以机载平台作为研究对象，通过分析光电侦察系统实现目标地理定位的原理，得出影响光电侦察系统目标地理定位精度的主要因素，即系统的位置误差、姿态误差、航向误差及侦察系统距被测目标的距离等，推导出了光电侦察系统对目标地理定位的误差模型。对目标定位精度与光电侦察系统的航向误差、姿态误差关系的分析和仿真结果表明，光电侦察系统的航向和俯仰角精度是最关键的因素，惯导系统的航向误差控制在0.02°~0.5°，姿态误差控制在0.01°~0.25°之间较为合理，最后提出了提高目标地理定位途径的建议。

为了解决太阳光经传统菲涅尔聚光镜聚光后太阳能电池接收面上的光强分布不均匀问题，设计了一种环带式菲涅尔聚光镜。根据菲涅尔环带设计方法，把接收面划分为与之对应的环带，使光线在经过菲涅尔聚光镜的表面环带后进入相应的接受面环带，减少了光能损失并提高了光强分布均匀性。给出了在350 nm ~760 nm波段范围内太阳张角角度为0.54°、口径200 mm、高宽比为0.65、聚光比为400的菲涅尔聚光系统设计实例，通过Tracepro模拟并分析了菲涅尔聚光镜的光学能力。结果表明：在接收面尺寸相同的情况下与参数相同的的传统匀光菲涅尔聚光镜相比，此环带菲涅尔透镜光斑能量分布均匀性达到75%。

太赫兹波段位于红外和微波之间，在空间通信、近程战术通信等国防领域有巨大的应用前景。总结了太赫兹通信技术的特点、类别、方案及太赫兹波通信系统涉及的关键技术。介绍了近几年国内外太赫兹通信技术研究现状及取得的成果，在0.14 THz频段通信距离达到20 km，0.3 THz处通信传输速率高达105 Gb/s。分析了全电子学方法、光电子方法、量子级联激光通信等几种通信技术路线，并比较了各系统的优缺点。展望了太赫兹通信技术的发展趋势和应用前景。

为了实现快速低成本改变光学系统焦距，设计了基于液体透镜的变焦结构光三维成像镜头和微透镜阵列。系统采用7片球面玻璃镜片和1片液体透镜结构, F^#为3.2，全视场大小为10 mm，总长180 mm，焦距变化范围54 mm~61 mm。结果表明：该系统能实现投影距离227 mm~256 mm调节，调焦过程中目标表面清晰，细节分辨率高，系统在整个变焦区域内，在40 lp/mm时，全视场MTF优于0.2，系统场曲小于0.2，畸变小于0.2%。柱面微透镜阵列整体尺寸为10 mm×10 mm，周期宽度为1 mm，厚度为1 mm。随着投影距离的增长，光学系统成像质量先上升后下降，在237 mm处成像质量最优，随着投影距离的增加，光学系统的放大倍率增大，光学系统整体相对照度不均匀性小于0.2。

正交四元探测器是第3代红外导引头的核心传感器，为了对该型导引头实施有效干扰，探讨了其探测工作机理，有针对性地提出影响其自动增益控制(AGC)电路工作的干扰策略，对干扰实施过程进行了仿真分析。采用蒙特卡洛方法模拟了在干扰存在频差，干扰占空比改变，干扰相位变化条件下的平均有效干扰率。仿真结果表明：以同频或倍频、0.25占空比、较高功率激光可影响导引头AGC电路正常工作，适时通过调整干扰相位可以影响干扰效果，最终破坏其信号提取逻辑，实现欺骗干扰。分析结果对于激光定向红外对抗系统的研制具有一定理论指导意义。

