大气湍流效应是严重影响航空光电侦察系统图像质量的重要因素之一。从大气湍流参数描述出发，研究了大气湍流对光学系统成像质量的影响机理，分析了大气湍流影响光学系统调制传递函数（modulation transfer function，MTF）的影响因素，建立了大气湍流影响光学系统成像MTF的理论模型。仿真结果表明，在大气湍流影响下，光学系统光瞳口径与大气相干直径的比值对光学系统成像MTF影响较大。通过光学系统地面外场实验图像测试对比，验证了实际光学系统受到大气湍流影响后的成像MTF理论模型。研究结果可为大气湍流影响下的航空光电侦察系统设计及提升其成像质量提供理论支持。

采用图像传感器的成像式亮度计可通过短焦距成像物镜实现大视场和空间分辨的亮度测量，但仍存在图像传感器像素非线性响应，短焦物镜产生的强烈渐晕效应及图像边缘畸变等问题。因此提出了一种成像式亮度计校正方法，利用标准辐射源法进行线性校正与平场校正，以获得线性修正系数和平场校正矩阵，通过几何坐标标定法获得畸变校正矩阵。采用焦距为12 mm的物镜及200万pixel的图像传感器搭建了成像式亮度计，经校正后完成了液晶显示屏发光亮度测量，与商用分光辐射亮度计进行了对比测试，测量相对误差不超过±2%，实现了大视场高精度空间分辨亮度测量。

针对直升机网络化和信息化的探测需求，提出了利用数据链信息快速引导机载光电系统实现目标瞄准的方法。分析网络信息引导过程中光电系统的目标瞄准指示误差，给出目标信息坐标转换和延迟处理算法以及光电系统瞄准线偏差估计方法，最后通过仿真实验重点研究了数据精度、数据率、延迟时间等对直升机光电系统网络协同目标瞄准的影响。仿真结果表明：减小数据延迟时间，提高数据率和数据精度是减小网络协同目标瞄准误差的有效途径，采用合理的目标信息延迟处理算法，对提高目标状态估计精度，减小目标瞄准线估计误差具有一定的作用。

为了提高同步辐射中压电变形镜的控制自由度和面形精度，解决压电致动单元数量过多引起的解算电压受噪声影响异常波动（过拟合）问题，建立了变形镜模型并进行仿真控制。通过有限元仿真获得36组压电响应方程，构建面形与电压的数学模型；为补偿重力造成的镜面畸变，以获得的椭圆面形分析并比较了使用最小二乘法和Tikhonov正则化两种电压解算方案的控制效果。结果表明：采用Tikhonov正则化算法反演后，面形控制误差相比最小二乘法降低了21.7%，相邻极板间电压波动极大值从1.019 kV下降为0.174 kV，反演结果符合工程实际要求；系统对测试噪声具有鲁棒性，相比最小二乘法有更加优越的应用价值。

为了在温度变化条件下对光电成像系统进行像质检测与评价，设计一种具有温度自适应功能的光学窗口。分析了温度变化对光学玻璃面形的影响，进行光学窗口的温度适应性光机结构设计，通过有限元分析与实测实验相结合的方法分析了温度变化对光学窗口面形的影响，验证了温度适应性设计的有效性。实验结果表明：常温20 ℃条件下，光学窗口波像差的PV值和RMS值分别为82.90 nm和6.96 nm；高温50 ℃条件下，波像差的PV值和RMS值分别为136.68 nm和14.55 nm；低温−40 ℃条件下，波像差的PV值和RMS值分别为183.51 nm和28.48 nm；高、低温环境下光学窗口的波像差与常温环境下结果对比的数值变化趋势与有限元分析结果具有较好的吻合性；在3种温度条件下光学窗口波像差的PV值均小于或接近（1/4）λ，且由于温度变化引起的光学窗口面形变化很小，设计的光学窗口具有较好的温度适应性。

光电吊舱在稳像和目标跟踪过程中存在摩擦力矩、不平衡力矩等干扰力矩，从而影响速度环响应精度；另一方面，吊舱视频跟踪器图像传输和处理造成的延迟也会造成跟踪滞后，因此必须进行延时补偿。提出基于预测跟踪的滑模变结构控制方法，采用微分预测跟踪器实现对视频跟踪器的延迟补偿，采用预测跟踪器估计出的目标运动角速率构成自适应补偿参数，以调整滑模变结构控制量，改进的滑模控制算法在补偿干扰力矩的同时抑制了抖振现象。仿真及实验结果表明：改进的控制方法能够有效补偿干扰力矩和跟踪器延迟造成的误差，相对于传统PID控制，其跟踪误差减小为原来的1/3，并且该算法已经在相关系统上得到应用。

