对比捷联成像导引头和传统成像导引头的特点,指出捷联成像寻的制导技术应用到实际的导弹系统中,需要解决视线角速率提取、数学平台的实现以及制导和控制系统综合设计等问题.给出了各坐标系之间的转换关系,据此推导了捷联成像寻的制导的弹体姿态解耦算法,针对捷联成像导引头的大测量噪声以及系统的非线性,介绍了采用Unscented卡尔曼滤波器估计视线角速率的基本原理,并对捷联成像制导与控制系统进行了分析,给出了制导与控制系统综合设计的思路.

前视红外系统主要处理复杂地物背景下的典型地面目标,如桥梁、机场跑道、大型建筑物等.跟踪地面背景较复杂的目标常用的是目标模板匹配的方法.而模板匹配相关跟踪的关键是对实时模板的更新及替换策略.针对前视目标跟踪问题,采用模板相关匹配的方法搜索目标;采用Kalman滤波的方法更新实时模板中的每个像素,以达到更新实时模板的目的,采用Kalman滤波的方法校正跟踪结果坐标位置数据.为了减小运算量同时又不影响跟踪精度,采取了隔若干帧更新一次模板及跟踪位置数据的策略.仿真实验证明,跟踪效果较好.

讨论了用于地面自主车(ALV)视觉导航的红外道路图像的特点,论述了红外道路图像的预处理策略和方法,分析了一些常用的图像处理方法在处理红外道路图像时的缺陷,指出由于温差的渐变性,红外道路图像的路边检测特别适合使用阈值穷举法,并给出了在温度渐变的路边上边缘强度的求取方法和使用二阶微分算子得到边界线段的精确位置的方法.同时使用了边缘信息和灰度信息来提取道路边界信息,阈值穷举法和二阶微分算子得到的道路边界线段相互融合,得到候选的道路边界线段,在ALV的实际应用中取得了很好的效果.

建立了一套针对航拍图像的运动目标跟踪系统.根据航拍图像序列存在背景运动的特点,运用了一种基于稀疏采样的局部补偿误差函数泰勒展开法,求得背景模型参数,补偿背景运动;根据背景运动矢量和目标运动矢量不同的特点,采用了运动矢量聚类的算法,对多个潜在目标准确定位,并建立跟踪器找出真实目标进行跟踪.针对图像匹配可能产生的误差,提出对匹配结果进行聚类,以提高求得的背景模型参数的精确性,又针对差分图像中运动目标信息的不完整的特点,根据目标残缺信息先取得目标完整边缘信息,再进行目标定位,提高了定位的精度,并给出了部分实验结果.结果表明,该算法对噪声和光照具有很强的抑制性,能快速有效地对运动目标进行跟踪.

如何快速有效地实现聚焦一直是图像测量中的焦点,其中图像自动聚焦评价函数的选择是关键问题.在比较、研究图像聚焦评价函数和边缘检测的基础上,提出了将Roberts梯度算子作为聚焦评价函数引入自动聚焦之中,同时为了消除噪声的影响,仔细研究阈值问题,并引入了一个阈值参数.经过大量的仿真实验,画出了几种自动聚焦算法的聚焦图形,并进行了详细的比较分析.结果表明,引入参数的Roberts算子具有无偏性好、单峰性强、灵敏度高等特点,该算子比其他评价函数更为准确、稳定、可靠.

讨论了衍射光学元件的特殊成像性质;提出了带宽积分平均衍射效率的概念和应用;给出了作者在国内外完成的几个折衍射混合成像光学系统的应用实例,包括一个用衍射光学元件复消色差的长焦距光学系统,一个仅由两个镜片构成的CMOS相机光学系统和一个较复杂的中等焦距、大孔径、大视场照相系统.这些系统突破了传统光学系统在结构、性能、体积和重量方面的限制,在光学设计理论上具有重要意义,在工程应用上具有重要价值.还介绍了国外衍射光学制造技术和折衍射混合成像光学系统应用方面的最新进展.

利用小波阈值去噪方法和传统空间域Lee滤波的特点,提出了一种图像去噪的的组合滤波方案.首先在小波域对图像阈值去噪,得到预去噪图像;再在空间域上利用自适应Wiener滤波器进一步提高恢复图像的精度.为了保证小波域和空间域两种算法之间的匹配,对预去噪图像中残留噪声的分布进行了研究,对其噪声方差估计做了改进,提出了一种估计噪声方差的近似最优公式.仿真实验表明,与单独的在小波域或空域去噪相比,该方法的均方误差和信噪比指标均得到了改善.

从空空导弹红外制导系统的需求出发,探讨多光谱成像制导技术的研究思路与系统设计方法,介绍了共光路与分光路多种多光谱光学系统的结构设计,分析了多光谱红外导引技术中的光谱细分、多光谱红外探测器、系统匹配、多传感器信号融合及光谱特征选取等关键技术.在此基础上给出了一种空空导弹双色成像探测系统实例,该系统利用共光路系统设计实现双波段红外成像探测,并针对红外诱饵干扰进行了基于光谱特征的目标跟踪与抗干扰算法,实验验证该系统具有优于单波段成像导引头的目标识别与干扰抑制能力,显示出了多光谱成像导引头是空空导弹的发展方向.