针对传统眼底照相机检查不到视网膜边缘的缺陷，提出一种基于Volk角膜接触透镜的免散瞳广域视网膜成像系统。照明充分时，Volk镜头能够达到130°以上的视场。在传统眼底相机的基础上改进照明方式, 采用外部环形光纤照明的方式实现视网膜广域照明。增大入射角度消除鬼像的影响，同时避免由环形照明方式导致的中心区域的暗斑现象，被照亮的眼底图像经过接目物镜组消除眼角膜反射造成的杂光并采用手动调焦的方式在CMOS相机上成现清晰的像。图像采集使用(2/3)英寸板面彩色CMOS相机并且实时上传至电脑客户端进行分析、处理、存档等操作，经过后期图像处理后可为各类眼科疾病的诊断、筛查提供清晰、客观的依据。

提出了一种利用成像矩阵求解物数据的方法。通过对物、像矩阵的一维化处理，构建了二维成像矩阵，将物矩阵卷积点扩散函数矩阵得到像矩阵的卷积运算关系转变为物向量乘以成像矩阵进而得到像向量的乘积运算关系。最后将像向量乘以成像逆矩阵便可求解物向量，实现了从光学系统像数据中对物数据的精确求解，且计算误差为10^-12量级。

针对Kinect传感器在获取深度图像时存在深度值随机跳变的不准确性问题，基于最优估计的思想，提出卡尔曼滤波与多帧平均法相结合的图像修复方法。首先利用卡尔曼滤波对多幅深度图像进行修复处理，实现Kinect传感器在采集信息过程中随着时间递推，深度值的跳变逐渐趋于平稳的效果；然后基于多幅图像平均法确定最终的深度图像，解决了Kinect获取深度值存在误差导致的不精确问题。实验结果表明，该算法的均方根误差为38.102 5，平均梯度为0.471 3，信息熵为6.191 8，与单幅图像修复效果相比，得到的深度图像边缘更加清晰。

针对模糊图像的质量评价，提出一种新的无参图像质量评价方法，该方法结合了自底向上的视觉注意力机制和自顶向下的图像锐度评价标准。根据人眼视觉注意力机制模型，分别计算颜色、亮度和方向显著度图像，通过竞争机制得到人眼优先关注的区域; 利用无参图像锐度评价方法分别对优先关注的区域及背景区域进行评价，综合2个区域的评价结果得到最终的图像质量评价指标。利用该方法分别对相向运动过程中所产生的模糊图像和图像质量评价Live数据库中的高斯模糊图像进行了评价，结果表明:针对两类图像的评价结果与主观评价结果的相关系数均较高，其中，针对相向运动模糊图像的主客观评价结果的相关系数达到0.98。该方法能够胜任对模糊图像的客观质量评价。

现有的各类彩色图像增强方法，主要用于对光照不均匀或弱光条件下已获取的彩色图像进行直接增强，而低照度彩色成像系统获取的彩色图像是由单独采集的三基色图像融合而成。为此提出了基于低照度三基色图像去噪及融合彩色图像增强方法。利用小波变换对低照度条件下独立采集的三基色图像进行去噪；然后将去噪后图像融合成彩色图像，将彩色图像由RGB颜色空间转换为HSV颜色空间；在HSV空间对V进行MSR增强，再对增强后的图像进行S调整；最后再将其转换回RGB颜色空间。采用客观评价方法对选取的去噪增强后图像进行了评价。结果表明：经过去噪和增强后的彩色图像在均值、方差和熵3项指标上均优于三基色直接融合的彩色图像，平均提高幅度为均值11.37%、方差8.46%、信息熵0.44%。该方法可移植到低照度彩色成像系统中，对成像质量的提升具有指导意义。

在研究双树复小波变换原理的基础上，结合遥感图像中云雾和景物的频率差异，提出一种去云雾方法。设计并建立了去云雾处理硬件系统，介绍系统组成和系统开发步骤，叙述摄像头驱动程序、视频信号输出程序、人机交互界面等的设计方法，采用设计的系统开展图像采集和去云雾处理，给出并分析处理效果。实验结果表明，当分解层数、分界数和权重取默认值时，该文算法的图像处理的熵达到7.61，优于小波阈值法和同态滤波法。设计的系统去云雾处理能力和自适应性强。

