在分析国外舰载机传统光学助降系统和雷达全自动盲降系统发展现状的基础上，给出基于舰载光电跟踪技术装备的光电助降系统的组成、配置、技术原理、技术指标，对光电助降系统中光电测量坐标系到甲板坐标系进行转换，对光电助降系统的测量误差和定位误差进行建模，在舰船无摇摆以及纵摇2周期20s，横摇10周期15s条件下，结合我国现有技术基础，分析摇摆姿态角误差、距离误差、跟踪测角误差对光电助降系统定位精度的影响并进行仿真实验，给出舰载机距着舰点距离大于1 km和小于1 km时光电助降系统的定位误差。

设计一种高分辨率中波红外成像制导光学系统。采用折射一次成像的结构形式，初始结构为远摄型物镜组。所设计的系统共用3个光学元件，通过引入非球面和二元光学衍射元件，增加光学设计的自由度，全视场达到10，系统总长为49 mm，焦距为70 mm。并且系统在-40℃~60℃温度范围内具有良好的消热差作用，成像质量接近衍射极限，最大弥散斑直径小于15 m。适用于像元数为640512，像元尺寸为15 m，F数为2的红外焦平面探测器。系统具有成像分辨率高、视场大且体积小等优点，可用于小型红外导引头中。

高精度光谱可调定标光源系统是针对高光谱遥感器的高精度定标提出的一种新型参考光源，设计了一个折射式宽谱段大相对孔径的准直物镜。镜头工作在400 nm~1 000 nm波段，半视场角2.2、相对孔径F/2.8、焦距135 mm。利用部分色散（P）和阿贝数（）的修正公式，基于复消像差的基本原理，获得了镜头的初始结构。借助Zemax光学设计软件进行优化设计，点校正了系统的二级光谱。最后，在设计波段上实现了复消色差，二级光谱残余量约为0.04 mm，其他像差也得到了良好的平衡。镜头的MTFs在37 lp/mm空间频率处均大于0.8，镜头整体性能满足设计指标。

设计一种用于目标探测的高分辨率紫外/可见宽波段显微物镜。该系统数值孔径NA=0.4、放大率＝10、像高2y=4.7 mm，在248 nm~656 nm的宽波段范围内成像，采用熔石英和萤石两种光学材料对宽波段所引起的色差进行校正。通过对系统的结构优化设计及像差平衡，使传递函数曲线的截止频率高达3 600 lp/mm，且接近衍射极限；分辨率＜0.65 m；点列图均方根半径均小于0.650 mm；场曲小于0.01 mm；畸变小于0.5 m，可完成近紫外、可见光双波段的探测任务。

设计一台用于CCD相机外场测试标定的超小体积、长焦距、高像质的平行光管，结构形式采用全反射离轴两镜式。设计的平行光管焦距1 2000 mm，有效口径400 mm，在线视场30 mm30 mm范围内波像差优于/20@6328 nm。光路经过多次折转后，平行光管外形尺寸小于1 000 mm600 mm500 mm，总质量小于60 kg。经分析计算，平行光管的环境适应性较好，能够满足被检相机正常发射场测试使用需求。

通过同步内触发惯性视觉复合传感器，实现对远距离、高速动态目标的测量。将高精度惯性传感单元ADIS16355与普通单目摄像机同步触发采集，通过任意位置变化、光轴角度旋转，达到双目视觉效果，有效解决了三维空间运动目标定位问题。由激光按键控制图像起始帧的标注，同时产生高电平信号，与摄像机视频信号分离出的奇/偶场同步脉冲信号一起通过与门电路输出，作为单片机标记惯性数据的中断信号，实现同步测量，可有效消除错帧、丢帧等现象，精度可达微秒级，为惯性传感器与普通单目摄像机同步采集提供了一种有效的解决方案。

