通过化学溶液体系中反应温度与原料配比的控制合成了第一吸收峰在833～1700 nm范围内可调的PbS量子点.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM) 、吸收光谱等手段研究了化学溶液法制备的PbS量子点形貌、尺寸分布以及近红外吸收等特性.所获得的量子点尺寸分布均匀, 直径在2.6 ～7.0 nm范围内可调.基于PbS量子点的红外吸收特性, 通过表面修饰方法在原子层沉积技术(ALD)生长的TiO2薄膜上构筑了FTO/TiO2/PbS/Au光伏器件结构, 并初步研究了光电流与量子点特征吸收的关系等光电转换特性.

提出了一种对于太阳电池光照条件和暗特性条件下对其伏安特性全段进行拟合提取参数的改进方法.对太阳电池J-V曲线进行分段, 提取每段的4个关键参数: 串联电阻(Rs)、并联电阻(Rsh)、品质因子(n)、反向饱和电流密度(J0).这种方法采用了双结电路模型法, 并以CdS/CdTe薄膜电池为例进行了光照下和暗特性分析, 得到了比单结电流模型更多的参数, 并且具有较高的拟合精度(误差<0.7%).

与传统的有基底FPA(焦平面阵列)相比, 基于全镂空支撑框架结构的新型无基底FPA在热学特性上存在显著差异, 传统的基于恒温基底假设的热学分析模型不再适用, 因此, 通过电学比拟方法, 将无基底FPA的热响应特性等效为电学模型.通过该模型, 进一步分析了无基底FPA在非真空环境下的热学性能, 分析表明: 该无基底FPA具有在大气压下优良的红外成像性能, 其NETD(噪声等效温度差)值仅比真空环境下增加了数倍.

为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.

对两根放电管驱动的中、远红外双波段(3～5 μm & 8～12 μm)激光器的输出镜透过率、输出窗口等器件与参数进行了优化, 试验获得了25.5 W的中、远红外双波段激光输出, 两个单波段的输出功率均大于10 W, 中红外波段DF激光为TEM00模, 远红外波段CO2激光为TEM20模.利用Φ8 mm光阑对双波段激光器的横模进行了选择, 试验获得了15.4 W的TEM00基横模双波段激光输出.为红外双/多波段探测器阵列及相关系统的应用研究提供了激光光源.

针对谐波回旋管互作用效率低的问题, 以自洽非线性理论为基本工具, 系统地分析了三个关键因素, 即互作用腔体长度(Q值)、电子注的横纵速度比和工作电压对二次谐波互作用系统性能的影响.研究发现当工作磁场选择在硬激发区时, 通过综合调节电子注的横纵速度比和工作电压能够获得较高的互作用效率.基于自洽非线性理论优化设计了一个W波段二次谐波回旋振荡器, 粒子模拟(PIC)结果显示当电子注速度离散３％, 工作电压37 kV, 电流4 A时, 输出效率达到了39.5%.

在模式耦合理论的基础上, 采用相位重匹配技术对圆波导轴线弯曲TE01-TE11模式变换器进行了数值优化计算和分析.在Q波段给出了两种不同周期数TE01-TE11模式变换器的优化设计参数.数值计算表明: 四周期模式变换器的最高转换效率为98.82%, 带宽为2.2 GHz, 六周期最高转换效率为99.89%, 带宽为1.7 GHz.研究了模式变换器关键几何尺寸在小范围内变化对转换效率的影响.并利用HFSS对给出的模式变换器进行了仿真, 仿真结果与数值模拟一致性较好.同时加工了六周期结构模式变换器并进行了小功率热测实验, 测试结果表明输出了模式纯度较高的TE11模式.

提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.

针对红外探测制导和检测等研究的热点问题, 探讨了目标红外辐射的方向性对红外探测的影响.以各向异性等温球体为研究对象, 建立从目标到探测器敏感面阵的红外传输整体模型.以能量概率密度分布函数为基础, 构造敏感面上单元格的能量描述方法.采用蒙特卡洛法, 计算单元格的红外信号强度, 分析红外小目标的方向辐射特性对探测敏感面上能量分布的影响.结果表明, 当目标表面半球方向发射率一定时, 提高法向发射率可显著增强目标中心所在像元的红外信号强度, 增大目标像元间红外信号对比度.

红外复杂背景中的弱小目标检测问题可看作是马尔可夫随机场理论框架下红外图像中背景与目标的二元分类标记问题.基于马尔可夫随机场后验概率模型, 提出利用先验的目标信杂比信息和图像局部统计特性构建观测图像后验概率模型的方法, 并采用经典ICM (Iterated conditional mode)方法对图像最优标记结果进行估计.仿真试验结果表明, 算法在保证目标标记结果准确率的同时, 有效降低了背景的误标记概率; 且由于采用局部统计特性进行建模, 算法有效降低了模型参数与标记结果间的关联性, 提高了最优标记估计的收敛速度.

