度得到了明显提高,错分和漏分误差明显减小;所提算法的云检测结果整体优于通用动态阈值云检测算法和可见光红外成像辐射仪云掩膜产品的云检测结果。

基于经验模态分解(EMD),提出了一种改进的永久散射体(PS)探测方法。对干涉图进行多尺度分解,基于梯度的自适应滤波对分解的本征模函数中的噪声进行低信噪比区域强滤波和高信噪比区域弱滤波,估算滤波后各PS候选(PSC)点的噪声相位。基于各PSC点的幅度和相位稳定性,对选取的PSC点的相位信息进行分析,判断其作为PS点的概率,进而选取可靠的PS点。实验结果表明:与传统的PS点选取方法相比,所提方法避免了探测过程中PS点的误判和漏判,准确性更高。

提出一种基于偏振辐射图融合的太阳耀光抑制方法。采用同时偏振成像技术对耀光水面进行偏振测量,获得0°、45°、90° 3个方向的偏振辐射图。在耀光受到最强抑制的偏振辐射图中选择残留强耀光区域,计算其Stokes参量,生成区域耀光抑制偏振辐射图。将所选偏振辐射图与区域耀光抑制偏振辐射图融合,进一步抑制耀光强度。室内实验结果表明,该方法可有效抑制耀光,消除图像的饱和像素,获得的融合图的亮度比强度图更加均匀,目标细节和轮廓信息更清晰,目标相对耀光背景的对比度显著提高。

针对化学方法会破坏指纹样本的问题,提出了一种紫外成像的光学方法。基于氨基酸和尿素的相对浓度关系以及散射光谱曲线理论,推导了指纹在不同紫外波段的辐亮度比值与时间关系的数学模型。搭建了一套紫外多光谱成像设备,在3个紫外波段对指纹进行了无损提取。对不同波段指纹图像的DN值进行反演分析,得到了不同波段的DN值之比与指纹遗留时间之间的关系。实验结果表明:各紫外波段的DN值之比仅与时间有关,与指纹个体差异无关。指纹老化曲线拟合的表达式与推导的数学模型一致,验证了紫外多光谱成像对指纹遗留时间评估的可行性,为无损指纹测龄提供了一种重要的分析方法。

基于荧光检测机理,将平行因子与支持向量机(SVM)算法相结合,对多环芳烃中的苊、芴和萘进行检测。将荧光光谱数据预处理后作为训练集,输入到粒子群优化的SVM算法中建立分类模型;利用核一致性分析、残差平方和分析以及迭代次数分析方法确定成分数;采用得到的最佳成分数进行平行因子分解,将得到的发射载荷矩阵作为测试集输入到SVM的分类模型中,分类正确率为100%,最终得到苊、芴和萘的回收率分别为100.45%±6.25%、100.10%±6.39%和95.07%±7.46%。所用算法避免了人为操作增加的时间复杂性及主观因素造成的误差,为多环芳烃的荧光检测提供了一种新方法。

在开放光路条件下,污染气体与大气成分的光谱特征相互混叠,难以直接对污染气体进行识别。提出了一种自适应特征提取算法,预先生成各种大气条件下的光谱特征,利用Lasso算法进行快速特征优选,选择最优目标/背景组合重构背景光谱,提取目标特征。为了验证所提算法的有效性,开展了不同背景下的甲烷遥测实验、不同相对湿度条件下的氨气遥测实验,以及室内近距离乙烯探测实验。将所提算法与Harig算法进行对比,结果表明:所提算法能更好地扣除背景,具有较强的实用性。

采用磁控溅射镀膜仪制备了基于过渡金属W和介质SiO₂的6层薄膜样品,膜系结构为Cu (>100.0 nm)/SiO₂(63.5 nm)/W(11.0 nm)/SiO₂(60.0 nm)/W(5.4 nm)/SiO₂(75.5 nm)。在250~2500 nm的波长范围内,该样品的太阳光吸收率为95.3%,且在400 ℃低真空(6 Pa)条件下退火72 h之后,样品的反射光谱特性变化较小,证明了该样品具有极高的热稳定性。使用红外热成像仪对样品的红外辐射特性进行了在位实时表征,结果表明样品具有低辐射特性。这些优良的特性有利于该样品在太阳能光热转换中的应用。

提出了一种基于暗通道图像质心偏移量的去雾算法。该算法对雾天图像暗通道进行了聚类分析,按场景划分图像并分析和计算了每个场景暗通道图像的质心偏移量,以用于场景的透射率修正。结合四叉树搜索算法,提出了基于景深阶跃图的大气光值估计方法,使估算大气光值的位置不受白色或平坦物体的影响而落到景深较大的区域。实验结果表明,所提算法能有效地恢复明亮区域的原本色调和细节信息,复原图像亮度适宜且颜色自然。在主观上,复原图像有较好的视觉效果;在客观上,所提算法的复原图像评价指标整体优于暗通道先验算法。

基于双目视差的光栅式自由立体显示器技术已逐步成熟,为了定量研究颜色对自由立体显示器视觉舒适度的影响,需要对显示器进行颜色特性化。实验研究了一台彩色有源矩阵薄膜液晶光栅式自由立体显示器的通道独立性、色品恒定性和颜色特性化精度。结果显示:该显示器在三维(3D)模式下的通道独立性较差,而在二维(2D)模式下的通道独立性非常好;无论3D还是2D模式,该显示器的色品恒定性均非常好;该显示器3D和2D模式下增益-偏置-伽玛(GOG)模型的特性化精度分别为3.64和0.99Δ E*ab(CIELAB 色差),查找表(LUT)模型的精度分别为2.36和0.65Δ E*ab。显示器在3D模式下受到串扰的影响,因此其颜色特性化精度低于2D模式,其中LUT 方法的特性化精度可基本达到颜色视觉实验的要求,但要实现立体显示下的颜色精确预测或控制,还需要寻找其他更高精度的特性化方法。