现代战场环境中,不仅存在飞机类目标的威胁,而且还存在如战术地-地导弹、巡航导弹的威胁.这类空中威胁目标的飞行速度、作战空域、机动能力和电子/光电对抗的性能都有很大的提高,因此需要探索一种新的寻的方法,使得地-空导弹防御系统具有更好的精确制导能力.红外或RF/IR双模复合导引头就具有这种潜力.介绍了国外双模导引头的最新进展,同时分析了在地空导弹防御系统中采用红外探测跟踪技术的优缺点.

为了分析红外图像末制导导弹的落点精度,需要对红外成像导引头的输出误差进行估算.分析了红外凝视成像导引头伺服稳像平台的控制回路,并以该回路为依据,充分考虑系统中误差产生的外因和内因,讨论了存在于导引头输出量中的弹体扰动误差和成像误差,以及部件漂移误差和测速坐标系误差,推导了各误差项的表达形式,最后基于以上分析,就如何有效控制导引头误差,提高其精度,提出了有针对性的方法和关键点.

为了提高红外探测系统的灵敏度,对一种多元探测红外位标器的振动噪声进行了研究.列举了影响红外信号的噪声类型,分析了振动噪声可能产生的各种原因,建立了振动噪声的传递函数,并提出用减振的方法即隔离弹体振动的方法降低位标器的振动噪声.根据此种位标器的特点,建立了减振系统的数学模型,得到位标器振动模型的微分方程并对该微分方程求解.本文的创新点在于运用拉格朗日动力学方程解决了红外系统的振动噪声问题,并在工程中予以成功应用.

红外**系统的快速发展,对红外仿真系统提出了更高的要求.微桥电阻阵列作为红外仿真系统的核心器件,其性能的提高对红外仿真系统的发展至关重要.微桥电阻是利用电阻加热微辐射元来产生红外辐射的,根据微桥电阻的工作原理可知,提高微桥电阻阵列单元辐射效率是微桥电阻性能提高的关键技术之一.利用以Al为反射层电阻、空气为中间介质层和TiNx为吸收层电阻组成的谐振腔结构可以明显提高所需波段的红外辐射效率,从而提高微桥电阻的性能.共振吸收结构为微桥电阻阵列的进一步低功耗、大面阵化提供了有效的设计和制作途径.

为模拟生成地球红外辐射背景图像,研究其成像方法.首先将地球表面划分为若干地表区域,考虑大气传输特性、地表类型、地表经纬度及地表海拔高度等因素影响,根据地表类型,建立地球表面区域温度模型和红外辐射亮度模型,然后运用数值计算方法得到地球表面温度和红外辐射亮度分布.根据红外探测器视角与视点,利用OpenGL实现了红外探测器在太空中对地球背景红外辐射亮度的三维图像显示.结果表明,模拟生成的地球红外背景图像效果逼真,可用于红外目标识别和仿真应用.

蜂窝结构是常规无损检测方法难以检测的对象.红外热波无损检测技术利用脉冲主动加热,采用红外热像仪实时监视表面温场,通过计算机完成图像采集,针对不同试件材料特点采用不同的图像处理方法进行处理.红外热波无损检测方法对蜂窝结构实现了快速、灵敏检测及动态演示,为进一步分析判断提供了依据.

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用,例如,利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离,其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源.对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应,诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础.

合成孔径激光雷达具有大大高于微波合成孔径雷达的分辨力、能够进行远距离、大面积成像等多种优点,正成为国内外的研究热点,并逐渐走向工程化,以此为背景对合成孔径激光雷达技术进行了综述.首先分析了激光雷达的优缺点,说明了研制新体制激光雷达的重要性;介绍了合成孔径激光雷达国内外的技术进展,对其工作原理进行了较为详细的描述,并结合原理介绍了一个典型的合成孔径激光雷达系统;通过对国内现有技术条件的分析,讨论了我国目前研制合成孔径激光雷达的难点,并对其发展前景进行了展望.

对Cr:YAG被动调Q Nd:YAG激光器进行了实验研究.着重研究了抽运功率、腔长、输出镜透过率以及晶体间距等因素对于激光输出脉冲序列的重复率、脉冲宽度以及峰值功率不稳定性的影响.实验结果表明,抽运功率是影响输出稳定性的最大因素,增大抽运功率加剧输出的波动,增加腔长减小输出的波动;同时存在一个最佳的输出镜透过率,可以使输出脉冲序列最稳定.在此基础上,依据被动调Q的原理,对实验现象产生的原因做了理论分析.分析结果对被动调Q激光器的设计有一定的指导意义.

