针对目前普通光电成像系统对伪装目标的探测和识别概率较低的状况，提出伪装目标的探测识别新技术研究。介绍了红外偏振成像系统的原理、组成和特点，研制的中波/长波红外偏振成像装置，其波段范围为3 m ~5 m和8 m~12 m，线偏振度95%，消光比大于100∶1，给出了试验分析数据和偏振融合效果图。研究表明，采用红外偏振成像技术可以有效地实现对地面伪装目标的探测和识别。研究结果还可以扩展到对人工假目标、空中隐身目标等的探测和识别。

鉴于光电侦察定位系统的设计、验收、订购阶段均涉及对系统精度的评价，指出影响光电侦察系统目标定位精度的评价指标。研究了均方根误差、平均误差及置信概率区间方法的计算原则及使用条件，给出光电侦察系统目标定位精度的评价指标，并提出设计阶段的精度预估方法、验收阶段的精度评定方法以及设备采购阶段的性能优选方法。规范了光电侦察系统的定位精度预估、验收以及订购。

以系统工程方法论述光电产品技术设计的特征、内容及方法，阐明基于价值准则的优化设计分析决策法，叙述在光电系统开发设计阶段采用VPD(Virtual Product Development)技术实现光电产品全数字化拟实平台的方法和过程。在开发某光电跟踪测量产品中立足于系统工程方法结合VPD技术，使设计师利用模型与仿真技术可获得产品的概念形成、设计、制造到实现全过程的三维可视和可交互的产品集成开发环境。通过将VPD与实践经验相结合，并以数字化主模型为依托，开发出屏幕样机，进而对其展开动力学模型辨识等仿真试验，实现了从过去的经验设计方式跨越到预测设计方式，完成了虚拟制造驱动设计全过程。

调制偏振光可以作为空间方位信息的载体，实现方位角度信息的测量，在军事、航天、生物医药等领域有广泛的应用前景。文章阐述了基于磁光调制偏振光的方位失调角测量原理，针对原理中贝赛尔函数展开带来的失调角测量误差，详细推导了截取不同项数时失调角的计算公式。仿真结果表明：随着贝赛尔函数展开式截取项数的增加，失调角的测量误差越来越小；截取二倍频信号与三倍频信号的测量误差相当，但符号相反；截取项数高于四倍频信号后，误差基本保持不变。因此利用磁光调制偏振光进行方位失调角测量时，贝赛尔函数展开式截取项数不易超过四倍频信号。

测角精度是影响光电经纬仪定位功能的重要因素。为了进一步提高光电经纬仪的测角精度，对测角误差进行详细分析是必要的。从光电经纬仪的总体设计出发，找出了影响测量数据获取、转换、合成中的各项误差源，并详细分析了它们的大小和性质。通过分析光电经纬仪工作原理及结构找出了主要误差源。对机架系统的误差、测角单元误差、电气系统误差、脱靶量误差、大气折射修正误差等主要误差源进行分析计算，并对各单元进行了误差分配。最后，计算了光电经纬仪投影测角精度的均方根值。分析计算结果显示：通过精心设计、加工、检测，修正可使一部分误差减小甚至忽略，但机架系统的误差、测角单元误差、脱靶量误差对测角精度的影响仍很显著；在当前工艺水平下，光电经纬仪事后空间指向精度可以达到2。

望远镜在大气光学参数测量中起到至关重要的作用，测量方法是通过跟踪恒星或者信标实时测量数据。基于不同速度信标的移动特点，需要设计3 m~6 m变焦大气相干长度测量系统用于大气相干长度的测量，设计波段为可见光486 nm~656 nm，探测元全视场11 mm，入瞳直径300 mm。利用光学设计软件设计出一款折返式变焦望远系统，光学结构由卡式望远系统和三组元机械补偿式连续变焦系统组成,系统结构简单，成本低，凸轮曲线平滑，压力升角均小于45。系统可对变焦焦距数据实时输出，适合于快速和慢速不同场合下实时进行大气参数测量。

