提出了一种适用于短波红外铟镓砷线性焦平面的数字化输出研究.针对实验室自主研制出的短波红外256×1铟镓砷焦平面, 结合SAR ADC的基本原理, 以高分辨率、低功耗、小面积为设计原则, 设计一款逐次逼近(SAR)模数转换器.ADC采用0.18 μm CMOS工艺流片, 采用3.3 V电压供电, 采样率235 KS/s, 功耗460 μW, 信噪比66.6 dB.将ADC芯片与256×1铟镓砷焦平面在变积分时间条件下进行耦合测试.结果表明ADC芯片可以满足短波红外线列256×1铟镓砷焦平面的应用需求.

提出了一种高均匀性低噪声的读出电路, 该电路通过抑制非制冷红外焦平面阵列固定模式噪声, 从而可实现高质量的红外图像.该电路前端采用了行共享的增益可控NMOS管抑制像元固定模式噪声, 同时采用了新型的相关双采样电路抑制列固定模式噪声.在仿真基础上, 采用了AMS 0.35 μm CMOS工艺完成了16 × 16像元芯片的制备.对芯片的大量测试结果表明提出的读出电路可以有效地降低非制冷红外焦平面阵列的固定模式噪声, 同时具有高均匀性的特点, 适用于高性能非制冷红外探测器.

提出了一种基于开槽介质基底的卷绕微带线慢波结构.由于金属曲折微带线印制在介质基底的半圆形槽中, 这种卷绕微带线慢波结构非常适合圆形电子注行波管, 从而使得采用这种新型慢波结构的行波管可以利用传统的周期永磁磁场进行聚焦.文章对提出的卷绕微带线慢波结构的色散特性, 耦合阻抗, 传输特性及注-波互作用进行了分析.和传统的平面微带线慢波结构相比, 提出的卷绕微带线慢波结构具有更低的相速、更弱的色散和更高的耦合阻抗, 从而使得其适合于低电压、宽频带、小型化的毫米波行波管.将同步电压及直流电流分别设置为6550 V及0.1 A的情况下, 基于该卷绕微带线慢波结构的Ka波段行波管在35 GHz处能够输出42.32 W的功率, 对应增益为26.26 dB, 且均匀聚焦磁场只需0.4 T.

利用有限元软件ANSYS对W波段回旋行波管电子枪进行了热应力分析.在给定热子功率下对阴极组件的温度场分布和热形变分布进行了模拟, 并通过实验进行验证.测试的温度分布基本与模拟结果基本一致.最后, 利用EGUN软件对电子枪形变前后进行了模拟.

针对近年来得到迅速发展的短波红外成像系统, 分析了增加激光主动照明的必要性.目前常用的激光照明匀化方案均匀性均不高, 达不到照明成像的要求.提出了连续变焦激光照明系统, 使用成像镜头把光纤端面的像直接成像在被照明表面, 照明光斑均匀.分析了变焦照明系统的设计理论, 设计了25倍变焦的短波红外激光照明系统.该照明系统的光学镜头由3组镜片组成, 由凸轮结构实现连续变焦.体积小, 结构简单, 变焦倍数大.最终实现了2~50°的照明角度连续变化.照明光斑均匀度达到92.7%.进行了野外成像实验, 对人员识别距离可达1.2 km.设计的连续变焦激光照明系统对提高短波红外成像系统的夜视能力具有较高的意义.

提出了一种耦合微球和波导系统的有效方法, 并在数值和实验上进行了论证.为了研究微球腔和波导系统的耦合特性, 首先通过耦合模理论研究了这个系统的2D模型.通过有限时域差分法设计了一个数值仿真系统.在快速傅里叶变换(FFT)处理样本数据后, 得到了波长范围从600 nm到1000 nm的相对强度谱曲线和传输谱曲线.在实验中, 采用熔融单模光纤顶端的方法制得了石英材料微球腔.采用热拉技术制得了锥形光纤, 用来作为激发微球腔中回音壁模式的波导.测试了这个微球腔-锥形光纤耦合系统, 通过优化微球腔与锥形光纤的相对位置得到其品质因数高达2.3×106, 耦合效率高达92.5%.这些耦合特性可以很好地用理论结果解释.这些特性表明了其在实际微腔传感和微型激光器中极具潜力.

