针对单帧复杂背景红外图像点目标检测算法存在复杂背景下处理效果不理想、处理时间长的问题，提出了一种层次卷积滤波检测算法。主要分为两个部分：第一，根据红外小目标特性，设计一种层次卷积滤波的算子，对图像进行滤波处理，实现图像中小目标的增效和背景抑制的效果；第二，采用基于最大值的自适应阈值方法，对图像进行二值化操作，过滤背景杂波，最终提取到待检测的目标。在大量不同背景红外图像中进行实验，论文算法在背景抑制因子和信噪比增益的性能量化结果上优于现有5种典型红外弱小目标检测算法的性能结果，且平均处理时间仅为高斯拉普拉斯（Laplacian of Gaussian，LoG）滤波算法的30.42%。通过实验对比，表明该层次卷积滤波算法可以有效解决在不同复杂背景下的红外图像中对小目标检测的问题。

为解决光电跟踪仪跟踪精度测量过程中光束大范围指向的模拟问题，设计了一种大口径、高精度二维快速控制反射镜（fast steering mirror, FSM）。采用微晶材料设计了长、短轴分别为230 mm和160 mm的椭圆形平面反射镜，面形精度优于λ/30。采用音圈电机驱动，通过柔性支撑铰链设计及DSP嵌入式控制系统，运动行程达到±30 mrad，运动控制精度达到5 μrad，运动控制线性度优于±0.20%，角分辨率优于1 μrad。通过软件控制，实现对入射光束圆形轨迹运动、直线轨迹运动、随机运动等形式的运动模拟。最后，对设计指标进行实际测试，可以满足跟踪精度光束动态模拟的测试需求。

高能激光合束系统中反射镜在工作前需要进行快速高精度的指向调整。设计了一种二维电控调整镜，系统主体采用一体化的柔性支撑设计，驱动采用步进电机配合减速机构带动螺杆实现，反射镜偏转角度的精密测量采用电涡流传感器，使用数字信号处理器（DSP）作为主控模块。对系统的工作原理和设计进行了分析，对系统标定方法和控制算法进行了深入研究。为了满足系统调整速度的要求，采用S形加减速算法作为调整镜的控制算法，采用分段线性的系统标定方法。最后对系统进行了实验测试，结果表明，在±500″角度范围内，调整镜到位时间在3 s以内，控制误差小于2″，可以满足系统要求。

量子点分立的能级结构使其具有独特的光电性质，因而在激光能源、光电检测等领域应用广泛。其尺寸调谐的受激辐射特性与灵活多变的应用形态也使其成为一种理想的荧光标记材料，在生物医学、微观物质检测以及防伪与目标识别等领域备受关注。对于应用场景多为宏观自然环境的防伪与目标识别领域，不可避免地需要对红外波段的量子点荧光进行较远距离的检测与分析。因此，文中基于微弱信号检测技术设计构建了一套红外量子点荧光的远距离探测系统，并用其对PbS胶质量子点薄膜荧光进行了检测实验。实验结果及分析表明，波长~1300 nm的红外量子点荧光辐射可以在100~200 m距离之外被系统有效提取，从而实现红外量子点材料的远距离识别。系统对荧光特性的检测结果用于分析和指导不同红外量子点材料的制备过程，也将推动其远距离识别应用的多样性发展。

为了降低高重频脉冲激光测距回波信号的误识别率，提高测距性能，对高重频脉冲激光测距回波信号调理技术进行深入研究。采用FPGA作为主控芯片，产生激光调制脉冲，并根据被测距离3.33 μs～33.33 μs时间选通方波信号，驱动开关芯片产生与量程关联的时间波门，有效滤除脉冲回波中的干扰脉冲，该方法改进了常规脉冲激光测距信号处理系统的自动增益控制环节。测试实验结果表明：在脉冲回波信号60 dB的动态范围内，可有效滤除回波信号中引入的干扰脉冲，极大地降低了干扰脉冲误识别造成粗大误差的可能性。该方法可推广应用于脉冲激光测距信号处理系统，使系统测距精度提高12.6%。

胶质红外量子点优异的光学性能使其荧光特性具有广泛的应用前景，在实际应用中通常需要封装成薄膜形态以保持稳定的荧光特性。然而，分散形式的改变可能会导致量子点荧光效率降低以及荧光角度特性变化。因此，建立了红外量子点荧光强度探测系统，对胶质红外量子点薄膜在不同角度激发光入射时产生的荧光分布情况进行研究。实验及分析结果表明，激发光与样品表面夹角大小在10°～170°之间的较大范围内入射时，在反射及透射荧光区域均可探测到荧光峰值强度70%～80%以上的荧光出射，在这一范围内的反射荧光与透射荧光强度差异和荧光强度随激发光入射角度的变化规律分别与样品中量子点的浓度以及分布形态有关。同时，随着入射激光能量的增强，样品出射荧光强度对于入射角度变化的“平坦”范围进一步扩大。