基于势概率假设密度滤波(Cardinalized Probability Hypothesis Density, CPHD)检测前跟踪(Track before detect, TBD)算法能有效解决未知目标数的弱小目标检测跟踪.文章深入研究了CPHD算法, 从标准CPHD滤波的粒子权重更新出发, 结合检测前跟踪的实际, 合理地推导出CPHD-TBD算法的粒子权重更新表达式; 分析了CPHD滤波目标势分布的物理意义, 实现了目标势分布更新计算在检测前跟踪的应用.将CPHD滤波和TBD进行有效结合, 提出了基于势概率假设密度滤波的检测前跟踪算法, 并给出其详细实现步骤.仿真实验证明提出的CPHD-TBD算法与现有概率假设密度检测前跟踪(PHD-TBD)算法相比, 能更详细地传递目标分布信息, 从本质上改变了PHD-TBD对目标数估计的方式, 能更准确稳定估计目标数, 实现了对目标的发现和状态准确估计, 性能明显更优.

利用高分辨率SAR图像进行建筑物提取的常规方法是首先利用二次散射特征线确定建筑物边界, 然后利用叠掩、阴影等散射特征来提取建筑物高度.当建筑物目标走向与星载SAR方位向夹角较大时, 其二次散射特征不明显, 常规重建方法不能取得理想结果.针对这类建筑物目标, 在分析SAR图像上的散射特征为平行四边形条带的基础上, 提出一种基于几何模型约束的建筑物自动提取与三维重建方法.将该方法应用于TerraSAR-X聚束模式图像, 并对提取结果进行了分析和评价, 表明该方法能够有效提取建筑物目标及其三维信息.

提出两种基于图像欧氏距离的非线性降维方法.该方法利用高光谱图像物理特性, 将图像欧氏距离引入到传统的流形降维算法中.与其它应用于高光谱图像的降维算法相比, 该算法具有诸多优点.图像欧氏距离的引入, 在考虑高光谱图像本身的空间关系的同时, 很好地保持了数据点之间的局部特性, 可以实现有效地去除原始数据集光谱维和空间维的冗余信息.实际高光谱数据的实验结果表明, 该算法应用于高光谱图像分类时, 与其它常见的方法相比具有更高的分类精度.

基于高斯测量矩阵的一维压缩感知测量数据不仅能很好地保持稀疏信号的能量信息, 也能够很好地继承稀疏信号的方向信息.但是在一维压缩感知模型中方向信息无法应用于稀疏信号的重构和检验.针对遥感影像中变化区域稀疏的特点提出了二维压缩感知模型.并利用能量和方向信息构建了基于二维压缩感知的稀疏信号重构算法(2DOMP).理论分析和实验结果证明, 2DOMP算法的信号重构能力更强.同时根据压缩感知恢复稀疏信号只需要很少测量数据的特性提出了定向遥感和定向变化检测的概念.

基于太湖、巢湖、滇池和三峡水库水体组分生物光学特性, 根据辐射传输模型和神经网络优化算法建立悬浮颗粒物和叶绿素浓度优化生物光学反演模型.利用野外实测数据对优化生物光学算法进行检验, 结果表明, 该优化生物光学反演模型在一定程度上可以减少测量噪音对反演精度的影响.反演结果表明, 受悬浮颗粒物和叶绿素生物光学特性时空差异影响, 该优化生物光学反演模型在太湖、巢湖、滇池和山峡反演精度具有一定的差异, 但总体上能够较为准确地反演悬浮颗粒物和叶绿素浓度.其中悬浮颗粒物反演精度(平均绝对误差: MAPE, 均方根误差: RMSE)分别能够达到23%和15.13mg/L(样本数N=228), 叶绿素反演精度(MAPE和RMSE)分别能够达到26%和17.68μg/L(样本数N=228).

高空间分辨率全色遥感图像在**侦察、地面监视等领域具有较高的应用价值.为模拟星载全色遥感图像, 提出了一种由艇载遥感成像系统获取的低空遥感图像为数据源的高空间分辨率全色遥感图像仿真方法.首先将低空宽视场图像按典型地物类型进行监督分类, 其次将低空宽视场图像与多光谱图像按不同地物类型分类拟合, 并将多光谱拟合结果合成高空间分辨率全色仿真图像, 最后对高空间分辨率全色仿真图像进行仿真精度评价.相比星载全色遥感图像, 仿真图像同样具备高空间分辨率、全色波段、宽视场等特点.仿真方法可为星载全色遥感图像仿真提供较准确的数据支撑.

场景内高程突变超过干涉雷达不模糊高程的一半时, 会导致常规相位解缠绕方法失效, 在毫米波段该问题尤为突出.研究了基于聚类分析的三基线毫米波InSAR相位解缠绕方法, 改进了聚类分析中直方图包络波峰选取策略.对场景中高程突变引起的阴影区域相位噪声较大的问题, 使用掩膜门限处理, 改善了聚类分析结果.计算机仿真结果和机载毫米波三基线InSAR实际数据处理结果验证了上述方法的有效性.