介绍了机载热红外高光谱成像仪样机的低温光谱仪设计特点，为了检测系统的光谱识别能力，在实验室开展了详细的光谱性能测试。为满足气体探测对超高光谱精度的需求，提出了采用CO₂激光器结合高精度单色仪的方法应用于色散型高光谱成像系统。在实验室对氨气气体进行了准确的红外吸收光谱测试，表明系统可用于气体探测及识别。在此基础上，开展了飞行试验，应用结果表明热红外高光谱可以有效开展城市典型建筑物分类、工业化学气体排放种类和形态监测等应用，特别是后者是目前其它光学遥感手段尚不具备的。以上研究和试验结果表明机载热红外高光谱成像仪已经具备了业务应用能力，后续将在仪器辐射定量化精度的提升方面进一步开展研究工作。

近年来，随着射电望远镜外差式阵列接收机的发展，基于相位光栅技术的波束分离器在亚毫米波长范围内得到了重要的应用，它能够将单个本地振荡器信号经过分束同步传送到超导SIS/HEB混频器阵列接收机中。由于太赫兹频段相位光栅的特征尺寸在亚微米级，其加工精度直接影响器件性能，给微加工技术带来巨大挑战。基于此，笔者所在课题组结合相位编码超材料技术设计了一种新型的太赫兹四波束分离器，仅需利用单层超材料编码单元便可实现宽带电磁波束的分离，波束转换效率高，结构简单且易于加工，同时反射波束的方向可灵活调节。为了与实际测试系统相匹配，着重研究了不同入射角度下的波束分离，并得到了最佳的斜入射角度范围（小于30°），相对工作带宽可达52%，反射的四个波束功率相差不超过10%，这为太赫兹频段射电望远镜超导混频器阵列接收机的本振信号功率分配提供了新的解决方案，也有利于其他新型太赫兹功能器件的设计和发展。

针对太赫兹光束的光斑直径较大和传输途径不同的现状，提出大面元太赫兹热释电探测器和多用途探测器结构研究，用于自由空间和波导传输太赫兹光束功率的测试。首先使用有限元分析软件建立太赫兹热释电探测器模型，开展热电耦合仿真设计；其次使用精密研磨抛光工艺、平面集成电路微纳米加工技术、匀胶与剥离工艺、砂轮划片技术等工艺技术，开展太赫兹热释电探测器研制；最后创新设计装配在探测器结构上的套筒与波导适配器。理论分析和实验结果表明：该方法设计的太赫兹热释电探测器具有噪声等效功率低、重复性高特点，并且解决了自由空间与波导传输太赫兹辐射功率兼容测试问题。

红外低背景探测技术主要应用在深空环境，系统灵敏度与自身背景辐射关系较大，如何有效抑制探测系统自身背景辐射一直是重点研究方向；识别一直是红外领域的研究热点，增加探测谱段是提高特征获取量的最有效方式。介绍了一种局部制冷分光的红外多波段探测技术，该技术采用探测器一体化设计思路，将折反结构光学系统局部集成到探测器内部随红外芯片一起制冷；再利用分光元件进行双路分光，实现双波段能力，如果结合叠层芯片可以有效拓展到多波段能力；通过光学自辐射仿真，比较不同光学结构形式下的自辐射结果，可以看出：该技术背景辐射降低至常温折反系统背景辐射1/4，理论灵敏度可以大幅度提高，该技术优势明显，潜力巨大。

红外辐射测量技术是表征目标红外特征的重要手段，而大气修正是获得目标真实辐射的必要步骤。提出了一种提高远距离目标红外辐射测量精度的非线性大气修正（NLAC）方法。该方法利用近距离标准参考源测量（NRSRM）来计算实时环境中不同位置的实际大气透过率和程辐射。相应条件下的理论大气透过率和程辐射也可以从大气辐射传输软件中获得。应用神经网络技术对两者之间的非线性关系进行拟合。因此，可以预测远距离的大气透过率和程辐射，以实现大气修正。为了进行比较，还进行了简单的线性大气修正（LAC）与线性增强大气修正（LEAC）。实验结果表明，该方法的红外辐射测量平均误差为6.45%，远低于常规方法，线性大气修正方法和线性增强大气修正，分别为16.17%，11.27%和7.44%。

