基于2017年8月至10月FY-4A的云顶高度、云光学性质等上游产品和A-Train系列卫星星载毫米波雷达和激光雷达主动探测的云底高度资料, 利用随机森林算法建模, 提出了FY-4A对最上层云云底高度的估计算法, 并用2017年11月独立样本对算法进行了检验与评估.结果表明, 该算法可以有效实现对最上层云云底高度的估计, 与星载主动探测结果相比, 平均绝对偏差为1.29 km, 相关系数为0.80.对单层云的估计结果相对较好, 而多层云存在时云底高度的估计结果一般偏小.

研究了一种石墨烯/铟砷量子点/砷化镓界面形成的异质结探测器的暗电流特性以及光电响应性质.虽然石墨烯具有很高的电子迁移率, 但受限于较低的光子吸收率, 使其在光电探测领域的应用受到了限制.而半导体量子点具有量子效率高, 光吸收能力强等独特优点.于是利用石墨烯-砷化铟量子点-砷化镓异质结结构制备了一种新型光电探测器.并对该探测器的响应率、I-V特性曲线、暗电流特性、探测率、开关比等关键性能进行了研究.其在637 nm入射光情况下的响应率、探测率以及开关比可分别达到为17.0 mA/W、2.3×1010 cmHz1/2 W-1和1×103.而当入射光为近红外波段的940纳米时, 响应率进一步增加到了207 mA/W.同时, 还证实了该器件的暗电流、肖特基势垒高度和理想因子对温度的都具有较高的依赖性都较强.

研究了In0.83Al0.17As/In0.52Al0.48As数字递变异变缓冲层结构(DGMB)的总周期数对2.6 μm延伸波长In0.83Ga0.17As光电二极管性能的影响.实验表明, 在保持总缓冲层厚度不变的情况下, 通过将在InP衬底上生长的In0.83Al0.17As/In0.52Al0.48As DGMB结构的总周期数从19增加到38, 其上所生长的In0.83Ga0.17As/In0.83Al0.17As光电二极管材料层的晶体质量得到了显著改善.对于在总周期数为38的DGMB上外延的In0.83Ga0.17As光电二极管, 观察到其应变弛豫度增加到99.8％, 表面粗糙度降低, 光致发光强度和光响应度均增强, 同时暗电流水平被显著抑制.这些结果表明, 随着总周期数目的增加, DGMB可以更有效地抑制穿透位错的传递并降低残余缺陷密度.

在微重力条件下生长了ZnTe：Cu晶体, 对其进行了光学和能谱分析, 在晶锭尾部最大结晶区对其进行了组分分析.对于尾部的轴向分量, 在空间样品中Cu的成分均匀性优于地面样品, 并且Te/Zn比的样品高于空间样品.尾部空间样品中Cu的径向成分均匀性优于地面样品, 且Te偏析更为严重.

发射于2016年12月11日的风云四号卫星上搭载了国际上首台工作于静止轨道的高光谱红外大气垂直探测仪(GIIRS), 该仪器主要用于探测地球大气的温度和湿度的垂直分布和变化, 观测的数据实时同化到GRAPES全球预报系统, 首次实现了大范围、高频次针对敏感区的卫星高光谱探测和实时资料同化应用, 对目前的气象预报能力产生显著影响, 尤其对台风强度和路径的预报更加精准.本文简要介绍了风四大气垂直探测仪的测量原理和在天气预报中的应用情况, 并对未来的发展趋势给予了展望.

针对实现遥感图像中船只目标的快速检测, 提出了一个采用多光谱图像、基于级联的卷积神经网络(CNN)船只检测方法CCNet.该方法所采用两级级联的CNN依次实现感兴趣区域(ROI)的快速搜索、基于感兴趣区域的船只目标定位和分割.同时, 采用含有更多细节信息的多光谱图像作为CCNet的输入, 能够提升网络提取特征鲁棒性, 从而使得检测更加精确.基于SPOT 6卫星多光谱图像的实验表明, 与当前主流的深度学习船只检测方法相比, 该方法能够在实现高检测精准度的基础上将检测速度提高5倍以上.

展示了一种基于新型自组装微带-波导过渡的D波段(110~170 GHz)发射机模块.过渡结构的仿真平均插入损耗为0.6 dB, 回波损耗于带内基本优于10 dB.基于该过渡结构以及阻性混频器和倍频器芯片, 设计了一种D波段发射机模块.该发射机模块工作于110~153 GHz, 峰值输出功率于150 GHz可达-4.6 dBm, 3 dB带宽为145.8~159.3 GHz.使用该模块进行了64-QAM高阶无线通信测试, 测试传输速率为3 Gb/s, 验证了模块封装方案的实用性.