斜拉桥锚固区拉索索体隐蔽在预埋管内，肉眼无法检测其损伤情况。搭建了一套基于高分辨率的视频采集检测技术装置，实现了隐蔽段拉索索体的远距离观测和狭小空间内的外表损伤检测。系统主要由光学支架与精密机械支撑装置、光学成像系统、照明光源、驱动电机控制、IP摄像机视频采集系统等部分组成。设计了一套3个不同焦距（长焦、中焦和短焦）的望远物镜，通过转换器实现在不同监控距离上的适配选用，物镜系统与照明系统远分离，使成像光路有效地避开隐蔽部分的恶劣环境。实践证明，该装置能有效采集到清晰的索体外表面监控视频图像，可用于预应力构筑物安防预警等方面。

基于包含五次复系数的高阶GinzburgLandau方程为模型，采用分步傅里叶方法数值研究了啁啾类超短脉冲间的相互作用。结果表明：相邻孤子之间的相互作用对五阶非线性效应非常敏感，即使参数改变很小的值，也会改变其传输特性。适当地选择五阶非线性参数值，能够很好地抑制孤子间的相互作用，提高光纤传输的比特率。当相邻孤子的初始间距为6.8，五阶非线性参数值取-0.001时，可以实现2个孤子长距离的保型传输。最后讨论了五阶非线性作用下多孤子之间的相互作用及抑制。

针对CCD立靶在室外自然环境下和配有主动光源的工程应用，提出一种基于背景图像分析的光源适用性判定方法。在图像采集与实际测试状态一致的条件下，采集无目标背景图像，通过数字图像处理，确定采集视场内各个位置处图像的灰度变化范围f及灰度均值fmean，若背景图像中各个像元的fmean2f，即认为CCD立靶可以对目标图像进行可靠识别。实验室及外场CCD立靶应用实验结果验证了该判据的有效性和可靠性。

在一些大型图像处理系统中，通过构建服务器机群网络，可实现多台服务器并行处理图像数据流。针对高光谱遥感数据及处理算法特点，设计了基于以太网的服务器机群海量高光谱数据处理系统平台，平台由7台服务器和1台千兆网交换机构组成，其中选择CPU核数不低于8核的4台HP刀片服务器作为并行处理服务器，在服务器机群软件设计中，通过任务分解、算法流水化处理及网络负载均衡等方法来实现并行处理。该系统已应用在某遥感数据处理系统中，多台服务器同时写入SAN盘阵，可实现6 000 Mbps的写入能力。

针对光学图像中的抛物线目标特征检测问题，提出一种基于最小二乘法的抛物线检测方法。采用Canny边缘检测算子进行边缘提取，对提取到的边缘点采用最小二乘法确定抛物线方程的系数，通过对二次曲线施加抛物线约束，使得算法不需要经过迭代就能得到最优解，并对抛物线方程进行坐标变换推导，计算出抛物线的参数。仿真数据实验和实际图像的实验表明：该算法能够检测到光学图像中的抛物线目标特征，各个参数的计算精度均在98%以上。

针对条纹投影偏折法中需要多次迭代进行面形恢复，提出一种结合快速傅里叶变换（FFT）算法与泽尼克（Zernike）模式拟合的算法（FFT-尼克）。数值仿真结果表明，直接使用泽尼克模式拟合，需要迭代15次，用时1 min以上，而使用FFT-尼克算法，迭代5次已收敛到理想精度。在保证计算精度在纳米量级的情况下，计算时间也缩短了近2/3。

根据运动目标性能试验需求及试验平台的特点，建立一个影像数据测量系统，实现目标的运动视频记录和外部参数测量。采用基于OpenCV的棋盘格内参数标定结合基于平台上固定标识点、线为基准的外场标定的摄像机标定方法,采用高速影像数据、中线视频数据和GPS数据相结合的方法实现目标运动的轨迹、姿态等参数的测量。通过测量精度分析及多次试验结果证明，测量精度达到水平方向优于10 cm，高程方向优于5 cm，姿态精度优于05。

针对移相干涉仪中移相器的非线性会影响测量结果准确性的问题，提出了一种基于迭代最小二乘拟合的标定干涉仪移相器的新方法。对移相器加电压并采集若干幅干涉图后，通过在帧间和帧内迭代开展最小二乘拟合可计算出干涉图间移相值，从而得出了电压值与移相值的对应关系曲线，通过对曲线作非线性拟合并对电压值进行精密调整，完成移相器的精确标定。在改造后的干涉仪上对此标定方法进行验证，与Zygo干涉仪相比，相同元件下两者测量结果之差的RMS值为1.726 nm。该标定方法可以降低高精度面形测量干涉仪对移相器线性度的要求。