针对机场、油库等特定区域的高识别率、低误报率入侵事件监控需求，提出了一种基于光纤传感与红外视频的目标识别方法。其中，光纤传感部分采用基于MCSVM的非对称双马赫-曾德尔干涉仪（ADMZI）分布式光纤振动传感器，将EMD(经验模式分解)、将峰度特征与MCSVM相结合以提高识别率；红外识别部分将灰度差值图像通过小波变换提高清晰度。两者经过模式对比算法，实现入侵事件判定。搭建系统做现场实验，结果表明：该方法能够识别四种常见的入侵事件(爬越围栏、敲击电缆、剪断围栏、摇动围栏)，平均识别率在92.5%以上，误报率0.9%，相对传统单一传感器方案，该方法在漏报率和虚警率等系统性能上都有较大的改善，能够满足实际应用要求。

空间遥感器的焦面组件是空间遥感器的一个关键部组件，完成光信号到电信号的转变功能，要求其具有高拼接精度、高稳定性和高度轻量化的性能。针对某深空探测遥感器兼具推扫成像和凝视成像的功能需求，设计了一种线阵面阵探测器共基板的焦面组件，主要包括焦面基板、CCD组件、CMOS组件和视频处理电路板等。通过合理的布局，在一块焦面基板上完成了三片CCD芯片和两片CMOS芯片的布局设计，结构紧凑，散热效果好，同时利用铜片分割和电箱结构覆盖的手段提升了焦面组件的电测兼容性能。完成焦面组件的拼接，CCD探测器的搭接误差优于±2 μm，各个探测器的共线和平行度误差优于±2 μm，共面度误差优于±2.5 μm。最终，对焦面组件开展了力、热环境试验，探测器的共线、平行度和共面度误差均无变化，表明焦面组件具有足够高的拼接精度和稳定性，焦面组件的基频为135 Hz，具有足够高的动态刚度，同时，还对整机进行了电磁兼容试验，性能良好。

地球同步轨道上的三轴稳定卫星所处的空间环境复杂，仪器背景辐射变化较大。传统杂散光分析法无法模拟非均匀温度场，且无法实时计算仪器背景，仿真误差较大。提出用热辐射杂散光集成法来分析在轨红外相机的仪器背景辐射，通过更趋于在轨真实温度的且具有温度梯度的实时温度场，结合辐射传递因子，计算探测器上的仪器背景辐射以及相机的信杂比。将热辐射杂散光集成法、传统杂光分析法计算信杂比与在轨实测信杂比进行对比，热辐射杂散光集成法误差小于17%，而传统杂光分析法误差达114%。表明热辐射杂散光集成法的仿真结果更趋近于在轨实际情况，仿真效率和仿真精度更高。

针对火星探测环绕段自主导航需求，结合初始轨道参数及光学导航相机拍摄的火星图像，提出了一种基于火星本体的高精度自主导航方法。该方法首先利用初始轨道参数得到火星在导航相机像平面下的投影图，然后将该投影图与导航相机拍摄的火星图进行匹配融合得到火星的边缘图，后利用该边缘图进行精确椭圆拟合，继而可实现器-火视线距和视线矢量的测量，在算法仿真过程中充分考虑到了工程实现中可能会遇到的图像旋转、平移及尺寸变换问题，仿真结果表明：提出的利用先验信息的图像融合测量算法较单独利用火星图像进行导航测量的方法，精度和可靠度均有较大提升，可满足火星探测环绕段的任务需求。

月球表面没有大气层的保护，岩石矿物长期在太空风化的作用下，逐渐演化为月壤。太空风化过程是月壤产生、成熟的过程，由于物质形态结构的改变，导致月表光谱特征产生变化。因而，作为风化产物的月壤的光谱特性，包含了月表的太空风化信息。月壤成熟度，是描述太空风化程度的重要指标，利用高光谱遥感数据进行亚微观铁（SMFe）的反演进而获取月壤成熟度，是目前研究月表太空风化的主要手段。原位探测数据，由于没有受到其他因素的干扰，获得的反演结果相对更加准确、可靠。我国嫦娥四号(CE-4)玉兔二号巡视器搭载了能直接获取月表原位高光谱数据（450~2395 nm）的科学载荷红外成像光谱仪，为研究月表的太空风化提供了很好的机会。选取了CE-4卫星着陆器登陆点附近的两处光谱数据，采用Hapke模型和光谱角匹配法对CE-4卫星登陆点附近月壤的SMFe进行了反演。根据Morris模型和FeO含量进一步反演CE-4卫星登陆点附近月壤的成熟度。结果表明，该处月壤成熟度为11.5，较大概率为不成熟月壤。