将碲镉汞(Hg1-xCdxTe)红外焦平面器件衬底去除后, 其响应波段可拓展到可见光波段, 在高光谱成像应用中可显著减小系统的尺寸和重量, 对光电探测系统的小型化和微型化具有重要实用价值.而明确碲镉汞材料在可见近红外波段的光学常数, 对碲镉汞器件在这一响应波段的性能研究具有重要意义.分别测量了不同组分碲镉汞材料的椭圆偏振光谱, 拟合得到了其在400~1600 nm波段范围内的光学常数值, 并利用反射光谱对获得的光学常数进行了验证.采用这些碲镉汞外延材料光学常数测量值, 并选用ZnS和YF3分别作为高低折射率的增透膜材料, 针对不同响应波段的背入射可见近红外碲镉汞焦平面器件, 设计了不同的宽谱增透膜系, 响应波段范围内的平均透过率高于90%.

为解决强背景弱信号场景下热红外成像系统噪声制约图像信噪比的问题, 提出了一种基于低秩矩阵近似理论的低噪宽幅热红外成像技术.利用面阵摆扫方式实现宽幅扫描成像并构建严格的观测矩阵, 通过加权核范数最小化方法求解去噪的低秩矩阵形式.试验证明该技术具有较高的峰值信噪比与降噪鲁棒性, 在宽幅成像的同时也提高了探测灵敏度.研究成果在红外弱目标识别、广域侦查等领域具有一定应用价值.

近红外偏振探测器是近年来一种新的探测器结构, 它将光栅附在了焦平面探测器的表面.为了解决光栅透射率和角度不均匀对线偏振度测量的影响, 采用了一种新的线偏振度求解方法.该方法对光栅透射率和光栅角度进行了校正, 消除了光栅透射率和光栅角度不均匀性对线偏振度测量的影响, 理论上表明了红外偏振成像质量与光栅透射率和光栅角度无关.实验结果显示, 在使用黑体作为标定光源和不考虑偏振像元之间串扰的情况下,采用原有的计算方法得到的结果是真实值的14%~24%, 透射率校正后的结果是真实值的80%~120%, 透射率和角度校正后的结果是真实值的96%~104%.

太赫兹雷达散射特性的研究对于目标识别、跟踪以及截获有重要意义.设计了0.22 THz频率步进雷达散射截面(Radar Cross section, RCS)测量系统, 提出了针对频率步进太赫兹雷达信号体制下, 角反射器RCS的提取方法.采用实验与仿真相结合的方式, 得到了单个角反射器和角反射器组在4°范围内的太赫兹雷达散射截面.结果表明, 角反射器类目标的RCS实验测量结果与理论计算结果在误差范围内一致性较好, 为进一步精确测量目标在太赫兹波段的散射特性奠定了研究基础.

尺度问题作为对地观测的主要挑战和遥感科学的核心问题, 一直以来备受关注.国内外学者对这一问题进行了大量的基础理论研究和科学验证工作, 探讨和解决了许多与遥感尺度相关的核心问题.当然, 在遥感探测内容中, 发射率和温度遥感中也存在明显的尺度问题.以往混合像元发射率尺度问题的研究往往集中于地球表面, 幸运的是, 月球为我们研究这一问题提供了绝佳的对象.同时, 伴随着Diviner热辐射探测器月表测量数据的不断更新, 混合像元中发射率尺度问题的具体研究及其定量描述逐渐变为可能.本文以月表Diviner热红外测量数据为基础, 在充分研究和分析Diviner数据特征和发射率计算方法的前提下, 以不同尺度下的Apollo 15登月区或者登月点热红外发射率为研究对象, 依据混合像元发射率定义, 分析和研究了混合像元中发射率的尺度转换和尺度效应两个问题, 从发射率数值角度出发讨论和验证了尺度变换和尺度效应的一般规律, 并给出定量描述, 希望能够为尺度变换和尺度效应等问题的研究提供理论支持和实验依据.