针对星敏感器产品中常用的三角形星图识别算法存在时间复杂度较大、星图识别时间长的不足，提出一种改进的快速三角形星图识别算法。该算法通过构建二维链表数组将三角形的星对角距及角距容差集合保存下来，避免了星对角距重复计算和重复查找过程；通过构建哈希表，改变星对角距匹配方式，减少星对角距匹配次数，使三角形星图识别的时间复杂度大幅降低。试验结果表明，在不同星点位置噪声扰动以及不同观测星上限取值条件下，改进后算法的星图识别时间与传统三角形星图识别时间相比减少了70%，对提高星敏感器姿态更新频率具有重要意义。

为了满足车载光电侦察系统在野外环境下能够实时快速将目标信息分享给相关辅助武器系统，提出了一种不同光电平台共享目标信息的方法，并给出了该方法的误差分析。该方法通过引入光电侦察系统的平台姿态角、辅助武器系统的平台姿态角等信息，确保光电侦察系统侦察到的目标信息能够实时、准确地传递给辅助武器系统。为了验证该方法的准确性，通过建模分析，得出该方法能够实现目标信息的共享；通过仿真试验对该方法的误差进行分析，得出该方法转化后的目标信息比直接使用采集到的目标信息在精度方面提高了大约3.5 m。

为实现水下对航行器光学探测，研究了水下环境光学特性测量机理，确立了海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法。在分析海洋下行辐射分布规律的基础上，简化了海洋下行辐射模型，建立了Janus海洋下行辐照度测量模型，设计了辐照度光学探头，确定了海洋上行辐射测量方法，并完成光学探头的响应度定标设计。分析表明，下行辐照度由标量辐照度、散射系数、体积衰减系数和漫衰减系数共同决定，均匀角分布入射辐射率，当入射角小于70°时，余弦误差小于5%，采用的Janus设计优化了海洋下行辐照度的测量。海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法的建立，为水下实现目标环境光学特性测量奠定了技术理论支撑。

利用波前传感器测量自由曲面镜片时，由于自由曲面镜片的直径通常大于波前传感器的接收孔径，主要采用子孔径拼接技术测量镜片的波前像差。针对子孔径拼接技术测量中存在着操作繁琐、数据处理量大等问题，提出渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法，得到渐进多焦点镜片中央直径为22 mm圆形区域内的波前像差。为了验证试验的可靠性，将测量得到的波前像差泽尼克表述中的离焦项转换为球镜度，与条纹偏折法测量得到镜片的球镜度进行对比实验，实验结果证明了渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法可以用于渐进多焦点镜片波前像差的检测。

传统的迈克尔逊干涉仪只能简单地呈现光的干涉图像，并不能生动体现光的波动特性及其形貌特征，且测量过程繁琐。针对这些问题，提出了一种基于数字全息技术的新型迈克尔逊干涉仪实验装置。该装置采用2个CCD相机代替传统迈克尔逊干涉仪中的平面反射镜，并引入与球面光相干的平面参考光与球面光发生干涉，利用数字全息技术直接获取2个CCD记录面上的球面光复振幅信息，然后通过最小二乘拟合获取球面波参数，并对球面光复振幅进行解调得到居中后的球面光复振幅，最后通过数字干涉的方法实现两球面光的干涉。实验结果表明，该装置能实时生动地显示入射球面光的三维图像和两球面光的干涉图像，同时根据拟合得到的参数能便捷地测量透明等厚介质的折射率，实验中测量了3种不同材料的折射率，其误差均能控制在±5%以内，有较高的测量精度。