隐身导弹应用红外隐身技术将降低导弹被红外探测系统的发现概率。 通过以AGM-158C导弹为参考，对迎头观测方向目标的红外辐射特性，包括目标蒙皮、目标蒙皮反射周围背景和目标尾焰的红外辐射强度进行估算，并与典型亚音速导弹红外辐射特性的数据进行对比分析。分析结果表明：红外隐身技术可以明显降低导弹的中、长波红外辐射，尤其是中波波段的红外辐射；红外探测系统设计时尾焰探测通常选用中波红外探测器，弹体探测通常选用长波红外探测器；隐身导弹采用红外隐身技术将提高导弹的突防能力。

针对300 mm口径波长调谐干涉仪的准直波前，提出了基于稀疏子孔径的波前评价方法。该方法利用稀疏孔径的波前数据，构建均匀、等间隔的子孔径排布模型，运用同步拟合算法实现全口径准直波前的重构；通过数值计算分析子孔径间隔、子孔径大小对重构精度的变化规律，得到优化的子孔径排布方式；采用子孔径口径大小为10.8 mm、相邻子孔径中心间距为9.72 mm的优化子孔径排布对300 mm口径准直波前进行稀疏子孔径评价。仿真结果表明：优化后的稀疏子孔径评价波前残差峰谷值（peak valley，PV）为0.001 6\begin{document}${\rm{\lambda}}$\end{document}、残差均方根值（root meam square，RMS）为1.689 3e−4\begin{document}${\rm{\lambda}}$\end{document}。

鬼成像是一种能够透过大雾等恶劣环境的成像技术。针对传统鬼成像重建图像存在噪声较多、图像对比度较低等问题，将非局部广义全变分方法用于鬼成像的图像重建之中，提出基于非局部广义全变分的计算鬼成像重建方法。所提方法构造了一种非局部相关性权重设计梯度算子，将其代入全变分重建算法中，使得重建的图像能有效去除噪声的同时实现细节较好的还原。首先在不同条件下进行仿真模拟，得到所提方法的峰值信噪比相对其他方法提升1 dB左右，且具有更好的主观视觉效果，进而设计并搭建实验平台对算法的有效性进行验证，实验结果证明了所提方法在去除噪声和细节重建等方面的优越性。

针对目前热电池内部装配缺陷检测效率低、准确度不高的问题，研究了一种可精准分割内部电池堆图像并能够准确识别缺陷种类的方法。首先采用水平、垂直积分投影法对目标电池堆边缘特征进行提取，利用局部自适应对比度增强算法对局部不清晰部分进行细节纹理增强；然后研究了缺陷结构的灰度特性，计算提取出缺陷特征参数；最后使用BP（back propagation）神经网络和CART（classification and regression tree）决策树对特征参数分类识别，并根据分类准确度进行权重分配，将加权融合后的结果作为检测的最终判据。实验结果表明：该方法对2 000个样本的检测准确度达98.9%，为热电池的X射线缺陷检测提供了有效的途径。

针对传统机器视觉检测识别方法受到装配零件之间相互遮挡、零件不同位姿、外部光照强度、小目标漏检影响，检测准确率不高的问题，提出了一种改进的Faster RCNN（region-based convolutional neural networks）零件识别方法。首先使用提取特征更好的ResNet101网络代替原始Faster RCNN模型中的VGG16特征提取网络；其次针对原始候选区域网络，增加2个新的锚点并重新设置候选框的纵横比，以得到15种尺寸不同的锚点；然后针对传统非极大值抑制（non-maximum suppression，NMS）方法因删除交并比大于阈值的候选框而出现漏检问题，使用Soft-NMS方法替换传统的NMS方法，从而减少密集区域漏检的情况；最后在训练模型阶段采用多尺度训练策略，降低漏检率，提高模型准确率。对零件的识别实验结果表明：改进后的Faster RCNN模型能够达到96.1%的精度，较原始模型提升了4.6%，可以满足光照较强、存在水渍干扰等较为复杂环境中零件的识别检测。

干涉测量技术被广泛应用于纳米级的微观形貌测量，为了提高干涉测量的精度和灵敏度，提出一种基于白光干涉和激光二次干涉相结合的高灵敏度零差干涉测量方法。设计了高灵敏度零差干涉系统，利用激光二次干涉的零点对白光干涉的暗纹进行定位，使其在零光程差时达到斜率最大值。利用波动原理和干涉条纹的强度公式分别对白光信号和激光信号进行分析，并提出将白光和激光干涉信号相结合的灵敏度计算方法。对系统及其灵敏度进行了仿真，最后搭建光路，将白光干涉条纹调至暗纹位置，以此来定位激光二次干涉的零位，并进行数据采集。所述测量方法的灵敏度相比激光二次干涉至少提高1 832倍，相应的测量不确定度仅为±0.288 7 mV。所述测量系统能够有效解决传统干涉测量中计算量大的问题，灵敏度高、稳定可靠。