为了实现成像光谱仪绝对辐射定标，以高稳定均匀光源为基础，结合单色仪、大口径平行光管和标准辐射计，建立了一套绝对辐射定标系统。在绝对辐射定标系统上采用替代法标准辐射计标定出被测成像光谱仪入瞳面上的光谱辐射照度，通过获得被测成像光谱仪各像元的输出信号，计算得到各像元的光谱辐射照度响应度，从而实现成像光谱仪可见到远红外波段范围内的绝对辐射定标。实验验证成像光谱仪绝对辐射定标的不确定度优于5%。

根据光散射原理和视觉检测的方法，研究开发了一种基于机器视觉的眼镜镜片缺陷自动化检测系统，对眼镜镜片进行图像获取、简单的图像处理与分级、分拣，实现对镜片的分类。系统采用并行机构运行，利用低角度前向照明方式获得了镜片表面和内部的斑、杂质、羽毛等缺陷图像；利用归一算法进行图像处理与分级，得到不同缺陷的识别信息。实验结果表明，系统能够检测出镜片中含有的所有缺陷，每个镜片的平均检测时间控制在2 s以内，检测精度为0.038 mm。

为了提高大口径光学元件子孔径拼接测量的检测精度，提出一种平面绝对测量技术，修正子孔径拼接过程中产生的系统误差。利用改进的三面互检法获得参考平面的面形数据，采用这些测量数据构建基于Zernike多项式的参考面面形误差修正波面，在拼接过程中运用误差修正波面对获得的子孔径测量数据进行实时修正，并与全口径直接测量结果进行对比，结果PV（peak value，PV,峰谷值）误差从0.072 1 减少到0.028 6 。结果表明该方法有效减少了参考平面系统误差对拼接测量精度的影响，提高了大口径光学元件的检测精度。

介绍一种用于检测多光路光电设备光轴平行性的测试系统，该系统采用准直平行光管提供无穷远目标，并融合了CCD图像采集处理和计算机技术，通过计算目标靶十字中心和激光光斑中心之间在CCD上的像素跨距，计算出红外、可见光以及激光三轴相互间的平行性误差，系统的计算误差小于5。

针对空间目标与地基望远镜红外成像传感器终端之间的不确知参量将降低双波段比色测温法求解精度，且精度影响程度未知，假设目标为灰体，对包含不确知参量的最大似然估计函数关于发射率求偏导，建立基于红外探测器测量电子数的双波段比色测温数学模型，并进行双波段比色测温法的蒙特卡洛仿真实验与精度分析。对于大气透过率的估算，提出应用红外自然星体的大气透过率现场标校方法。空间目标温度反演精度与成像探测器的信噪比、大气透过率、地球热辐射以及波段之间的发射率差异等未知参量的估算精度有关。结果表明：信噪比高于20，波段之间发射率差异小于0.03，地球热辐射预测精度优于50%，大气透过率预测精度优于10%时，比色测温法优于40 K的温度估计精度。

红外偏振特性及其变化规律能够表征空间目标的表面信息与状态信息。结合当前偏振探测的最新进展，分析了基于红外偏振特性对空间目标进行探测的思路与可行性。由于空间目标偏振特性会随空间目标特定的材料以及运动轨道不同而存在差异，因此红外偏振探测技术可以为空间目标的探测和识别提供更多的依据。通过对空间目标常用的不同材料、同一材料不同表面状态以及在不同观测角下偏振特性的分析，得出光滑钢板红外平均偏振度是粗糙钢板的1.3倍左右。

