提出了一种基于图形处理器(GPU)并行加速双能计算机层析成像(CT)重建的整体解决方法。该方法通过将双能采样数据视角配准步骤整合到基本的双能CT重建过程中,保证了双能投影分解的准确性,从而提高了双能CT重建的准确性。通过在反投影步骤中同时反投影几种图像,避免重复计算投影地址,并且在整体重建过程的各个步骤中采用GPU并行方式进行计算,有效提高了双能CT的重建速度。重建图像为2种和4种时,与重复执行多次单能CT并行重建相比,本文方法的重建过程加速比分别为1.88和3.24,其中最耗时反投影步骤加速比分别为1.90和3.66。实验和实际应用证明了该方法可有效提高双能CT重建的准确性和速度。

设计了一种由耦出线性全息光栅和耦入体全息光栅组成的单色全息平板波导显示系统。该系统的工作原理是微型显示器发出的单色图像光波信息经过准直透镜后, 通过耦入体全息光栅和耦出线性光栅把图像光波信息从平板玻璃的一端耦入, 另外一端耦出, 最终在出瞳位置进入人眼。介绍了全息光栅的特点, 利用耦合波理论与K矢量闭合法理论推导全息光栅的视场角, 同时介绍了全息光栅的设计方法, 该方法是通过分束镜将激光分为物光波和参考光波, 且按照一定的入射角度在全息干板上发生干涉来实现。模拟仿真结果表明: 该系统显示视场角为18°×14°, 出瞳距离为30 mm, 传递函数MTF在30 lp/mm时均在0.3以上, 满足目视系统的使用要求, 可以应用于新一代头盔显示系统中。

针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题, 提出了一种分集阵列式光学接收天线, 在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构, 分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚光效率以及光源移动范围, 并且通过实验和Matlab仿真给出两种光学接收天线的聚光效率随光源径向移动范围和光源入射角的关系, 结果表明: 当光源尺寸10 mm时, 复合光学接收天线的聚光效率是0.06%, 接收视场角是±6°, 光源径向移动范围是±6 mm; 分集阵列式光学接收天线的聚光效率是0.06%, 接收视场角是±16°, 光源径向移动范围是±22 mm。因此分集阵列式光学接收天线更适用于水下激光通信系统。

基于能量守恒定律和网格划分法，设计了一款用于超薄直下式发光二极管（LED）平板灯的大角度透镜。以朗伯型发光LED在高度为96 mm下的目标面照度分布作为期望照度分布，对大角度LED透镜进行反馈优化，使其在高度为25 mm的目标面上就形成具有期望照度分布的光场。为探究优化后的大角度LED透镜对直下式LED平板灯的厚度减薄程度，将目标面高度分别设为20，25，30 mm，方形LED阵列的间距分别设为96，82，75 mm，利用LightTools软件模拟分析了直下式LED平板灯的目标面照度均匀度。研究结果表明，当目标面高度为25 mm、方形LED阵列的间距为82 mm时，目标面上的照度均匀度最好，其值(照度最小值除以照度最大值)达至0.8756，符合国家LED室内照明应用技术要求。

针对红外制导弹药在采用具有角度约束制导律时需要剩余飞行时间的问题, 提出了一种不需要剩余飞行时间且可实现大落角攻击的变增益比例导引律。利用期望落角固定时中末段导航比与过载及目标视角约束的解析关系, 建立导航比计算模型, 解算出中、末段导航比及切换点位置; 随后,对比研究了变增益比例导引律与弹道成型制导律的性能, 并对其工程应用进行了分析研究。结果表明: 变增益比例导引律在实现落角及位置约束的同时能满足视场角及过载约束, 且相比于弹道成型制导律, 其硬件资源需求更少。

基于能量守恒定律和网格划分法，设计了一种实现LED阵列近场均匀照明的自由曲面大角度透镜，其内曲面为椭圆形曲面、外曲面为自由曲面.根据能量守恒定律建立映射关系，对光源和目标面进行网格划分，并结合折射定律，迭代求解出外自由曲面数据点.分析了椭圆形内曲面的长短轴比值对透镜菲涅耳损耗和照度均匀性的影响.结果表明：短轴与长轴的比值在0.35~0.55时，出光效率和照度均匀性最佳.通过反馈优化法对LED阵列进行优化，重新划分网格，使叠加部分光照度减弱，提高了整体光照均匀性.仿真结果表明：仅对透镜外自由曲面的面型数据点进行优化，在目标面高度为80 mm，透镜出光角度为157 °时，优化后的整体光照均匀度由优化前的0.40提高到0.84，出光效率大于0.9.

在PVA显示模式的基础上,研究了一种新型的液晶显示视角切换技术.通过增大液晶分子在暗态下的倾斜角度控制暗态亮度,实现了宽视角下暗态低,显示对比度高;窄视角下暗态高,在相同白态亮度下,显示对比度低.实施可行性:在时序控制芯片系统(Timing Controling,Tcon)中烧录两版code,使用者根据不同环境下对宽窄视角的特性需求选择相应的显示模式,通过宽窄视角下分别采用不同的Tcon code编译驱动电压以实现宽窄视角的面板显示.模拟结果表明:宽视角显示上下左右视角达到80°以上,而窄视角显示上下左右视角均不足40°,从模拟结果看本文提供的宽窄视角显示方法是有效的.

针对LED单自由曲面透镜近场大角度照明均匀性不足和出光效率低等问题, 基于边缘光线理论和网格划分法, 设计了内曲面为椭圆型, 外曲面为自由曲面的LED双自由曲面大角度透镜.透镜内曲面对LED入射光线进行发散, 外曲面对出射光线方向进行控制, 实现大角度均匀照明, 并减少全反射损失, 提高出光效率.采用扩展光源文件对透镜模型进行光学仿真, 并利用反馈优化法对外曲面进行优化, 提高近场的照度均匀性.研究表明: 在相同近场距离条件下, 出光角度为143°、151.8°时, 单自由曲面透镜照度均匀性为0.55和0.40, 出光效率为92.0%和80%, 而所设计的双自由曲面透镜照度均匀性为0.84和0.85, 出光效率为98.8%和95.0%, 照明效果明显改善.

针对导弹实现终端大落角对目标进行攻顶的需求，通过带落角约束的最优制导律来控制终端落角，此过程中可能会出现目标超出导引头视场的现象，所以设计了一种带修正项的制导律。该方法是在最优制导律的基础上引入一个修正项，当导引头视角超出设定阈值时开启修正项，使目标始终处于视场之内；当视角小于阈值时关闭修正项以发挥原制导律的优势。该制导律既保留了原来最优制导律的高落角特性，又有效地处理了导引头视角的问题。仿真结果表明：通过该方法实现带落角和导引头约束的导引是可行的。