近些年来交错双栅行波管由于其高功率容量和易加工等优点受到了很多的关注.然而随着器件工作频率的升高, 尤其对于太赫兹频段, 结构的损耗严重限制了行波管的性能.本文考虑了损耗和加工所导致的圆角等因素, 针对交错双栅结构提出了一个更切实际的设计.仿真结果表明, 该行波管在320~342 GHz频率范围内能获得大于5 W的输出功率.采用了相速跳变方法来提高输出功率, 在整个工作频带内输出功率都得到了大于28%的提升.在此基础上加工了340 GHz交错双栅慢波结构并开展了冷测实验, 在330~360 GHz范围内盒型窗的S21测试结果大于-2.1 dB且电压驻波比在334~355 GHz范围内小于1.35.同时对包含盒型窗部件的高频系统进行了冷测, 其电压驻波比测试结果在335~344 GHz范围内均小于2, 且该冷测结果与仿真结果之间趋势基本一致.

提出了一款基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺设计、加工的340 GHz在片背腔贴片天线.辐射贴片位于AM金属层, 带状线馈线置于LY金属层并通过连接AM金属层和LY金属层的金属化通孔对辐射贴片馈电.通过设计连接AM金属层和M1金属层的金属化通孔形成谐振腔体展宽了天线阻抗带宽、提升了天线辐射性能.天线的仿真阻抗带宽(S11≤-10 dB)为9.2 GHz(335.6~344.8 GHz).天线在340 GHz处的仿真增益为3.2 dBi.天线的整体尺寸为0.5×0.56 mm2.

为实现双大气窗口红外隐身, 提出了一种新型双阻带频率选择表面(FSS).该结构由三层材料组成：金属四个多路交叉十字型谐振器、金属井字型结构、中间由介质层隔开.仿真结果表明, 对于垂直入射波, 所提出的双阻带FSS在两个大气窗(3.0~5.0 μm和8.0~14.0 μm)内具有较高的反射率, 并且透射率被抑制到01以下.研究了入射角、周期大小及介质厚度等对反射率和透射率的影响.在φ= 0°时, TE和TM波在的宽入射角θ范围内均显示出良好的传输稳定性.通过FSS在谐振频点的电场及表面电流的分析结果发现, 3.0~5.0 μm的反射是由于电谐振引起的而 8.0~14.0 μm的高反射是由于电谐振与磁谐振共同引起的.

传输增强是基于非空心双层超材料滤波器的模拟验证.所提出的结构包含覆盖在连续介电层上的连续金属膜. 与单金属层结构相比, 模拟传输明显增强. 模拟验证了介电层厚度和入射角对传输增强的影响. 发现当厚度h1为20 nm时, 实现了最大化的透射率增强. 此外, 所提出的紧凑金属-电介质双层薄膜在入射角达到45°时显示出透射率增强的稳定性, 由于其非空心化设计策略, 可以应用于许多潜在的领域.

红外光热吸收效应作为一种无损伤非接触的检测技术, 已经被广泛用于硅等半导体材料中的微缺陷表征分析.采用光热吸收技术对碲锌镉晶体中的缺陷进行扫描成像分析时发现了一种连续性的光貌相条纹, 并对这些条纹的形成机理进行了研究.研究表明碲锌镉晶体中的这种连续性条纹源自于光热测试系统中入射光的干涉, 这种干涉和入射光参数、测试样品的厚度、禁带宽度以及热导率等材料特性密切相关.最后, 实验通过优化红外光热吸收测量系统获得了碲锌镉材料中的微缺陷结构及其在样品深度方向的三维分布图像.

用水平集方法建立了碲镉汞的离子束刻蚀轮廓的数值模型, 模型的输入参数包括掩膜厚度、掩膜侧壁倾角、掩膜沟槽宽度、离子束散角、刻蚀速度等参数.对碲镉汞的刻蚀轮廓和刻蚀速度减缓现象进行了模拟和实验验证, 结果表明, 在沟槽宽度为4～10 μm的范围内, 计算得到的刻蚀深度和SEM测量结果相差6～20%.对掩膜的轮廓演变进行了模拟, 给出了一个优化设计掩膜厚度来提高深宽比的实例.

以II类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件, 开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了II类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度, 设计了高灵敏度信息获取系统, 并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术, 以降低信息获取噪声, 提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明：长波红外探测系统的信息获取噪声低至0.065 mV, 系统的噪声等效温差(NETD)达到19.6 mK, 黑体探测率为7.72×1010, 外场成像质量良好, 图像细节清晰, 对比度高.该长波红外探测系统有利于推动II类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.