通过基于正性光刻胶的不同像元尺寸铟柱阵列及器件制备, 研究InSb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征.分别研制了像元尺寸为50 μm×50 μm、30 μm×30 μm、15 μm×15 μm的面阵探测器的铟柱阵列, 并制备出InSb面阵探测器, 利用高倍光学显微镜和焦平面测试系统对制备的芯片表面形貌、器件连通性及性能进行了检测与分析.研究结果表明：当像元尺寸为50 μm×50 μm时, 芯片表面形貌和器件连通性测试结果较好; 随着像元尺寸减小, 芯片表面会出现铟柱相连或铟柱缺失缺陷, 器件连通性测试结果与表面形貌相吻合.铟柱相连缺陷是由光刻剥离时残留铟渣引起的铟相连造成; 铟柱缺失缺陷是由光刻时残留光刻胶底膜引起的铟柱缺失造成.器件相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同, 缺失缺陷元的响应电压基本为0, 其周围最相邻探测单元响应电压相比正常元增加了约25%.器件缺陷元的研究结果, 对通过优化探测器制作水平提升其性能具有重要参考意义.

介绍了一种工作于1355~1555 nm的新型多通道短波红外光谱组件, 并以理论和实验相结合的方式定量研究了入射角度对光谱组件各通道中心波长的影响.实验结果表明, 在0~10°斜入射条件下光谱组件各通道中心波长呈现不同程度的短波方向偏移现象, 偏移程度与入射角度呈正相关.分别绘制出理论和实验中心波长偏移曲线, 实验发现在入射角为5°和10°时中心波长平均偏移幅度约为5.7 nm和18.67 nm.此外, 参照实验得出的角度偏移曲线对两次不同入射角度条件下的光谱进行插值整合, 成功地将光谱组件分辨率从7.5 nm提高到3 nm; 在此实验基础上提出了通过改变入射角度发展一种多通道角度调谐光谱组件, 进而利用此方法提高光谱组件的测试分辨率.该结论对后续设计光谱组件入射光学系统和提高光谱组件测试分辨率具有一定指导意义.

基于电子科技大学与中国电子科技集团第十三研究所自主联合设计的肖特基二极管研制宽带360~440 GHz分谐波混频器。详细描述二极管建模, 以模拟在极高频复杂电磁环境中由于二极管结构引入的相关寄生效应.在软件HFSS与ADS中, 通过场与路结合的方法对分谐波混频器进行优化.实测结果显示在本振信号为210 GHz本振功率6 dBm的驱动下, 在406 GHz可得到最小变频损耗9.99 dB, 在380~430 GHz范围内, 变频损耗小于15 dB, 在360~440 GHz范围内, 变频损耗小于19 dB.

无机有机杂化钙钛矿太阳能电池被认为是最有发展前景的第三代光伏技术之一, 经过短短几年时间的研究, 钙钛矿太阳能电池现今的最高效率已经突破22%.随着钙钛矿太阳能电池的效率越来越接近理论效率, 为了进一步提升电池效率, 研究人员将目光投向了钙钛矿材料不能有效吸收的近红外波段.在本文中, 我们回顾了近两年来将上转换材料与钙钛矿太阳能电池相结合的研究, 将它们分成较为传统的方法和新型方法.传统的方法即是使用较为单一的NYF纳米颗粒对钙钛矿太阳能电池进行掺杂, 利用稀土离子的上转换效应, 吸收近红外光, 扩宽钙钛矿的吸收范围, 从而提升太阳能电池的性能; 而新型的方法即是在传统的单一使用稀土离子的基础上, 添加其他离子或者引入重掺杂半导体材料来进一步提升太阳能电池性能的方法, 从实验结果看, 这两种方法都取得了较好的结果.

