基于美国国家极地操作环境（NPP）卫星可见光红外成像辐射仪（VIIRS）的红外和微光遥感数据开展夜间火点检测识别研究，并提出一种联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别（FRJLI）算法。首先，采用VIIRS多天数据融合获得研究区的城市灯光背景图，为火点检测消除城市灯光影响；然后，在传统红外通道火点识别算法的基础上，联合微光通道的火点阈值调试，通过多通道阈值判别、绝对火点识别和上下文判别得到最终的识别结果。以韩国2022年3月4—13日森林火灾和蒙古国2022年4月18—19日草原火灾案例进行实验，根据夜间假彩图和植被指数验证了FRJLI算法识别火点的正确性，分析每天识别火点的亮温和辐射值关系，得出红外与微光数据的相关性及敏感性差异，FRJLI算法较NASA官方火点产品或其他火点算法结果具有更高的识别质量，特别是提高了微小火点的识别率，为更高效准确地识别火点提供了技术支持。针对森林和草原火点的识别效果表明，该算法适用性更广。

针对迷你无人飞行器（mini-UAV）探测难度大的问题，仿真设计并制作了谐振频率接近mini-UAV噪声特征频率的硅基微机电系统（MEMS）轮形振膜，结合精密机械加工制作了光纤法布里-珀罗干涉式声传感器。测试结果表明，该光纤声传感器的谐振频率为7.279 kHz，与仿真结果基本一致，其在频率为7 kHz声波正入射的条件下的灵敏度为1.8 V/Pa，信噪比为71 dB，最小可探测声压为99 μPa/Hz^0.5。值得强调的是，该声传感器对声波的响应呈现“8”字形的方向依赖性，表明其具有识别声源方向的能力。进一步在户外测试了该光纤声传感器对mini-UAV的探测能力，结果表明，声传感器能够在65 m的范围内探测到mini-UAV噪声，其探测距离是商用驻极体声传感器的3倍左右。所研制的硅基MEMS轮形振膜光纤声传感器为解决实践中mini-UAV探测难的问题提供了一种简单有效的工具。

提出一种顾及姿态误差时空变化的全谱段光谱成像仪（VIMS）定位精度提升方法。通过分析高分五号02星（GF-5B卫星）181 d的星敏感器低频误差规律，以分段傅里叶级数模型为基础，利用时序化、多空间补偿策略，统一了非基准与基准定姿模式之间的低频误差特性，补偿低频误差对影像几何定位的影响。研究结果表明，所提方法将VIMS可见光近红外影像无地面控制几何定位精度从4.274 pixel优化至1.867 pixel，且对不同时相、不同区域的光学影像均有良好的精度提升效果。

提出了基于氧化石墨烯和空心二氧化硅薄壁微泡腔的光纤气体传感器。将氧化石墨烯涂覆于熔融加压流变成型的薄壁微泡腔内壁，使其整体的有效折射率对于气体吸附敏感。通过拉锥光纤倏逝场在薄壁微泡腔激发出回音壁谐振模，其中心波长与有效折射率（气体体积分数）对应，据此实现腔内气体体积分数的传感测量。实验结果表明，当氨气的体积分数在0~40×10^-6的范围内时，提出的光纤气体传感器的响应呈线性，其传感灵敏度为0.73×10⁶ pm，分辨率为1.9×10^-6。当氨气的体积分数为20×10^-6时，传感器的响应和恢复时间分别是294 s和329 s。空心微腔结构一方面可以作为敏感单元，另一方面可以直接作为气体通道，避免了外部气室的使用或额外气体通道的封装，极大地提高了传感系统的实用性。

为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明：在0~60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。