给出了InP DHBT器件在片测试用到的开路和短路结构的等效电路模型.模型拓扑结构基于物理结构建立, 并对其在亚毫米波段的高频寄生进行相对完整的考虑.模型的容性和阻性寄生采用解析提取技术, 从开路结构低频测试数据中获取.模型的高频趋肤效应采用传统物理公式计算初值, 并结合短路测试结构的低频解析提取结果对计算公式进行修正, 使其适用于实际测试结构建模.模型拓扑结构和参数提取方法, 采用0.5 μm InP DHBT工艺上设计所得开路、短路测试结构进行验证.模型仿真和测试所得S参数在0.1~325 GHz频段内吻合地很好.

针对天基观测复杂环境下空中弱小目标远程广域探测的需求, 立足于天基光学探测链路, 分析太阳光照、云层及地表等复杂背景环境与目标辐射的相互作用机理, 在此基础上提出影响天基目标光学特性的探测场景环境要素; 然后结合目标的可探测性表征, 分析在不同探测谱段情况下, 不同光照、地表背景类型及云层等复杂环境要素对目标可探测性的影响规律; 最后以某典型目标为例, 结合现有的目标特性认知与理论建模, 分析得出复杂环境要素的影响排序, 并根据目标信杂比随谱段的变化特性, 提出探测谱段的优选建议, 为我国隐身/反隐飞行器设计、探测系统设计及信息处理算法优化提供理论依据与科学指导.

CO2和CO被称为燃烧效率指示性气体, 燃烧流场中CO2的精确测量对工业燃烧过程的节能减排和发动机燃烧状态诊断等都具有重要意义.研究CO2气体的高温光谱参数, 包括：线强、自加宽系数、温度系数, 可提高燃烧过程中CO2浓度的测量精度和可靠性.为了获得可用于燃烧诊断的CO2吸收线的高温光谱参数, 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术设计了一套最高温度可达2073 K的精确控温控压气体光谱参数测量系统.采用该系统开展了CO2 R(50e)吸收线(中心频率为5007.787 cm-1)的高温光谱测量实验, 获得了温度范围1212~1873 K内多个压强下的纯CO2气体的大量高温吸收光谱, 经热辐射背景扣除、基线拟合、时频转换、多线组合非线性最小二乘法拟合等数据处理过程, 得到温度范围1212~1873 K内CO2 R(50e)吸收线的线强、自加宽系数及温度系数, 其中线强不确定度＜1.5%, 自加宽系数不确定度小于4.5%.这些参数是对现有数据库的补充和完善, 对燃烧诊断中的CO2浓度检测有很大帮助, 能够满足燃烧过程中CO2浓度精确反演的需求.

从地物光谱图像识别的关键问题出发, 将改进的梯度方向直方图(光谱梯度方向直方图)与“光谱总反射率”应用到偏振光谱识别研究中, 实现了对5种干枯植物与3种裸土的识别.在研究中, 先联合光谱梯度方向直方图特征向量的模与光谱总反射率进行层次聚类分析, 可以识别6种研究对象, 再单独利用光谱梯度方向直方图特征的模进行层次聚类分析识别其余2种研究对象, 从而可以实现全部研究对象偏振光谱识别.

提出了一种新的解决红外图像小目标检测问题的深度卷积网络, 将对小目标的检测问题转化为对小目标位置分布的分类问题; 检测网络由全卷积网络和分类网络组成, 全卷积网络对红外小目标进行增强和初步筛选, 实现红外图像的背景抑制, 分类网络以原始图像和背景抑制后的图像为输入, 对目标点后续筛选, 网络中引入SEnet(Squeeze-and-Excitation Networks)对特征图进行选择; 实验验证了整个检测网络相对于传统小目标检测算法的优势, 所提出的基于深度卷积神经网络的小目标检测方法对复杂背景下低信噪比且存在运动模糊的小目标具有很好的检测效果.

由于近红外光对于大多数生物样品具有较高的穿透深度, 因此近红外光谱技术广泛用于生物医学、化工、食品安全以及农产品等领域的无损检测, 但是多局限于生物样品的光学性质测量, 即光吸收测量.利用最新研制的近红外光扩散相关谱系统和采用脂肪乳作为生物样品的替代物, 同时测量了国产30%脂肪乳的光学特性和动态特性, 约化散射系数约为303 cm-1, 吸收系数约为0.037 cm-1, 30%脂肪乳稀释为0.85%(体积比)浓度后的布朗扩散系数约为8.40×10-9 cm2/s, 根据Stokes-Einstein关系可推算出脂肪乳的颗粒半径约为253 nm; 研究了脂肪乳随时间演化特性, 在七天时间内约化散射系数上升106%, 布朗扩散系数下降到63%, 研究表明利用近红外扩散相关谱系统的光强衰减可以获得生物样品的光学特性(约化散射系数和吸收系数), 利用光强随时间的波动可以获得生物样品的动态特性(布朗扩散系数), 因此能够更加准确的测量生物样品的性质变化, 为生物样品检测提供一种新的技术手段.