利用高斯拟合函数确定了小发散角LED的类高斯发光模式，并根据光辐射特性和发光模式建立了LED直视信道模型.实际测量了服从朗伯、类高斯发光模式的多种多波段LED的接收光功率与信道参数的关系.实验结果表明，接收光功率的实测值与信道直流增益计算的理论值的平均相对误差小于±6%，该结果验证了本文提出的直视信道模型的正确性.

提出了一种使用基于氧化石墨烯修饰包层腐蚀型长周期光纤光栅应用于检测禽流感病毒的免疫传感器.氧化石墨烯通过氢键结合在包层腐蚀型长周期光纤光栅表面上，并通过共价键将禽流感病毒单克隆抗体与氧化石墨烯表面的羧基相结合.利用氧化石墨烯上吸附的禽流感病毒单克隆抗体与禽流感病毒抗原的特异性结合引起的长周期光纤光栅谐振波长变化进行检测.结果表明，该氧化石墨烯修饰包层腐蚀型长周期光纤光栅免疫传感器对禽流感病毒的检测极限为40 ng/mL，传感器的解离常数为~1.6×10^-7 mol/L，检测范围为40 ng/mL~200 μg/mL.通过对禽流感病毒空白尿囊液、禽流感病毒尿囊液和新城疫病毒尿囊液进行检测，表明免疫传感器具有良好的特异性和临床性.该免疫传感器具有应用于禽流感病毒的快速和早期诊断的可能.

基于深度相机和人眼检测模型实时返回观察者眼睛的位置坐标，利用坐标转换模型计算合理的显示区域，通过颜色传感器的颜色分量数据估计环境色温和亮度；根据提前标定的显示参数映射表调整显示状态，使其最接近环境光的色彩表现。搭建了场景融合实验系统，系统分为位置监测相机、图像采集相机、颜色传感器、显示设备、处理器五部分.分别在色温为6 354 K，照度为160 lx的室内场景和色温为6 197 K，照度为848 lx的室外场景下进行融合实验.实验结果表明，场景融合方案能够为不同位置的观察者调整显示画面，并根据环境光信息改变显示参数，融合效果优良，单次执行仅需283 ms.

针对应用常规红外图像非均匀性校正方法在变积分时间时，图像灰度值会发生改变的现象，提出了一种适应积分时间调整的红外图像非均匀性校正方法.该方法将不同积分时间、不同温度的黑体定标数据和对应的理论红外辐射量整合为一个整体数据库，借助神经网络损失函数和误差反向传递机制，对模型中的校正系数进行学习.训练得到的校正网络能在红外相机积分时间实时调整过程中，保证图像均匀地稳定输出，对后端红外图像处理有着重要意义，并验证训练该网络不需要大量定标数据.而针对红外探测器响应漂移的现象，则提出了在线修正校正系数的方法以有效应对.

针对传统基于人类视觉系统的检测方法在复杂背景下容易造成检测虚警的问题，提出一种基于双层局部对比度的红外弱小目标检测方法.首先，通过双层对角灰度差对比度分析机制，充分利用小目标局部对比度的先验信息，提高目标对比度的同时抑制背景杂波及噪声；之后，利用自适应阈值分割法获取待检测的真实目标.实验结果表明，与主流基于人类视觉系统的检测方法相比，所提方法的背景抑制因子平均提高9.3倍以上，信杂比率增益平均提高7.8倍以上，在不同的复杂场景下均具有更好的检测性能.

机载相机在上升过程中，由于温度降低和镜头各部分材料的导热率大小不同，镜头部分会产生温度梯度，从而导致非球面光学系统产生梯度折射率.利用有限元分析软件对镜头部分进行瞬态热分析以模拟机载相机上升过程中温度的变化情况，将有限元分析不同时间节点温度分布结果导入编写的折射率梯度系数拟合程序，将所求解的梯度折射率系数通过镜面类型接口在光学软件中建立光学系统模型，利用点列图的弥散斑半径评价不同时间节点梯度折射率对成像质量的影响.结果表明，机载相机刚升入工作高度时温度梯度最大，对成像质量影响也最严重，梯度折射率系数随着温度梯度系数的降低而降低，同时成像质量提高，该结果对光学系统的设计具有指导意义.