提出傅里叶望远镜外场成像实验的光学系统组成，详细介绍光学系统的装调和检测过程，并对模拟目标进行成像实验。采用3束不同频率的激光照射模拟目标并在目标表面形成干涉条纹，利用拼接主镜接收散射回波能量，再经次镜汇聚，最后进入压缩透镜组被光电倍增管探测。实验结果表明：主镜支撑结构稳定性优于0.075 mrad，子镜指向调整精度优于0.05 mrad，对安装的61块子镜进行共焦试验，光斑质心重合精度小于20 mm。最后，对3 mm的模拟目标进行外场成像实验，结果表明：室外环境下傅里叶望远镜的成像效果与实验室内成像效果及计算机仿真结果吻合较好，为后续反射模拟目标的成像提供了参考。

为满足天文导航设备星敏感器内场高精度检测和标校的实际工程需要，设计了一种结构简单并且具有光反馈功能的新型高精度单星模拟器。选用发光二极管作为光源，采用先聚焦再准直的方法实现模拟星光的平行输出。星模拟器的光反馈系统可以在输出光强发生变化的时候自动调节星光光源的发光强度，从而使星模拟器的输出光强在相当长的时间段内保持稳定。星模拟器输出光束的平行度达到8，输出光束的均匀性达到80 %，在连续工作至少8 h的情况下输出光束的稳定性达到89 %。相对稳定的输出光强减少了星模拟器因为模拟的星等发生变化而产生的影响，提高了星敏感器检测和标定的精度。

针对大口径非球面主反射镜（简称主镜）的装调要求，对比分析常用大口径非球面面形检测方法，提出该类主镜检测面形的最佳方案。在主镜的装调过程中，通过对主镜的固定方式和主镜变形补偿这2个关键环节的阐述，总结主镜固定的难点及主镜变形的原因，提出一套全新的装调方案，以旋转消重力法进行检测，并用专用工装实时定心调节，再用辅料焊接法固定主镜与中心轴，最后采用辅助支撑对主镜组件进行最终固定修正。装调结果表明：对于大口径非球面反射镜，装调完成后的主镜面形精度Rms0.03（＝632.8 nm）。

针对未来导弹的发展趋势，提出一种红外/激光双模共口径光学系统设计方案，可用于获取目标的双模信息。分析了光学系统的基本参数，研究了双模共口径系统的设计思想，并进行了光学系统设计。所设计系统实现了长波红外和激光双波段的共口径成像。红外部分相对孔径1.27，光学系统传递函数接近于衍射限；激光部分相对孔径0.63，接近于理论极限，成像光斑能量分布均匀，线性区范围内光斑变化较小。

介绍一种长焦距、大相对孔径微光夜视物镜的光学设计。设计参数为焦距100 mm，相对孔径1/1.4，视场10。为增大视距，减小物镜尺寸和质量，并且满足在宽光谱范围消色差的要求，选择均为球面的折反式物镜结构，在相同焦距和相对孔径的条件下折反式系统比折射系统尺寸更小，质量更轻。在设计过程中引入曼金反射镜，增加设计自由度。经优化设计达到较好的成像质量，空间频率在50 lp/mm时，轴上传递函数大于0.4，轴外传递函数大于0.2，与像增强器极限分辨率相匹配，全视场畸变小于2 %，物镜总长达到67 mm。

为了实现红外鱼眼系统下对多目标航迹进行起始，分析了红外鱼眼系统下目标在像面上的运动特点，提出了用于红外鱼眼系统的多目标航迹起始算法。算法采用逻辑法中的3/4逻辑，利用最大速度约束法去除各采样周期中大部分非相关量测点，用Hough变换方法确定可能航迹，用匀速约束对航迹进行确认。利用模拟目标对算法进行了实验和分析，结果表明，该算法与标准Hough变换法和逻辑法相比，航迹起始性能有了明显提高。当杂波个数为450个时，航迹起始虚警率仅为14%；对非断点航迹的成功起始时间为3帧，对断点航迹的成功起始时间为4帧，且在密集杂波环境下算法执行时间也较短。