红外相机作为激光武器系统中实现目标捕获与跟踪必不可少的设备之一，其内部非均匀性噪声严重干扰目标的提取。为了减小噪声对目标提取造成的影响，提高相机的跟瞄能力，设计了一种切换装置，在相机启动过程中自动实现其非均匀性校正。在详细对比了圆周式、直线导轨式、曲柄连杆式切换装置的结构特点及优劣的基础上，结合相机内部狭小的应用环境，重点对曲柄连杆式切换装置进行设计：该装置以圆管式电磁铁为驱动元件，通过曲柄连杆机构间接带动遮光板实现光路的遮挡与通光。实际应用效果表明：所设计切换装置外形尺寸为68 mm36 mm37 mm，平均切换时间约为0.4 s，适于空间严重受限的场合使用。

为解决热像仪测试设备校准问题，设计了内部参考黑体温度与环境温度相等的红外辐射计。为评估精密红外辐射计的性能指标，指导精密红外辐射计的设计，建立了红外辐射计NETD (噪声等效温差，Noise equivalent temperature difference)数学模型。估算了在不同电子带宽、光谱波段下红外辐射计的NETD。结果表明，当噪声带宽小于1 Hz时，红外辐射计自身的NETD在MWIR(mid-wavelength infrared )、LWIR(long wavelength infrared)波段均小于0.01℃,能够满足热像仪测试设备校准需要。

利用红外波长的激光对微光系统进行辅助照明，改善目标区域的环境照度和对比度，使目标从视场中凸显出来，提高微光系统的探测距离，改善观察效果。采用距离选通技术，合理匹配激光脉冲与选通像增强器的工作时序，屏蔽目标前后非目标反射光以及来自大气中悬浮微粒产生的杂散光干扰，解决同轴照明后向散射问题，达到只观察选定距离内目标的目的。通过微光选通望远镜的工程实践，将激光距离选通技术成功地运用于微光探测领域中，在无月星光，照度为110-3lx，大气能见度为10 km条件下，对中型坦克或卡车侧面目标的识别距离可达到1 400 m。

从信号检测和人眼视觉角度出发，研究了直视微光夜视系统综合性能评估理论，推导出直视型微光成像系统的MRC（最小可分辨对比度）模型。该模型将光学传递特性与系统信噪比结合，建立了系统直视微光夜视MRC与目标特性、直视微光夜视仪以及人眼各部分参数之间的数学关系。验证结果表明，由该模型得到的系统极限分辨率相较于系统实际测出的分辨率相对误差为3.08%。

微光像增强器是微光成像技术中的核心部件,微光像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一,它可以定量表征像增强器在探测弱辐射图像时的性能,可综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响。介绍了微光像增强器信噪比的测量原理和装置，测量装置采用精确的微孔光阑、可变光阑及共轭对称透镜系统，实现直径为0.2 mm的特定光斑投射在像增强器光阴极面上。采用光子计数技术，通过研究小探测面（探测直径小于4 mm）微弱光照度标定方法，解决了针孔微弱光照度的准确标定与直径为0.2 mm信噪比光源照度准确测量。

为了满足小型光电系统对微小型大功率激光器的研制要求，通过液态金属传热设计，提高散热效率，使得激光器在小体积下实现高能量输出。采用复合板条工作物质集成谐振腔以及激光放大技术，在激光电源电流80 A、工作频率为5 Hz时，激光器在1064 nm输出单脉冲能量为160 mJ，脉宽为6 ns,发散角为3 mrad的激光。

在简要分析和对比各种检测导轨直线度方法的基础上，提出利用激光跟踪仪测量超长导轨直线度的方法，对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究。结合工程实例，对一数控机床的20 m超长导轨进行了直线度测量，得到其2个方向上的直线度分别为27 m和25 m。该方法拓宽了激光跟踪仪的现有功能，能精确快速地完成对超长导轨直线度的检测，并可以实现对超长导轨2个方向直线度的分离，测量导轨的长度可达到70 m，检测精度为0.4 m/m。