为了提高等效温度、等效面积的稳定性和分辨率，提出一种基于点目标特征参数提取的红外多光谱设计方法。首先，通过多光谱设计准则模拟仿真了多波段的抗误差能力，确定了光谱设计的影响因素。然后，根据红外辐射测量系统噪声分析，确定了光电导中波和长波探测器都达到最佳工作性能的条件。最后，根据波段信噪比估计和红外大气窗口确定了光谱的具体分布。性能分析结果表明，设计的光谱能在目标各种变化的情况下，使中波和长波协同工作，大大提高了等效温度、等效面积的稳定性和分辨率。

双分辨率相机同时兼顾大视场和高分辨，利用同轴光学固定结构避免了变焦镜头运动部件带来的诸多问题，在深空探测目标跟踪和手机等智能终端上具有应用价值。针对现有的基于深度学习的双分辨率图像变焦算法的速度慢，信息量没有提升，图像网络结构适配性差和图像信息修复的伪造性等问题尝试性地提出了加入基于深度信息的解决办法。论证将图像对焦清晰度作为深度信息引入双分辨变焦算法的可行性，探讨对焦深度信息检测精度与效果，分别测试深度学习和基于深度信息的传统方法的双分辨率变焦算法，得到了一种不影响正常成像速度，内存开销降低35%和算法复杂度降低60%，超分辨信息真实可靠，图像结果评价提升10%到50%的全新算法。

高重频激光测月技术是月球激光测距的一个重要发展趋势，对获得更多的激光测月数据具有重要意义。在之前的10 Hz测月频率基础上，中国科学院云南天文台开发了共光路百赫兹激光测月系统。然而在共光路系统中，存在发射激光光子的主波时刻与接收激光光子的回波时刻相重叠的现象，影响了对回波光子的探测。文中从信号时序角度对主回波重叠现象进行了分析，研究了光子飞行时间与重叠现象间的关联性。利用某天的月面反射器的轨道预报对系统的重叠发生比率进行了模拟，得出了当天观测时段内整体的重叠发生率约为8%。同时开展了基于每个发射时刻的分段模拟，结果与前者吻合。对微调转镜转速以避开主回波重叠的方法进行了分析，开展了对应的转镜转速调整试验，结果表明当重叠发生时，对转速进行适量调整可以避开主回波重叠。

在深空探测中探测信号经过对流层延迟后在接收机端信号将出现一定程度的时延，影响探测精度。现有方法主要通过网格模型、空间模型实现时延预测，但由于区域差异导致模型准确度受限，预测精度仍有改进空间。提出了一种基于自适应多输入多输出（MIMO）信号的深空探测对流层延迟预测模型。基于单一收发天线模拟卫星信号MIMO传输方式，然后构建自适应卡尔曼滤波器，通过自适应调整MIMO信号分量权重系数的方法选取最优传输路径以实现对流层延迟量的预测。参与测量的卫星数目为4颗，在不同信噪比以及改变MIMO通道数目情况下开展实验，研究自适应MIMO模型的准确度和实际测量误差。实验结果表明，新方法相对于GPT2模型、GPT2w模型以及实时导航定位中常用的UNB3模型、EGNOS模型的预测精度有较大提高。