横向剪切干涉技术是一种直接测量波面相位分布的光学测量方法，由于其不需要高精度的参考平面，并且能够测量偏离量较大的表面面形偏差，因此得到了更为广泛的应用。但是，通常情况下剪切量大小的选择凭工作经验来确定。为了给出一种定量的剪切量判定方法，论文提出了一种基于Zernike多项式拟合的剪切量判定方法，通过计算机仿真和实验给出了剪切量与测量误差的关系，发现剪切量为测量口径1/10时即可达到良好的测量结果。

根据红外偏振特性图像的冗余性与互补性，提出了一种基于梯度特征和支持度变换的二次融合方法。利用提出的方法先对红外偏振度与偏振角图像进行梯度特征融合，然后利用支持度变换对梯度特征融合图像和合成强度图像进行二次融合，得到了边缘突出、轮廓清晰、对比度高的的融合图像。实验结果表明：融合图像与偏振角图像、偏振度图像、合成强度图像相比局部方差分别提高23.02%、176.9%、148.2%；对比度分别提高67.84%、196.5%、49.39%；平均梯度分别提高46.09%、164.1%、214.5%。

提出一种基于ADSP-BF561的视频跟踪与处理系统设计方法。系统利用ADSP-BF561的双核并行处理性能和丰富的视频编解码接口，采用一种相关跟踪算法对其进行优化，算法是一种以相关系数作为相似性度量准则的相关跟踪算法。对该系统进行测试，结果表明：针对PAL制目标视频图像序列，系统可以实现复杂背景下的实时目标跟踪，视频目标跟踪对每帧的处理时间为22 ms，解决了目标跟踪的实时性要求。

基于蚁群优化方法提出新的数字图像散斑相关算法。该方法模仿了真实蚂蚁从其巢到食物找到最短路径的方式,通过对蚁群优化方法改进，减少迭代次数并改善解的质量。将新的数字图像散斑相关算法应用到计算机模拟的散斑图像和实验获得的散斑图像中，并与广泛使用的Newton-Raphson算法进行了比较。实验结果展示了新算法的精度、可行性和有效性。当数量级为0.01像素，误差离散均方根小于0.002像素。

为研究散射光强度随光子在散射媒质中散射光程的变化，基于单散射理论与扩散波光谱理论，采用了低相干动态光散射装置对不同粒径大小的聚苯乙烯悬浮液进行研究。将测量得到的背散射光光场强度谱的线宽与相应的理论计算结果相比较发现，在短光程区域，考虑容器壁附近拖曳效应的影响后，对于不同粒径的颗粒，光程为约5倍粒子平均自由程的区域可看成为单散射区域；对于光程大于225 m的区域可看成为扩散光波区域。实验结果表明低相干动态光散射法可实现高散射媒质从单散射区域到低次散射再到扩散区域的全光程的可分割的光场强度谱测量。

光电跟踪测量设备电视系统受到自然条件的影响，往往捕获不到清晰的画面，很容易出现对比度极低的图像。针对此种情况，提出了一种用邻域差值来确定分段点的灰度变换法。通过计算像素55邻域的灰度差值，取最小的12个值之和ND。在大量实验的基础上确定合适的阈值T，与ND相比较，确定出图像边缘像素的灰度值范围，据此确定分段灰度变换公式的分段点。实验结果表明，在原图像对比度为1.19%的基础上，通过该算法处理后图像的对比度是原图像的18.79倍，是直方图均衡化后图像的6.97倍，是直方图规定化后图像的41.41倍，图像对比度达到了22.36%，图像的直方图也由单峰突出变为比较均衡的状态。该算法无论在数据上还是在视觉上都取得了很好的效果，满足了电视系统的跟踪要求，已经应用在光电跟踪测量设备上，有较好的实用价值。

针对光幕靶在使用中易受到蚊虫、冲击波和光电器件随机噪声干扰因而可靠性差的技术难题，提出一种测速光幕靶用数字信号处理算法。利用数据采集仪采集光幕靶输出的弹丸过靶信号，通过莱达因准则剔除偶发性干扰数据。通过阈值比较法判断出弹丸信号的时间范围后，利用4次高斯公式对一定时间范围内的采样数据进行曲线拟合，并准确计算出半峰值触发时刻点，实现低采样率下的高精度测量。研究的信号处理算法利用计算机进行仿真验证，其原理正确，计算效率高。配合XGK-2002型光幕靶进行实弹射击试验，测试数据表明：该算法可准确计算出各类弹丸信号的过幕时刻，极大地提高了光幕靶的稳定性和适用范围，测量相对误差不大于0.1%。研究的算法同样适用于一类动态特征信号的提取与计算。