提出了一种无需全息计算和相干照明的衍射投影方法和投影系统，利用非相干的准直LED光源和傅里叶变换透镜取代全息迭代计算获得被投影图像的空间频谱，再利用空间频谱在自由空间中的瑞利索墨菲衍射实现了小投射比、无限景深的图像投影.详细推导了投影方法的成像过程，解析了投影系统的强度脉冲响应函数.实验搭建了一套非全息衍射投影系统，对投影过程中产生的像差和亮度不均匀进行矫正，获得了无相干噪音的高品质衍射图像，实现了投射比为0.87的无限景深的衍射投影.在相距大于800 mm的不同深度平面上同时获得了清晰的投影图像，从而验证了方法的可行性.该投影方法和系统在球幕投影、任意曲面屏幕投影和增强现实投影等领域具有潜在的应用.

为了提高飞轮与整星耦合特性影响成像像移理论预估的精度，提出了一种星上飞轮安装刚度和阻尼参数的数值补偿算法.首先，建立补偿算法数学模型，基于飞轮径向摇摆模态以及线性整星微振动传递函数模型，通过联合飞轮在专用测量平台上的扰振实测数据以及星上安装后所致成像像移实测数据构建优化函数，实现对星上飞轮安装刚度以及阻尼参数的补偿.其次，采用该算法对某型号卫星上的飞轮安装刚度以及阻尼进行了补偿和估计，最后对参数补偿前后的飞轮扰振所致像移分别进行理论预估与对比.对比结果表明：参数补偿后的预估像移数据较补偿前预估像移数据更接近实测像移数据且径向摇摆模态固有频率曲线更加明显，证明此参数补偿算法可行.本研究显著降低了整星微振动分析过程中飞轮在星上安装刚度与测试平台安装刚度不一致所带来的分析误差，为飞轮与整星耦合特性安装等效参数求解提供了一种思路.

利用单相机所采集的图像实现了对光滑高反射表面面形的直接检测.首先利用相机获取参考平面在标准平面镜中的镜像，然后通过参考平面上的点与归一化成像平面上图像点之间的密集折返对应关系，求得待测镜面的深度距离，从而实现对高反射表面面形的测量.通过光线追迹将该测量过程转化为求解物空间中关于两对应光线束之间的相交问题.以相位为载体获取面形梯度分布，求得该表面的法向量场，并求解相应的反射光线束.通过光线追迹对该光线束与相应入射光线束求“交点”检测高反射表面.对标准平面镜进行实验检测，测量得到的面形平面度为0.19 mm.采用传统方法与本文所提方法对汽车后视镜进行检测，所得检测结果对应点之间的平均距离为0.15 mm，验证了本文方法检测镜面面形的有效性.

为了提高仪器的工作效率，在数字天顶仪定位的基础上开展了定向方法的研究，构建了识别星点的坐标转换模型.从坐标转换模型出发，分析了仪器倾斜及光轴倾斜等因素对恒星像点图像坐标的影响，研究了焦距值及光轴指向的天文坐标对恒星理论坐标的影响，并在坐标转换的基础上建立了定向模型.试验结果表明，单组星图的定向精度均在5″以内，定向精度较高，能够满足实际条件下对定向精度的要求.

针对于缺少基于天基光学观测的空间目标姿态估计的问题，提出将无味卡尔曼滤波应用于基于天基光学观测的地球同步轨道目标姿态估计中.以光学横截面积代替星等作为观测量，提高观测方程的线性化水平，实现观测方程的简化；同时建立基于改进Phong模型的光学横截面积观测模型，在提高观测方程描述能力的同时，以角度作为模型的输入，极大地简化了计算，增强了实时性.最后，以贴敷聚酰亚胺薄膜及朗伯体材质的长方体为例，对比分析了姿态估计情况，验证了所提方法的有效性；并进一步对正六棱柱、正八棱柱进行了姿态估计.

为了抑制地面标定与在轨工况差异引入的低频误差，提出了一种低频误差在轨补偿方法，基于地面标定求得主点、焦距初始值与畸变系数，筛选出符合条件的星对，以星对角距误差最小为准则，基于扩展卡尔曼滤波方法，实时更新星敏感器的焦距值.与现有的多参数同时更新方法相比，该方法具有更快的收敛速度与更高的鲁棒性.多次观星试验和在轨飞行验证了本方法的有效性，星对角距误差均值减小90%以上，低频误差减小40%以上.