由于实际环境的复杂性,理论计算大尺寸复杂目标粗糙表面的激光散射回波能量影响一直十分困难.将随机介质离散粒子光散射理论和粗糙面光散射理论结合起来,利用计算机图形学精确建立复杂目标的几何模型,依据复杂目标粗糙表面特征,并考虑沙尘、雾等环境特性对激光传输的影响,计算了大尺寸复杂目标粗糙表面激光散射在复杂环境下回波能量随不同观测角度和能见度的变化情况.计算结果可用于目标特征提取、识别和分类,满足工程精度需求.

分析了红外成像寻的用红外探测器的现状,根据导弹的应用领域、红外成像导引头和焦平面探测器技术的发展,讨论了成像寻的用红外焦平面探测器的发展趋势.

采用LD泵浦技术,实现了Nd:GdVO4、Cr4+:YAG被动调Q 1.06μm激光运转.通过改变泵浦光束在激光晶体内的分布以及Cr4+:YAG晶体在腔内的位置,实现了LD泵浦Nd:GdVO4晶体Cr4+:YAG被动调Q激光器的脉宽控制.根据由ABCD矩阵传输理论计算得出的腔内模式半径沿腔轴的变化关系,考虑激活介质热效应以及泵浦光强和腔内振荡光强的空间高斯分布,给出了LD泵浦Nd:GdVO4晶体Cr4+:YAG被动调Q激光的耦合速率方程组,数值求解该方程组,获得了脉冲宽度随饱和吸收体在激光腔内位置和泵浦光在激活介质内分布的变化关系,理论计算与实验结果相符.

提出了以激光为光源的微缝宽度测量系统的新方法.从理论和实验上对几种影响激光衍射法测量微缝宽度的因素进行了研究,并以正交CCD组作为接收元件,改进了测量系统.与传统测量方法相比,不再有测量距离的不确定及CCD定位等问题.测量过程实现了非接触、高精度在线测量,系统性能稳定.

三轴仿真转台是激光制导炸弹导引头半实物仿真系统种仿真转台实时控制的要求,讨论了基于RTX的实时控制系统的设计和实现方法,介绍了RTX的实时特征,对Windows-NT系统和RTX实时操作系统在实时精度方面的性能进行了比较.并给出弹道跟踪曲线等实验结果.实验证明,该系统实时性高,工作稳定可靠.

光学表面评价和检测对光学研究,尤其是短波段光学研究具有重要的意义.介绍了短波段掠入射表面散射线性模型,并根据这个理论,建立了软X射线掠入射表面逆散射模型.利用这个数学模型对由软X射线反射率计测得的数据进行计算,得到通过散射测量所获得的样品表面特征值,所测结果与WYKO测量结果吻合.测量结果表明:掠入射软X射线光学散射法能够较为精确地计算出光滑表面粗糙度和表面自相关函数,可以很直观地反应出光学表面形貌特征.

根据大功率半导体激光二极管列阵与光纤列阵耦合方式,分别从理论和实验两方面讨论、分析了大功率半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵耦合.将19根芯径均为200 μm的光纤的端面分别熔融拉锥成具有相同直径的微球透镜,利用V形槽精密排列,排列周期等于激光二极管列阵各发光单元的周期.将微球透镜光纤列阵直接对准半导体激光二极管列阵的19个发光单元,精密调节两者之间的距离,使耦合输出功率达到最大.半导体激光二极管列阵与微球透镜光纤列阵直接耦合后,不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且实现30 W的高输出功率,最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径为0.16.

进行大气科学研究的傅里叶变换光谱仪,必须具备高分辨率、高准确度的精细光谱才能对温度、压力和浓度等物理量进行反演.干涉仪中光线的离轴效应使仪器光谱函数发生变化.采用直接计算干涉调制函数的方法,研究了面阵探测器各个探测元离轴位置对光谱函数形状的影响;针对干涉仪使用的16×4元面阵探测器,模拟探测元不同位置的光谱函数参量的特性,结果将在仪器光谱定标中得到应用.

根据对比度传递函数的定义,推导出线列光纤传像束对比度调制传递函数的表达式,采用数值计算的方式,仿真分析了线列光纤传像束的对比度调制传递函数.仿真结果表明,输入信号与光纤束位相匹配对对比度调制传递函数结果有一定的影响,对比度调制传递函数值随位相呈周期性变化.在输入的空间频率小于Nyquist频率时,对比度调制传递函数值随频率的增大而减小.

光学玻璃的均匀性是衡量其性能的重要指标之一,因此,在实际应用中对它的精密检测有着重要意义.全息干涉技术是一种高精度的无损检测技术,较为详细地论述了二次曝光全息技术在玻璃均匀性测量方面的应用,做了一些理论上的推导和实验方法上的探索与尝试,并对其可行性进行了理论分析和实验验证,该结果与理论符合较好.而且把这种方法运用于普通玻璃材料,也能够定性地分析其均匀性.这种检测方法是非接触性的无损检测,可以方便用白光光源再现,而且检测精度较高.