提出一种反射式微纳光纤耦合器传感膜片，以实现高精度、连续和无创血压监测。该传感膜片由反射式微纳光纤耦合器、聚二甲基硅氧烷薄膜和环氧树脂基底组成，具有很高的压力灵敏度（-0.682 kPa^-1），且无需精确空间对准即可实现脉搏波检测；然后，构建双通道脉搏波检测系统，以获得肱动脉传导时间、桡动脉传导时间以及桡动脉和肱动脉之间的传导时间差值；基于上述参量，利用支持向量回归算法建立血压预测模型。实验结果表明，所提系统的收缩压平均偏差和标准偏差分别为0.08 mmHg和1.13 mmHg，舒张压的平均偏差和标准偏差分别为-0.35 mmHg和1.25 mmHg，符合美国医学仪器促进协会的标准，与其他类型的传感器相比，所提系统的准确度有明显提高。使用该系统监测一天内以及运动时的血压波动，结果表明该系统在连续精准测量血压方面具有可行性及很大的应用潜力。

杂散光抑制是保证红外遥感数据定量化反演精度和图像质量的前提。为了抑制系统杂散光，利用点源透过率（PST）与杂散光系数（VGI）的函数关系计算了VGI，并分别用VGI和杂散比（NSR）作为指标对系统外部杂散光和系统背景辐射的抑制方法进行了研究。结果表明：采用冷光学设计能有效抑制系统背景辐射，此时系统工作的三个波段NSR从4.5以上降低至0.35以下。制冷机制冷是冷光学设计和探测器工作的基础，研究了杜瓦窗口和冷屏设计对VGI、NSR和制冷机功耗的影响，进而优化了窗口和冷屏的设计参数。拟合实验数据明确了杜瓦漏热与制冷机功耗的函数关系，提出了一种低制冷功耗和高杂散光抑制的冷屏设计，此时杜瓦漏热为1.7 W，制冷机功耗为103.72 W，系统的VGI从1.95%降低至1.92%，窗口的NSR下降了60%，满足项目要求。研究结果解决了低温光学设计、制冷机功耗和杂散光抑制等一系列问题，组件通过力学试验，已成功运用于某项目用光谱成像仪中。

基于单光子雪崩二极管（SPAD）的激光雷达凭借其灵敏度高、探测距离远、集成度高等优点被广泛应用于三维感知领域。SPAD激光雷达系统中包含各种功能的子模块。研究这些子模块对激光雷达系统性能的影响有助于进一步优化系统方案，提高研发效率，降低研发成本。因此，从系统子模块的特性出发，利用时间相关单光子计数技术（TCSPC）和蒙特卡罗法建立了基于SPAD的激光雷达模型，得到了被动复位电路和主动复位电路、单事件首光子时间数字转换器（TDC）和多事件TDC对系统性能的影响。结果表明：在目标飞行时间为20 ns、环境光为50×10³ lx、目标反射率为10%的条件下，主动复位电路与被动复位电路的系统性能基本相当；当目标反射率增加到50%后，主动复位电路的系统性能优于被动复位电路；类似地，多事件TDC的系统性能优于单事件首光子TDC，主要表现在，与单事件首光子TDC相比，多事件TDC的噪声本底计数为均匀分布，其信号计数的峰值更易大于噪声本底计数的峰值，寻峰算法更简单，算力需求更少。仿真结果表明，为使系统性能最优化，SPAD集成芯片的后端子模块应采用主动复位电路和多事件TDC的组合架构。

针对全波形激光雷达和多光谱数据下土地覆盖误分类问题，提出了融合陆地卫星（Landsat）多光谱遥感影像数据和星载全波形激光雷达全球生态系统动态调查（GEDI）数据进行土地覆盖分类的方法。首先，根据实地调查数据建立数据集；然后，采用支持向量机（SVM）方法来实现激光雷达足迹的土地覆盖分类；最后，对土地覆盖的分类结果进行评价。结果表明，在SVM方法下联合使用光谱特征和波形特征的总体准确率可以达到90.68%，相比仅使用光谱特征或波形特征时总体准确率可以提升8个百分点以上。融合光谱特征和波形特征的方法可以提高土地覆盖分类的准确性。

分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级，光纤传感通道无法对波场进行密集采样，难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响，提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型，分析了光纤阵列相位误差来源，根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正；然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明，所提方法能够有效实现对目标源的二维定位，定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆，提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。