针对CCD等焦面阵列光电器件常被置于积分球辐射光源出口平面进行测试的误区，研究了积分球辐射光源照度分布的均匀性，得到了合理使用积分球光源测试光电器件的依据。基于数值解析方法和蒙特卡罗方法，建立了理想积分球辐射光源照度均匀性数学模型和非理想积分球辐射光源照度均匀性仿真模型，分析了与积分球光源出口不同距离处光电器件受光面上照度分布情况，并实验测试了两套积分球辐射光源照度分布情况，得到了与积分球辐射光源不同距离处光电器件受光面上照度均匀性分布规律。研究表明：当光电器件受光面直径小于积分球光源出口直径一半、光电器件和积分球出口之间的距离与积分球出口直径的比值在3至5之间时，可在光电器件受光面上获得均匀性优于99%的照度场。

提出一种基于气体特征吸收谱线的太赫兹时域光谱仪（THz-TDS）的频率校准方法。通过将THz-TDS测量结果与CO在THz波段的特征吸收谱线标准数据进行比较，对THz-TDS光学延时线运动速度控制不精确造成的光谱测量线性误差进行了修正，从而实现了THz-TDS的频率校准，修正后的THz-TDS频率测量平均误差为3.1 GHz。

针对飞行破片动能测试，提出了一种采用光幕测试飞行破片动能的方法。该方法采用两台光幕靶测试飞过光幕的破片的速度，通过破片穿过光幕输出的波形提取体积信息，得到破片的穿靶质量，进而得到破片的动能。文中分析了光幕输出波形与破片体积关系的理论模型，采用3种典型的旋转对称形状物体仿真验证了理论模型，并研究了一种标定方法。实弹射击试验表明，所提方法可以测量旋转对称破片或弹丸的动能，测量精度满足靶场测试的要求。

提出了一种检测大口径、快焦比凸双曲面反射镜的补偿检验方法，补偿系统由一组小透镜和一块大口径反射标准镜组成，标准镜的口径约为被检验镜的1.8倍，该方法为极大口径光学望远镜凸非球面副镜的检验提供了一种有效的解决方案。以美国30 m望远镜（TMT）3.1 m，F/1的凸双曲面副镜为例，进行了补偿光路的设计优化。设计结果表明，该方法可以直接检测到直径达3.1 m的大口径、快焦比凸双曲面副镜的整个表面质量，补偿系统像差被校正得很好，PV值约为/100，弥散斑直径在衍射极限范围内。

激光多普勒测速仪检测系统提取的光电信号中存在较大的噪声信号。为了消除这些噪声干扰, 提高激光多普勒测速仪的测量精度，提出一种新的信号处理方法，将最小均方差自适应滤波技术应用于激光多普勒测量中，利用多普勒信号和噪声信号的统计特性，以最小均方误差估计为准则，最大程度地滤除噪声信号。阐述了最小均方差自适应滤波算法的基本原理，在MATLAB平台上将其应用于理想正弦信号进行仿真，并将其应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验均表明，该技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰，大大提高多普勒信号的信噪比和测量精度，为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。

针对虹膜识别系统中难于获取高分辨率的虹膜图像问题，设计一款高精度虹膜图像采集摄像镜头。镜头焦距14.2 mm, 畸变小于0.15%，像方数值孔径为0.26，像面直径为5.35 mm，工作距离130 mm，物像共轭距为150 mm。光学系统可获得高分辨率图像，在0.7视场光学传递函数MTF在120 lp/mm时大于30%。镜头由4片球面透镜构成，结构简单，适合产业化生产，各项光学指标检测结果达到设计要求。