高精度贴片机的视觉定位系统是提高贴片精度的关键。利用机器视觉技术分别对贴片元件和PCB板的位置及角度偏差进行检测。采用了以区域生长法为基础的元件中心和角度的计算方法，以最大内接矩形法计算了PCB板的中心和角度，从而得到了需要纠偏的位移和角度。实验验证元件中心的检测精度可达30 μm，算法处理总时间为63.6 ms，满足贴装元件定位检测系统对高速高精度的要求。

为了有效解决单圆特征目标位姿解存在二义性的问题，提出了基于角度约束的目标位姿虚假解的消除方法。在相机标定好的前提下，在水平面上平移相机系统获得两幅或两幅以上具有圆特征的目标物图像，以圆形特征目标物的真实姿态角在相机坐标系下保持不变作为约束，可以有效剔除虚假解。可将该方法应用于末端安装摄像机的工业机器人，操控机器人做已知的平移运动从而有效剔除圆特征目标位姿的虚假解。通过实验验证，圆特征目标姿态角的绝对误差小于0.5°，然后可通过真实姿态选出对应目标的真实位置。该方法简单易行，不需要额外的高昂设备就能精确地定位出物体的真实位姿，成功率可达100%。

根据微通道板(MCP)制作的需要，设计了一套高精度玻璃纤维的制作系统。为了保证玻璃纤维制作系统工作时伺服电机产生的振动在拉丝精度要求范围内，利用UG软件对玻璃纤维制作系统进行了建模，并利用有限元仿真软件对相关结构进行了振动模态有限元仿真分析，保证了该系统设计的可靠性。系统设计完成后，进行了玻璃纤维的拉制实验，验证了该系统的设计达到MCP制作所需要的玻璃纤维精度, 并给出了在技术指标下系统的最佳工作温度和拉丝速度分别为751℃和4 m/min。

针对氙灯太阳模拟器光电转换效率低、寿命短、辐照强度低，均匀性差等不足，基于LED太阳模拟器光学系统，提出了一种球面阵列LED太阳模拟器光学系统，包括准直光学系统、匀光系统以及光源系统的设计方法。利用同轴透射式光学系统技术设计了双分离结构的准直光学系统, 在分析比较常用匀光系统的性能与组成形式的基础上，阐述积分器与视场光阑的设计过程, 然后基于球面光源的设计思想完成光源系统的设计, 利用LightTools光学设计软件对LED太阳模拟器光学系统进行仿真分析与验证。实验结果表明：球面阵列LED太阳模拟器在工作距离100 mm，输出辐照面积为100 mm×100 mm范围内，其辐照强度大于1 100 W/m²，辐照不均匀度优于3.86%。

扫描补偿系统是3DLIF水体测量系统中实现大尺寸平面激光等光程扫描的关键部分，决定了平面激光光束在流体水槽中的定位精度；系统3 000 mm长的光程和500 mm宽的光源使定位精度难以保证。针对该问题，分析了扫描补偿系统中可能存在的误差因素和各项因素之间的影响关系，建立了相关误差模型并进行仿真分析，对得到的误差数据进行了多项式拟合，拟合结果显示，棱镜制造角差和平面反射镜绕z轴的俯仰为影响位置误差的主要因素；为了减小误差，进一步分析拟合结果，得到了两项因素之间的关系表达式，提出了以仿真结果指导装调来减小误差的方法。最终仿真结果显示，通过该方法使平面激光在水槽中的位置误差可以从0.618 mm减小到0.103 mm。

法布里-珀罗(F-P)标准具的研制是星载米散射激光雷达的关键技术节点之一。在分析温度对F-P标准具影响的前提下，结合常规PID温控算法和模糊算法原理，提出一种模糊算法与加入抗饱和参数的增量式PID算法相结合的高效温控算法，实现F-P标准具温度控制，将最终设定温度控制在±0.06 K范围内。该算法不仅实现简单，而且控制精度高，稳定性好，为星载米散射激光雷达窄带光学接收关键技术突破提供了保障。