快速辐射传输模式利用光学厚度预报因子与卫星通道光谱特征系数可实现通道透过率的快速计算, 并达到与逐线积分模式相当的正演精度.针对FY-4 AGRI的6个红外通道, 分别建立了基于RTTOVv7、v8、v9和CRTMv21(以下简称四种模式)光学厚度预报因子的快速正演算子, 与逐线积分模式的结果对比, 分析了四种快速正演算子中均匀混合气体、水汽线吸收和水汽连续吸收预报因子对正演误差的影响.分析表明, 四种快速正演模式计算通道亮温与逐线模式结果相比, 在温度探测通道的最大标准差要小于0.6K.v9模式在水汽和温度通道的正演误差远小于其他三个模式; 四个模式在窗区通道的误差基本相当. v9模式预报因子中, 引入实时大气与参考大气的整层离差减小了均匀混合气体光学厚度的正演误差.

土壤水是全球生态系统的重要组成部分, 定量遥感估测喀斯特石漠化地区土壤含水率, 可为石漠化治理和生态恢复工作提供基础数据和理论支撑.通过Sentinel-1A和Landsat 8影像数据, 运用水云模型提取灌木林地和疏林地的土壤后向散射系数, 并计算旱地与有林地的TVDI.并结合实测数据, 利用拟合分析对不同深度土壤含水率进行建模, 从而对土壤含水率进行反演.结果表明VH极化二次曲线模型和VH极化三次曲线模型分别适用于灌木林地0~5 cm和5~10 cm深度的土壤含水率反演, 其R2和RMSE分别为0.87、0.87和4.57%、4.29%.疏林地0~5 cm和5~10 cm深度土壤含水率反演宜选用VH极化指数回归模型和VH极化下的线性回归模型, 各模型的R2与RMSE分别为0.736、0.72和9.77%、11.28%.三次曲线模型和Logistic回归模型分别适用于旱地和有林地的土壤含水率的反演, 各模型的R2与RMSE在0~5 cm深度分别为0.85、0.69和2.88%、4.02%, 在5~10 cm分别为076、0.23和3.5%、6.37%.

针对目标影响区域重叠时的图像目标检测前跟踪问题, 推导了基于多伯努利滤波器的多目标联合检测与跟踪算法.在分析多个目标叠加条件下观测似然函数的基础上, 利用预测得到的目标状态对观测似然函数进行估计, 从而消除目标叠加对观测更新带来的影响.该方法在目标预测与跟踪阶段皆保持了目标状态的多伯努利分布特性, 是较为严格意义上的多伯努利多目标滤波器, 可应用于一般图像观测条件下(目标重叠或非重叠)的目标检测前跟踪.给出了该算法的实现步骤, 并通过加标签的方法, 更准确地实现目标轨迹提取和虚假目标剔除, 最后通过计算机仿真实验验证了所提算法的有效性.

通过实验比较研究了基于SNSPD与SPAD探测器的激光测距系统.实验中, 当接收回波端衰减120 dB时, 天空光背景可忽略, 基于SPAD的激光测距系统探测概率低于0.2%, 而基于SNSPD的激光测距系统探测概率达35%; 当激光发射频率低于1 kHz, 基于SNSPD的激光测距系统探测概率比SPAD高60%以上.研究表明：在探测弱信号回波光子时, SNSPD的探测性能远远优于SPAD, 其原因是SNSPD具有较低的暗计数和高探测概率.与此同时, 在接收端无衰减情况下, 天空光背景会带来暗计数, 影响测距系统信噪比.通过仿真分析表明, 当背景亮度L0高于30 W/(m2·sr)时, 该基于SNSPD的激光测距系统的信噪比低于6, 可能影响测距系统稳定探测.