为了探究角锥棱镜谐振腔激光模式，以角锥-平面镜腔为例，将角锥棱镜等效为衍射光栅，考虑角锥镜棱宽在谐振腔中的衍射效应以及二面角误差引起的附加相位分布对谐振腔激光模式的影响，在光学谐振腔理论的基础上，建立了求解本征模式的理论分析模型.采用快速傅里叶法数值模拟不同腔长、角锥镜棱宽和二面角误差情况下该无源谐振腔激光输出模式分布情况.结果表明，在腔长30 cm、角锥镜棱宽小于75 μm、二面角误差在-10'~5'之间时，可实现光斑完整的圆形分布输出模式，且有较好的光束质量；棱宽不小于0.4 mm，二面角误差在-40'~10'之间时，光斑为TEM₀₃阶横模，光场呈六瓣分布；当角锥镜棱宽为0.4 mm、二面角误差为3'，腔长从30~90 cm范围内增加时，该谐振腔输出的激光模式从TEM₀₃转换成TEM₁₀.

针对K₂CsSb光电阴极生长过程中可能存在的K₃Sb、K₂CsSb和Cs₃Sb三种化合物，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，分别建立这三种锑化物阴极材料的立方结构体模型和（111）表面模型，获得了其电子结构与光学性质.对于体模型，计算得到了能带结构、态密度和光学性质，而对于表面模型，计算得到了功函数、光学性质和表面能.结果表明，三种锑化物阴极在中微子与闪烁体作用辐射能量范围（2.4~3.2 eV）内，K₂CsSb体材料的吸收系数和反射率与Cs₃Sb、K₃Sb体材料相近，而K₂CsSb（111）表面的吸收系数和反射率低于其他两种阴极的（111）表面.此外，K₃Sb的禁带宽度最小、功函数最大且表面能最大，Cs₃Sb的表面能最小，其功函数与K₂CsSb相近但禁带宽度比K₂CsSb小，而K₂CsSb禁带宽度最大，功函数和表面能都较小，因此K₂CsSb阴极在蓝紫光波段适合作为一种稳定高效的光电发射材料.

以双极性材料4，4'-bis（carbazol-9-yl）biphenyl（CBP）为主体，绿色热激活延迟荧光材料（4s，6s）-2，4，5，6-tetra（9H-carbazol-9-yl）isophthalonitrile（4CzIPN）为客体，制备了一种多层有机发光二极管.通过改变4CzIPN的掺杂浓度，研究了掺杂浓度对器件光电性能及稳定性的影响，发现4CzIPN掺杂浓度为12%时器件性能最佳.通过设计正向恒流反向恒压的交流驱动电路并对交流驱动电路参数进行优化，研究了驱动方式对延迟荧光有机发光二极管寿命的影响，揭示了交流驱动参数对延迟荧光器件寿命的影响规律.研究表明，基于热激活延迟荧光的有机发光二极管在使用频率为50 Hz，反向偏压为0 mV，50%占空比的交流驱动时，可获得更高的器件寿命.通过比较直流驱动和交流驱动下相同器件的寿命曲线，发现使用交流驱动时器件寿命是直流驱动时的1.5倍左右.

采用热注入法制备空气稳定性良好的CsPbBrI₂量子点，以375 nm的脉冲激光作为激发光源研究其光致发光性能.通过旋涂的方式制备相应薄膜，将其作为光敏层应用到光探测器，并对器件的光电子性能和稳定性进行详细研究.结果表明：CsPbBrI₂量子点在635 nm附近有强烈的荧光效应，光谱发光峰较窄，半峰宽约为35 nm.CsPbBrI₂量子点禁带宽度为1.90 eV，制备的探测器光检测带宽从紫外光260 nm到红光650 nm，光响应度为0.26 A/W，高开/关比高达10⁴，上升/衰减时间为3.5 ms/3.5 ms.在25℃，湿度在25%~35%大气环境下存储60天，性能与初始值相比几乎没有变化.CsPbBrI₂量子点具有优异的稳定性、可制备高性能的宽带光检测和易于制造等优点，具备一定的应用前景.

以B₃PyMPM：Cs/Al/HAT-CN作为电荷生成单元制备高效叠层绿色磷光有机电致发光器件，叠层器件的最大电流效率和最大流明效率分别为172.2 cd/A和111.0 lm/W，在5 mA/cm²电流密度下，叠层器件的电压和亮度分别为传统器件的2.04倍和2.84倍.为了探究叠层器件性能优于传统器件的原因，研究了电荷生成单元内的电荷产生和注入过程，以及薄层铝对电子注入特性和电荷生成单元稳定性的影响.实验结果表明，电荷能够有效地在电荷生成单元内产生并顺利注入电子传输层中，B₃PyMPM：Cs和HAT-CN间Al薄层的插入能够进一步提高电子注入效率及器件结构的稳定性.