针对远距离激光测距机回波信号脉宽强度特征和噪声的统计特性，提出了一种高精度多脉冲激光测距机的回波信号检测技术。采用时钟移相分配方式实现了400 MHz高速信号采集及数字化处理，提高了回波脉冲的检测精度。采用ARM嵌入式高速核处理器进行数据算法处理，完成了滤波降噪、自适应门限检测和多帧相关检测等功能，使回波信噪比提高了7.6 dB，达到远距离精确获取目标距离信息的目的。

单管蓝光半导体激光器功率相对较低，为了获得高功率激光，利用多单管光纤耦合技术实现10 W蓝光激光输出，输出的激光激发荧光粉片合成的白光光源作为汽车远光灯光源。根据汽车照明法规要求设计了汽车远光灯照明系统并详述了抛物面反光罩、双凹透镜和荧光粉片的光学结构及对反光罩曲线参数、双凹透镜和荧光粉片的放置位置对光源色温均匀性及照度的影响。模拟设计了顶端19 mm×31.6 mm椭圆形开孔、底部直径5 mm圆形开孔、高60 mm的椭圆抛物面反光罩，荧光粉片置于距反光罩底部15 mm处时，在距光源25 m处的接收面上得到了5 m×12 m的椭圆光斑，白光光源的光通量为1 025 lm，中心色温为5 880 K，中心色坐标为(x=0.322 6，y=0.369 2)，该汽车远光灯照明系统满足汽车照明法规要求。

飞秒激光在透明材料加工过程中会出现超连续光谱现象。在阐述超连续光谱产生的原理的基础上，为了分析PMMA材料在不同偏振光下产生的超连续光谱的阈值，设计了线偏光和圆偏光及不同能量加工PMMA材料的实验方案。利用光谱仪对产生的超连续光谱信号进行采集及处理，分析出不同能量下的线偏振(TE和TM)和圆偏振两种偏振态的超连续光谱的变化规律，并对比了相同能量下线偏振和圆偏振的超连续光谱的区别。实验中采用脉宽160 fs、中心波长为775 nm的飞秒激光，实验结果表明，同一偏振下能量越大，光谱谱宽越宽；通过对比不同能量下的光谱特性，观测出产生超连续光谱的阈值, 线偏振光的阈值为0.46 μJ，圆偏振光的阈值为0.586 μJ；对比相同能量下的线偏振和圆偏振光，线偏振的谱宽比圆偏振的宽。

为充分发挥光纤光栅(FBG)传感系统复用能力，可同时对传感光路各个传感器的光信号进行有效识别，且为传感器设计和加工提供依据，基于FBG传感原理，从系统集成及复用能力优化的角度，探讨波分复用传感器设计方法，以及节点传感器结构和灵敏度设计原则与标准，并将提出的原则等应用于某实际工程光纤监测系统。传感系统在运行过程中，获得了较为可靠的监测数据，分布式光纤和点式电测技术测试结果相差6%左右，进一步表明临近光纤传感器没有出现传感信号串扰现象，为工程施工和安全维护提供参照。

光通信系统设计中波分解复用器是分离光信号的一种关键部件，用于分离光信号的微型谐振器特性直接关系到波分复用(WDM，wavelength division multiplexing)解复用系统的工作性能。在二维光子晶体中逐步优化设计了基于光子晶体方形谐振器(PCSR，photonic crystal square resonator)的单信道WDM解复用结构，借助于耦合模理论(CMT，coupled-mode theory)定性分析了波导与谐振腔结构的电磁波耦合相互作用，并用时域有限差分法(FDTD，finite-difference time-domain)数值模拟了其结构工作特性。结果表明:基于PCSR设计的单输出端口WDM解复用结构在设计的参数范围中具有单谐振峰、中心波长宽调谐范围(1 501.4 nm~1 591.0 nm)、通带带宽窄(3.3 nm~9.1 nm)的特性。该结构可应用于WDM解复用光通信系统设计和光路集成设计等方面。