为评价VO2光学薄膜在光电器件中的工作可靠性，搭建了可输出连续渐变激光能量密度的脉冲激光照射实验平台，运用1对1与s对12种激光损伤测试手段进行激光辐射照射实验，采用线性外推法和测量计算法2种方法对实验结果进行了处理并得出VO2薄膜在重复频率10 kHz、中心波长532 nm、脉冲宽度15 ps脉冲激光辐射下的损伤特性。结果表明：VO2薄膜损伤几率与脉冲激光的单脉冲能量密度呈线性关系，重复辐射的激光脉冲对VO2薄膜造成的损伤具有积累效应，且重复辐射的激光脉冲次数越多损伤积累效果越明显。

中波红外宽带通滤光膜通常膜系层数多，膜层总厚度非常大（厚度达到10 m左右），膜层的镀制工艺难度较大。通过分析红外带通滤光片几种设计方法的特点，并结合实际镀制工艺技术，采用了长波通与短波通及非规整薄膜设计技术相结合的方法，设计了以锗材料为基底的中波3 m～５ m宽带通滤光膜。该设计大幅度降低了膜层的总厚度（约为8.65 m），缩短了膜层的镀制周期，提高了膜层的牢固度；在膜层的镀制工艺过程中，通过改变薄膜材料的蒸发速率、修正蒸发硫化锌材料时电子枪的扫描方式、调整蒸发材料在坩埚中的装载方法，使膜层获得了优异的光谱性能，其通带平均透过率大于96%，截止区域的平均透过率小于1%。

当潜望式光学系统中反射镜绕机械轴转动时，影像会在视场中绕光轴旋转严重影响观瞄。消像旋棱镜可以使像产生反向转动从而消除这种影响。从探索潜望式瞄准镜中消像旋棱镜的装调工艺出发，通过对2种常用消像旋棱镜在光学系统中对光线折转的分析，提出了其光机装调过程的判断依据，总结了2种消像旋棱镜应用的装调工艺方法，并提出了在平行光路中检测消像旋棱镜固定前后的分辨率以保证成像质量。经过多个项目的验证，此方法能有效降低消像旋棱镜的装调难度，装调后消像旋棱镜光轴与系统基准轴偏差控制在30以内。

变栅距光栅线位移传感器是一种新型波长编码位移传感器，为进一步提高传感器波长解调的精度和减小光源的体积，提出适用于全工作波段的恒定闪耀角变栅距光栅结构。首先采用经典光学的方法推导出变栅距闪耀光栅衍射强度分布公式，从理论上证明该光栅结构可实现在全工作波段提高变栅距光栅线位移传感器衍射光强。此外，制作出变栅距闪耀光栅样件证实了工艺可行性。在相同的条件下，对一组参数相同的闪耀光栅和矩形槽形光栅进行了衍射光强比对实验，得到变栅距闪耀光栅的衍射光强约为矩形变栅距光栅的衍射光强的1.7倍，并与按此衍射光强分布公式计算的结果一致。

比较了光交换节点中几种全光再生技术方案的优缺点，重点描述光纤参量振荡器的时钟提取实验和基于磁光四波混频的光门整形技术。实验揭示了光纤参量振荡器闲频光反馈控制方法的工作原理，并提取出稳定的高质量时钟信号。仿真比较了4种四波混频光门再生方案的功率转移特性，开展了磁光四波混频再生实验。研究表明：通过对高非线性光纤加载180 Gs直流磁场，可使光接收机灵敏度进一步提升2 dB。最后指出了全光再生技术的多信道、集成化发展趋势。

针对煤层底板突水监测预警系统对应变传感器的特殊要求，研制了新型光纤光栅三分量应变传感器。三分量应变传感器采用内置温度补偿芯片的温度补偿方法，通过将3个应力芯片按一定角度放置的封装工艺研制而成。对所研制的光纤光栅应变传感器进行了温度特性试验、系统基本性能指标试验、疲劳耐久性试验等，试验结果表明：所研制的传感器在使用温度0℃～40℃内，灵敏系数为1.23 pm/，应变量程为1 000 ；横向效应为0.39%，机械滞后为1.18 ，蠕变为1.53 ，线性度为0.13%，重复性为0.16%，工作性能满足设计要求。经过煤层底板突水监测工程实例，验证了新型光纤光栅应变传感器均能准确感应煤层底板应变信息，可对监测点80 m范围内进行预警。