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针对工业现场的薄壁类零件圆孔轮廓的测量问题,构建一套基于双目视觉的测量系统。以双目摄像机作为视觉传感器,通过检测圆孔内部和零件表面灰度值,实现光源亮度的自动调节,使左右相机同时采集到最清晰的圆孔图像。通过圆孔轮廓识别和基于外极线约束的匹配,继而实现圆孔轮廓三维重建,从而获取圆孔的孔径信息和三维坐标。实验结果表明,系统具有较高的测量精度,其稳定性与精确性满足工业现场的应用。

光场的偏振态作为光场调控的一个新自由度，逐渐成为研究者们关注的热点。对光场偏振态的非均匀调制可以实现光子自旋-轨道相互耦合，从而发掘很多新的光学现象，其中Pancharatnam-Berry(PB)相位扮演了至关重要的角色。在偏振转换中，光场的不同偏振分量得到不同的PB相位。利用PB相位对光场偏振分量进行波前整形，以控制光场偏振分量的传输，从而在光场传输过程中实现偏振转换、角动量转化、能流控制等。光场偏振调制的相关研究在自旋选择成像、微粒操控、激光微加工、信息传输与修复中具有潜在的应用价值。分析了偏振调制光场的传输和控制原理，总结了近年来国内外的相关研究工作进展。

在安保工作中, 为快速发现狙击手, 构建了利用狙击镜的猫眼效应原理来发现目标的系统。该系统不同于传统的采用连续激光扫描视场, 而采用可调制半导体激光器为探测光源, 在调制信号的控制下照射视场, CCD接收相应的主被动回波图像。并根据目标距离不同所成图像特征不同的特点, 提出了分别针对远近目标的识别算法, 最终在嵌入式DSP高速处理平台上进行图像处理实现。外场实验结果表明, 主被动图像相结合, 且利用远近目标不同的识别算法, 有效提高了探测率, 降低了虚警率, 系统准确探测到了300 m近目标和800 m远目标, 并达到10 frames/s的实时处理速度。

针对微波与激光混合链路中继卫星系统实际应用中的动态变化，分析了混合系统动态扰动条件，依据中继卫星资源调度动态调整原则，研究了混合系统动态资源调度策略。以最大化调度任务优先级之和，以及扰动发生后对初始方案扰动变化最小为目标，建立了具有两级优化目标的混合系统动态调度模型。提出了动态插入快速启发式算法并对模型求解算法，算法包括直接插入任务操作、移动插入任务操作和删除插入任务操作。仿真结果表明与完全重调度的算法相比，动态插入算法的方案变化率平均降低了60.10%，且计算速度明显高于重新调度算法，能够有效解决混合链路中继卫星系统动态调度问题。

提出了采用基于非线性光纤环形镜(NOLM)的全光2R(再放大、再整形)再生器对星间差分相移键控(DPSK)信号进行放大、整形的方案。理论推导了再生器的工作原理，给出了对信号进行放大、整形的约束条件；仿真研究了再生器的输入输出功率特性和相位特性，分析了耦合器耦合系数对功率特性的影响。结果表明，全光2R再生器对基于自差探测的DPSK系统性能具有显著的改善作用，系统误码率较未使用再生器时降低接近两个量级。

多频段多路信号同步调制时，星间微波光子链路性能与单路信号调制时相比有很大不同。基于Ku和Ka频段4路信号同步调制的星间微波光子链路模型，实现了卫星接收射频信号在光域上的放大、传输和分束等处理，利用贝塞尔函数展开分析了输出端非线性失真分量，推导了单边带、双边带和推挽调制方式下输出信号失真比(SDR)和信号噪声失真比(SNDR)。结果表明，非线性失真对单边带调制的影响小于双边带调制；单边带和双边带调制时最优输出SNDR值相同，对应的双边带调制时调制系数小于单边带调制；推挽调制方式时低偏置相位不能优化输出SNDR值。综合考虑输出信号质量和功耗因素，多频段信号同步调制时星间微波光子链路应选取双边带调制方式。

针对激光链路中继卫星资源调度问题，以中继卫星系统资源、任务和约束条件为参量，以任务对资源的选择为优化对象，采用在调度过程中不断更新后续任务可用时间窗口的调度方法，建立了激光链路中继卫星资源调度的约束规划模型并提出了一种基于时间窗口更新的调度算法。综合考虑多时间窗口、多天线终端以及任务优先级，算法基于“当前任务调度时间的确定”和“后续任务可见时间窗口的更新”，对不同资源的任务集合进行调度安排并实现了可见时间窗口的动态更新，获得调度任务的总优先级并将其作为参量计算适应度值，最后通过遗传算法对不同调度方案进行寻优，获得最优调度结果。以4颗用户星、3个天线、32个任务为条件设置了仿真场景，仿真结果表明该算法在收敛速度、调度效率方面具有优势，适应于多用户星、多天线终端的激光链路数据中继卫星资源调度。

针对未来数据中继卫星系统中微波与激光链路并存的发展趋势，研究了具有微波和激光混合链路的中继卫星系统资源调度问题。以可见时间窗口、任务优先级、终端功耗为约束条件，建立了微波/光混合链路中继卫星系统资源调度(ML-DRSSP)的多目标约束规划模型；通过设计自适应交叉、变异算子和基于精英保留的选择算子，改进了非支配排序遗传算法(MNSGA-Ⅱ)并对模型求解。以1颗中继星、4颗用户星、3种资源终端和不同任务规模为条件建立了仿真场景。仿真结果表明该算法在保持解多样性的同时使非劣解集尽可能接近问题的Pareto最优解集，因而能够有效解决具有多任务、多类型天线的ML-DRSSP。

针对未来数据中继卫星系统中微波与激光链路并存的发展趋势，研究了微波/光混合链路的中继卫星系统资源调度问题。分析了混合链路在传输速率、链路建立及终端功耗等方面的特点，以多时间窗口、多种类型天线以及任务优先级为参量，以未调度任务总权重、终端总功耗及调度完成时间为目标，建立多目标约束规划模型；提出基于模型分解的优化求解算法，将模型分解为任务调度子问题和优化求解子问题，任务调度子问题通过基于时间窗口更新的调度方法获得初始调度方案，优化求解子问题利用遗传算法对方案进行优化，获得最优调度结果；仿真结果中任务完成率为93.75%，调度任务的权值之和占总权值的96.96%。结果验证了该方法在描述求解具有多任务、多类型天线的微波/光混合链路中继卫星系统资源调度中的有效性。

引入双向反射分布函数(BRDF)分析卫星可见光散射特性。建立卫星结构模型并分析了太阳在大气层外可见光辐射照度，将单一波长BRDF测量方法扩展到可见光波段的加权平均测量，利用BRDF经验模型和实验获得的表面样片的实验数据，数值求解出卫星表面材料的BRDF的三维特性。最后分别在漫反射和非漫反射两种条件下，计算出卫星可见光散射强度的空间分布，为空间目标的可见光探测与识别提供依据。