超材料完美吸波体是一种典型的电磁功能材料，在包括高效太阳能利用等领域有巨大的应用前景。迄今的工作主要集中在工作波长的可调谐性以及双波段、三波段甚至宽带吸收方面。激光防护等特殊应用要求超材料完美吸波体在指定波长附近拥有窄带吸收性能，然而这方面的研究当前还比较少。基于铝反射镜-SiO₂介质层-铝圆盘的三层结构，设计并数值模拟研究了一种工作在1 064 nm的窄带超材料完美吸波体。通过对比发现，相比于利用小尺寸结构单元的表面等离子体振荡基模，利用大尺寸结构单元的表面等离子体振荡高阶模式，可以在指定波长处得到线宽更窄的完美吸收效果。进一步，通过对介质层厚度、圆盘直径和晶格周期等主要结构参数进行系统研究，揭示了各个结构参量对于超材料完美吸波体光学响应的影响规律。在此基础上，通过对结构参数的优化，最终得到了透过率为0、反射率低至8.56×10^?5、模式线宽约为55 nm的高性能、窄带超材料完美吸波体设计。由于该工作中涉及的所有材料均CMOS兼容，同时结构单元的特征尺寸也处于光刻技术易于加工的区间，因此拥有良好的大规模实际应用前景。

提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18 μm中心距1 024×1 024面阵规模的AlGaN紫外焦平面。为了实现低功耗设计紫外焦平面读出电路，采用了三种设计方法，包括：电容反馈跨阻放大器CTIA结构采用工作在亚阈值区的单端输入运算放大器，列像素源随缓冲器和电平移位电路共用同一个电流源负载以及列级缓冲器的分时尾电流源设计。由于像素单元内CTIA采用了单端输入运算放大器，在3.3 V供电电压下，每个像素单元最小工作电流仅8.5 nA。该读出电路设计了可调偏置电流电路使读出电路能得到更好的性能并基于SMIC 0.18 μm 1P6M混合信号工艺平台进行了设计制造。测试结果表明：由于采用了上述设计方法，整个芯片的功耗在2 MHz时钟8路输出模式下仅67.3 mW。

弹道导弹发射阶段发动机尾焰中的H2O、CO2等大量高温气体组分和弹头再入段高温气体流场以及受气动加热的本体均产生强烈的红外辐射，是红外预警、跟踪、制导的重要信号。针对印度烈火-Ⅱ导弹，开展其助推段和再入段的辐射特性计算分析。从窄带辐射模型出发，考虑流场中重要气体组分的红外辐射机制，建立高温气体组分光谱参数的计算方法，发展了目标红外辐射特性计算软件。根据助推段火箭发动机尾焰流场和再入段流场的数值模拟的物理化学参数，利用所发展的辐射计算软件，计算分析了烈火-Ⅱ导弹助推段和再入段典型状态的红外辐射特性，可以为针对烈火导弹的预警、反导提供参考。

提出一种基于多通道时空融合网络的双人交互行为识别方法，对双人骨架序列行为进行识别。首先，采用视角不变性特征提取方法提取双人骨架特征，然后，设计两层级联的时空融合网络模型，第一层基于一维卷积神经网络（1DCNN）和双向长短时记忆网络（BiLSTM）学习空间特征，第二层基于长短时记忆网络(LSTM)学习时间特征，得到双人骨架的时空融合特征。最后，采用多通道时空融合网络分别学习多组双人骨架特征得到多通道融合特征，利用融合特征识别交互行为，各通道之间权值共享。将文中算法应用于NTU-RGBD人体交互行为骨架库，双人交叉对象实验准确率可达96.42%，交叉视角实验准确率可达97.46%。文中方法与该领域的典型方法相比，在双人交互行为识别中表现出更好的性能。

视觉芯片是一种高速、低功耗的智能视觉处理系统芯片，在生产生活中有广阔的应用前景。文中提出了一种新型的可编程视觉芯片架构，该架构的设计考虑了传统计算机视觉算法和卷积神经网络的运算特点，使其能够同时高效地支持这两类算法。该视觉芯片集成了可编程的多层次并行处理阵列、高速数据传输通路和系统控制模块，并采用65 nm标准CMOS工艺制程流片。测试结果表明：视觉芯片在200 MHz系统时钟下达到413GOPS的峰值运算性能，能够高效地完成包括完成人脸识别、目标检测等多种计算机视觉和人工智能算法。该视觉芯片在可编程度、运算性能以及能耗效率等方面都大大超越了其他视觉芯片。