针对某新型导弹激光系统提出的小半径柱面镜，通过对传统柱面镜加工方法的综合分析比较，选择合适的加工方法、用不同抛光模层进行抛光比较，对多种分离器材料和分离器槽的长短、模具的摆动幅度等进行工艺试验，使小圆棒柱面镜的表面粗糙度最小值达到Ra 0.005 m，优于设计图纸表面粗糙度Ra 0.01 m的要求，后续再磨去多余的半个圆柱，形成并达到平面的技术要求，满足了此半圆柱状的小半径柱面镜全部技术条件，形成稳定批产加工能力。

多功能无线光电鼠标运用2个图像摄影芯片，通过轨迹球滚动和鼠标座身移动两种方式实现光标移动。通过比较原始鼠标光路中2个图像摄影芯片能够接收到的最小光通量百分比，选择ADNS7530作为鼠标中唯一保留的图像摄影芯片。保持轨迹球光路不变，鼠标座光路中增加一个与轨迹球光路相同的LED光源。比较鼠标座的桌面反射光分别通过轨迹球反射、棱镜反射和平面镜反射后，最终到达图像摄影芯片的光通量百分比。确定并验证了鼠标座光路采用平面反射镜的设计方案，实现了无线空中操作鼠标轨迹球光路和鼠标座光路共用1个图像摄影芯片的目的。

提出一种可产生无衍射线结构光的新型光学元件组合三角棱镜，由正、负等腰三角棱镜胶合在一起设计而成，其变换光束特性与单个正等腰三角棱镜相同，等效底角由正、负等腰三角棱镜底角之差决定，因此可通过较大底角的正、负等腰三角棱镜组合得到更小角度的底角，以获得更大焦深的无衍射线结构光，解决了单个正等腰三角棱镜小角度加工困难的技术问题。采用几何光学理论分析产生无衍射线结构光的原理，计算无衍射线结构光的相关参数，由衍射积分理论分析和模拟光束经过新型光学元件后的光强分布特性。实验结果表明：平面波正面入射新型光学元件可以产生具有大焦深的无衍射线结构光。

中红外带通滤光片在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用，峰值透过率和通带半宽度是带通滤光片的重要指标，主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。论述了一种在锗基底上采用锗和硫化锌两种材料设计并成功制备出中红外带通滤光片的方法。详细介绍了镀膜材料的选择以及这种方法的设计理论，给出了膜系结构，运用离子辅助沉积工艺在ZZSX-1100镀膜机上制备出了这种滤光片，测试结果表明：所制备的滤光片峰值透过率达到87%以上，通带半宽度为70 nm，光谱性能稳定，膜层致密，附着力好，膜系结构简单，易于实现。

红外探测器在空间探测以及目标发现和跟踪技术中具有极为重要的应用，其性能的优劣直接关系到获取数据的准确性和可信性。为了提高红外信号的分析灵敏度，降低探测器的噪声，在（CVD）ZnS基底上，采用电子束及离子辅助沉积技术，研制了3 m～5 m高透、1.064 m～2.5 m波段截止的高通滤光膜。为了有效防止1.064 m波段处的激光对探测器造成的激光损伤，以保证探测器的正常工作，根据激光器的输出功率制备了对1.064 m激光波段具有1%，0.1%，0.01%数量级衰减能力的系列高通滤光膜，使红外探测器更具灵活性与智能化的特征。

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理，分析指出利用介绍的装置，可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器，实验得到了条纹像，对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线，通过能量标定后，得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线，验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响，论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展，该方法可用于fs级激光光谱的测量。

针对实验中发现LD泵浦Nd∶YAG微片激光器的三类异常强度噪声，其强度波动幅度达20%~30%，严重影响了系统的稳定性，从理论和实验上对这三类强度噪声的特性进行了研究，包括外部光回馈引入的功率波动，LD异常噪声向固体激光器的传递，端泵浦偏离引起的模式耦合等。就各类噪声来源分别提出了相应的消除方法，抑制了微片Nd∶YAG激光器输出功率噪声，改善了激光输出特性，满足了频差精密测量的需要。