针对磷光器件存在严重的效率滚降，进而制约有机电致发光器件的实用化进程的问题，提出采用超声喷涂Poly（3，4-ethylenedioxythiophene）Polystyrene Sulfonate（PEDOT：PSS）作为透明电极，制备了红、绿、蓝三色有机电致发光器件.利用超声喷涂工艺材料利用率高的特点，起绝缘作用的水溶性PSS分子链在PEDOT：PSS透明电极中得到保留，使该透明电极具有空穴缓冲作用.这种双功能性，提高了器件在高电流密度下的载流子平衡性，降低了红、绿、蓝三色发光层中的极化子浓度，改善了红、绿、蓝三色器件的效率滚降问题，从最高外量子效率所在亮度到10 000 cd/m²的电流效率滚降分别仅为14.9%、12.4%和16.0%.该结果表明，双功能性电极的引入显著改善了有机电致发光器件中载流子平衡性，具有降低三基色器件效率滚降的普适性，对实现高亮度、高效率发光器件具有重要意义.

为了探明约束成型室基底微观孔隙特征对固化光源传播特性的影响规律，从而对光固化成型精度进行分析和预测，采用时域有限差分软件对成型室约束基底引入微孔特征条件下的透光性及在固化区光能量分布特性进行了数值模拟，并通过实验对模拟结果进行了验证.结果表明，约束基底引入微孔的形状、尺寸以及周期等微观几何特征影响基底的透光性及其透过基底在成型区的光强分布；相对于基底微孔形状，其尺寸和周期的影响更显著，减小微孔尺寸和周期有利于透光性以及光强在成型区分布的均匀性；微孔直径小于半波长、微孔边缘间距与微孔直径的比值小于1：1时可以显著减小微孔的负面影响；微孔直径远大于半波长时，基底上的微孔将在成型零件表面形成不期望的附加特征，从而影响成型精度.研究结果可以为基底制备提供工艺改进的方向和理论依据.

研究了背电极金属Al膜上二维ZnO：Al光栅的制备及其反射光谱特性.在厚度为300 nm的Al膜上溅射80 nm ZnO：Al薄膜，旋涂AZ5206光刻胶，用波长为325 nm的激光进行光刻制作光栅掩模.采用溶脱-剥离法在Al衬底上制备周期（624~1 250 nm）和槽深（100~300 nm）可独立调控的ZnO：Al二维光栅.表面形貌采用原子力显微镜和扫描电镜观察，反射光谱用带积分球的分光光度计测试，双向反射分布函数用散射仪测量.结果表明，300 nm Al膜上织构二维ZnO：Al光栅背电极结构，当光栅槽深为228 nm，周期从624 nm增加到986 nm时，背电极总反射率、漫反射率以及雾度均随光栅周期增大而显著增加，而当周期从986 nm增加到1 250 nm时，总反射率、漫反射率以及雾度略有增加.双向反射分布函数测试结果进一步证实了上述实验结果，即随着周期增大，漫反射峰值越大，衍射峰个数也增多.提示背反电极上槽深为228 nm、周期为986 nm的二维ZnO：Al光栅具有较好的散射效果，其中漫反射占总反射的百分比为45%.

为进一步提升姿态确定的精度和稳定性，首先分析了恒星相机和陀螺联合定姿的基本原理，然后选用误差四元数作为状态变量，推导了基于无迹卡尔曼滤波的恒星相机和陀螺联合定姿的算法.针对恒星相机、陀螺敏感器精度要求高的特点，仿真了多种精度的恒星相机数据和陀螺数据进行无迹卡尔曼滤波定姿试验，并与扩展卡尔曼滤波定姿试验结果进行了比较.试验表明无迹卡尔曼滤波定姿方法有效可靠、适用性强，可以有效提高恒星相机的姿态确定精度，三轴精度较扩展卡尔曼滤波算法提高约10%到20%.

为了提高对复杂场景下多尺度遥感目标的检测精度，提出了基于多尺度单发射击检测（SSD）的特征增强目标检测算法.首先对SSD的金字塔特征层中的浅层网络设计浅层特征增强模块，以提高浅层网络对小目标物体的特征提取能力；然后设计深层特征融合模块，替换SSD金字塔特征层中的深层网络，提高深层网络的特征提取能力；最后将提取的图像特征与不同纵横比的候选框进行匹配以执行不同尺度遥感图像目标检测与定位.在光学遥感图像数据集上的实验结果表明，该算法能够适应不同背景下的遥感目标检测，有效地提高了复杂场景下的遥感目标的检测精度.此外，在拓展实验中，文中算法对图像中的模糊目标的检测效果也优于SSD.