为了分析恶劣空间辐射环境导致星敏感器性能退化、姿态测量精度降低的原因，深入研究了辐射环境下互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）图像传感器辐射损伤对星敏感器性能退化的影响。该方法通过建立空间辐射和CMOS图像传感器辐射损伤敏感参数、星敏感器性能参数之间的相关性，揭示了CMOS 图像传感器器件参数退化到星敏感器系统参数退化的传递机制。⁶⁰Co-γ辐照试验表明：辐照后，系统信噪比的降低导致星敏感器星等探测灵敏度的降低，信噪比是联系CMOS图像传感器和星敏感器系统之间的桥梁。质子辐照试验表明：当辐照注量大于3.68×10¹⁰ p/cm²时，已无法正确提取星点质心。该研究结果为星敏感器在轨姿态测量误差预测和修正技术的研究奠定了一定的基础，更可以为高精度星敏感器的设计提供一定的理论依据。

针对水下图像出现对比度低、颜色偏差和细节模糊等问题，提出了多输入融合对抗网络进行水下图像增强。该方法主要特点是生成网络采用编码解码结构，通过卷积层滤除噪声，利用反卷积层恢复丢失的细节并逐像素进行细化图像。首先，对原始图像进行预处理，得到颜色校正和对比度增强两种类型图像。其次，利用生成网络学习两种增强图像与原始图像之间差异的置信度图。然后，为减少在生成网络学习过程中两种增强算法引入的伪影和细节模糊，添加了纹理提取单元对两种增强图像进行纹理特征提取，并将提取的纹理特征与对应的置信度图进行融合。最后，通过构建多个损失函数，反复训练对抗网络，得到增强的水下图像。实验结果表明，增强的水下图像色彩鲜明并且对比度提升，评价指标UCIQE均值为0.639 9，NIQE均值为3.727 3。相比于其他算法有显著优势，证明了该算法的良好效果。

深空探测是指对月球以及月球以远的天体或者空间环境开展的探测活动，深空探测领域是我国实现航天强国战略的重要组成部分，也是标志性领域之一。文中概要总结了深空探测60多年来的发展历程，重点介绍了我国深空探测取得的成就和未来发展的趋势，针对我国开展的探月工程和首次火星探测任务，分析了各次任务已取得的技术突破，围绕月球及深空探测后续任务规划，对月球科研站建立、小行星探测、火星取样返回以及木星系探测等任务的关键技术进行了探讨。在此基础上归纳总结了我国深空探测技术的发展路线以及未来需重点研究和攻克的关键技术。

光学技术在中国探月工程与首次火星探测工程应用显著：一半以上的科学载荷属于光学遥感载荷；在自主导航、测控、监视、交会对接等工程实施上也应用广泛。文中简要回顾了中国探月工程已实施的历次任务、正在实施的探月工程三期和首次火星探测工程，以及光学技术应用取得的主要成果，介绍了中国未来对月球、火星、木星和小行星等探测任务的规划，分析了光学技术在未来月球与深空探测中的发展趋势和潜在应用领域。

深空光通信是满足未来深空探测高速数据传输的主要技术途径，也是未来中国深空测控网发展的主要技术方向。特别是伴随着智能化、网络化空间通信系统的发展，射频和光通信相结合的智能空间通信网络将成为支持未来深空探测任务的核心设施。文中结合中国未来月球和深空探测发展规划，以中国现有深空测控网的任务支持能力为基础，梳理了未来深空测控光通信的需求。在充分借鉴国内外最新研究成果的基础上，全面分析了建设深空光通信系统地球终端的技术途径。结合中国国情的实际，提出了分步进行系统建设、分阶段开展工程应用，构建天地基相结合的混合深空光通信地面系统，并最终形成中国完全自主的深空光通信认知网络的发展思路。

光学敏感器是深空探测航天器导航制导与控制系统的关键组成，为航天器平台的稳定运行和有效载荷的科学探测提供指向和位置支持。文章对我国深空探测任务中研制与应用的姿态测量敏感器、自主导航光学敏感器、着陆避障光学敏感器、巡视探测光学敏感器典型产品进行了综述，对其关键技术和发展趋势进行论述。