为使星载激光测高仪满足测量精度的需求，分析了接收放大器部分的设计原则与要求，对带宽、信噪比、探测灵敏度和放大倍数等主要性能参数进行了理论分析与研究，得到了性能参数的关系和优化的参量。理论结果表明，在激光测高仪测量范围为450 km~650 km，激光脉冲宽度为8 ns~12 ns，工作波长为532 nm与1 064 nm的情况下，对放大器性能参数进行分析计算，可以满足虚警率为1%的星载激光测高仪的设计需求。

为了评估孔径平均效应对空间激光通信系统性能的影响，理论分析和数值计算了激光通信系统中传输链路的统计特性，包括闪烁指数、衰落概率、衰落次数和平均衰落时间。结果表明：随着接收天线孔径的增加，传输链路的闪烁指数降低、衰落概率减小、衰落次数减少、平均衰落时间缩短，孔径平均效应使得通信系统性能得到提升。由于强湍流条件下湍流尺寸小，因此孔径平均效应明显。

鉴于时延信息严重威胁着混沌通信的保密性，提出了一种利用频谱仪直接确定激光器时延信息的新方法。通过记录和观察信号的频谱，发现其频谱受到了时延信息的调制；进一步对频谱作逆傅里叶变换，即可直接获取光反馈混沌激光器的时延信息。实验中对腔长L=11.02 m的单反馈和腔长近似相等(L1=11.02 m, L2=11.25 m)或腔长成整数比(L1=11.02 m, L2=22.03 m) 的双反馈情形进行了研究。分析结果表明：在两外腔长度近似相等的情况下，2个外腔长度信息不能被隐藏；当反馈外腔长度成整数比时可以从频谱中提取出半导体激光器的反馈延迟时间。

研究了弱湍流条件下星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数以及平均衰落时间3个重要参数的统计特性，并通过数值仿真分析了链路天顶角、光波长以及接收机海拔高度对链路衰落特性的影响。结果表明：减小天顶角和提高接收机探测灵敏度可以改善链路的衰落特性；1.55 m激光较0.85 m、1.06 m激光更适合于星地光通信；地面接收机应尽量建在2 000 m以上的高海拔地区。

提出了一种新的光纤拉曼放大器设计方法：在同一种光纤内运用不同波长的泵浦光源达到前增益后补偿的目的，最终实现在放大器输出端信号光增益谱平坦化。通过对拉曼增益谱前后沿做线性化处理，化简稳态SRS耦合波方程的解析解，最终在输出端得到了一个固定的功率输出值。模拟结果表明：所设计的放大器具有增益平坦度好、增益高的优点，且设计方法简单。该方案为增益平坦化的拉曼光纤放大器设计提供了一种新的思路。

模场直径是光纤波导基模的特征参量。单模光纤中的功率密度与模场直径成反比。随着光纤激光器单模输出功率的不断攀升，纤芯中的功率密度不断增加，过高的功率密度会使光纤波导产生光学损伤和热损伤。基于锥形光纤模场分布近似模型，研究发现不同参数的拉锥光纤模场直径最小值位置对应的归一化频点具有规律性。采用有限差分波束传播法（FD-BPM）对不同波长、不同数值孔径下纤芯直径和模场直径的对应关系进行模拟，结果表明：模场直径最小值位置在归一化频率1.8附近，与光纤参数和波长的选取没有直接关系。这个特征参数可为高功率激光在光纤中功率密度最大值位置的快速确定提供依据，也为光纤光学理论增加了新的内涵。

无衍射光的中心光斑直径相对于高斯光束较小且发散角为零，在自由空间光通信领域具有良好的应用前景。介绍了一种自由空间无衍射光通信模拟实验系统，它通过串口连接上位机，应用微处理器进行信号的调制与解调，采用双头脉冲间隔调制，无衍射光的发生使用圆锥透镜法，在接收端使用PIN光电二极管将光信号转换为电信号，再经过放大电路、整形电路和微处理器的解调，最后通过串口将数据传输给上位机。上位机通过对发送数据与接收数据的对比计算出误码率，进而给出整个系统的传输性能评价。在无衍射光的最大传输距离内，当比特率为9 600 bps时，该系统的误码率优于610-5。