光谱成像技术是深空探测领域的重要技术手段，可服务于多种空间科学实验。针对深空探测领域对光谱载荷的高稳定性、高光利用率的需求，提出一种新型深空高光谱衍射计算成像探测技术，将衍射光谱成像技术和光场成像技术结合，解决衍射光谱推扫成像系统中探测器需要大范围扫描问题，实现一次拍照获取目标空间信息和光谱信息，即快照式成像。这对未来深空探测高光谱成像仪的设计和研究具有指导意义。

探测月球与行星表面物质化学成分是了解其起源及演化历史的关键，而光谱探测技术则是物质成分识别与定量反演研究的重要手段。原位（In-Situ）光谱探测有别于空间探测中的环绕器遥感及采样返回探测，是指在目标现场进行的近距离光谱探测。我国“嫦娥三号”任务科学研究与资源勘查，需要开展月球表面原位光谱探测技术研究，突破凝视型时序扫描的新型声光光谱探测关键技术，研发适应表面恶劣环境的高性能、轻小型、高可靠仪器，在国际上率先实现月球表面光谱原位探测及分析。论文结合以“嫦娥三号、四号”为典型应用的红外成像光谱仪，介绍据此发展起来的月球表面原位光谱探测技术，包括探测机制、工作模式及仪器的功能、性能与应用；最后，也简要介绍了即将应用的“嫦娥五号”月球矿物光谱分析仪。

人类探索宇宙的步伐从未停止，走得更远是不懈的追求。早在1969年，美国“阿波罗”11号飞船就实现了人类首次登陆月球，接下来又有5艘飞船成功登月。近些年，以中国“嫦娥”工程为代表的无人月球探测计划成功实施，使得月球探测再次被世人关注。在空间探索不断发展的背景下，载人登月必将会在未来的某个时间再次登上舞台。着陆月球、月面活动、起飞上升等过程都离不开控制技术，文中在介绍早期载人登月与近些年月球探测成果后，分析未来我国载人登月任务的构想，探讨其中至关重要的控制技术，提出几点发展展望。

在线捕获GEO远距离暗弱目标，实时监视轨道目标状态对于空间安全具有越来越重要的意义。在灵敏度接近14 Mv情况下，密集恒星、恒星散射光效应将极大影响目标探测。为解决上述问题，提出一种背景稠密恒星同步剔除和空间目标证认方法，利用目标短时间内规律运行的特征，实现目标的捕获、分类和在线跟踪，地面仿真和试验充分验证了方法的有效性和准确性。文中方法对于太阳系内行星、小行星探测等深空项目亦具有重要的借鉴意义。

自主光学导航是小行星探测任务的一项关键技术，基于光学图像的地形相对导航方法在以往开展的小行星探测任务中得到了成功的应用。光学导航利用小行星表面的地形和反照率等特征精确建立了参考基准和导航陆标，根据实时观测图像的匹配结果给出了下降过程中精确的相对位置、姿态和速度。文中总结了小行星探测器下降着陆的光学导航技术发展现状，概述了其关键技术和发展趋势，为国内小行星探测任务提供了参考。

为了解决Capsule网络随着输入图像增大计算量和参数数量急剧增加的问题，对Capsule网络进行了改进并将其用于SAR自动目标识别（SAR-ATR）中。基于大脑视觉皮层以层级结构以及柱状形式处理信息的机制，提出了完全实例化的思想，并运用类脑计算对Capsule网络进行了改进。具体方法是：使用多个卷积层实现层级处理，同时使用了较少的卷积核，但每一层使用的卷积核数量随着层级加深逐渐增加，使得提取的特征更加趋于抽象化；在PrimaryCaps层中，Capsule向量由最后一层卷积层输出的所有特征图构成，使得Capsule单元包含目标局部或整体的全部特征，以实现目标的完全实例化。在SAR-ATR上，将改进的Capsule网络与原Capsule网络、传统目标识别算法和基于经典卷积神经网络的目标识别算法进行对比实验。实验结果表明，改进的Capsule网络训练参数和计算量大大减少，并且训练速度得到很大提升，在SAR图像数据集上的识别准确率较Capsule网络和前两类方法分别提高了0.37和1.96~8.96个百分点。