为监测液体运载火箭箭体长期储存状态下的晃动情况，保证产品的安全稳定，提出一种基于双目视觉测量的箭体晃动在线监测方法。利用全站仪等设备对像机内、外参数进行高精度标定；测量在箭体坐标系下同一标识点不同时刻的精确坐标；通过不同时刻标识点的坐标变化及约束条件构建方程组并求解位姿变换参数，进而得到实时箭体晃动量。实验验证结果表明：单个标识点最大测量误差、总偏差分别为0.026 mm和0.079 mm，能够有效满足箭体晃动在线监测的实际需求。

光伏电池片中的缺陷会影响整个光伏系统使用寿命及发电效率。针对现有电池片自动检测中尺寸弱小缺陷漏检率高的问题，建立了一种特征增强型轻量化卷积神经网络模型。针对性地设计了特征增强提取模块，提高了弱边界的提取能力，同时根据多尺度识别原理，增加了小目标预测层，实现了多尺度特征预测。在实验测试中，该模型平均精度均值（mAP）达到87.55%，比传统模型提高了6.78个百分点，同时检测速度达到40帧/s，满足精准性与实时性的检测要求。

针对大尺度空间姿态测量中因空间阻隔导致目标特征点遮挡的问题，提出了一种基于多传感器组合的姿态测量方法。通过数字水准仪与姿态探针实现被测特征点的单坐标基准测量，由特征点的水平高差和已知几何约束关系解算得到目标初始姿态值。在此基础上标定高精度倾角传感器与被测目标之间的姿态旋转矩阵，基于坐标变换理论可由传感器输出实时解算目标姿态。实验结果表明：在10 m范围内，姿态测量相对精度优于0.001 5°，重复性测量误差小于0.000 4°，适用于大尺度阻隔空间姿态的精密实时测量。

裂缝是桥梁道路上常见的一种病害，针对其检测准确率有待提高的问题，提出了基于Mask RCNN（region-based convolutional neural networks）的桥梁裂缝检测算法，设计了语义增强模块（semantic enhancement module，SEM），将该模块与特征金字塔网络（feature pyramid network，FPN）相结合，通过特征融合Add计算得到新的多尺度特征图feature maps。针对裂缝形态复杂多样存在识别困难的问题，将裂缝做了两类划分进行检测，并制定了两种策略进行对比实验。实验结果表明：该文中改进的方法可以得到更好的检测结果，检测准确率Accuracy可达99.8%，平均检测精度（mean average precision，mAP）提高了12.6%。

为了研究可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在气体检测过程中，正压条件下的相邻谱线影响问题，建立基于积分吸光度的压力测量模型。以CO₂为研究对象，在室温、高纯度条件下进行了范围为（1～2）atm的压力测量仿真和实验。实验结果显示：随着压力的增大，相邻吸收谱线相互影响程度加剧，吸光度曲线偏离零基线的程度加大；实验测量结果在1.25 atm处最大相对偏差为4.94%，在2.00 atm处最小相对偏差为0.73%，平均相对偏差为3%。

高精度光栅衍射型激光告警系统是判断来袭激光功能并进行定位的光电对抗设备。为了提高定位精度，提出了一种改进光斑中心计算并拟合计算参数的算法。首先对激光光斑进行预处理，利用改进的连通区域标记算法和光斑中心提取算法进行计算，得出连通区域的中心坐标；其次设定方位角和俯仰角，采集图像并进行光斑中心计算，拟合成x、y方向的像素横、纵坐标以及激光参数的拟合曲面，进而判断来袭激光的方位角、俯仰角和波长；最后将改进的连通区域标记算法、光斑中心提取算法及参数拟合计算结果与传统算法进行对比。实验结果表明：拟合计算结果与真实数据的俯仰角误差小于0.4°，方位角误差小于0.2°，大大提高了激光方向识别的精确度。

从光波衍射的基本理论出发，利用高斯型分布的激光束，研究开普勒望远镜系统在衍射过程中光束畸变调控方法。利用中阶Zernike多项式构建像差函数法来模拟望远镜系统中的四叶畸变现象，并将该Zernike因子引入光学系统中弥补畸变效果。研究发现，波长和孔径会对奇异光强的分布产生明显的影响，波长增大的时候会改变光斑的形状，孔径会影响光斑强度和尺寸，11阶的Zernike四叶形变因子可以抵消望远镜系统的畸变现象。

为了解决纳米压印过程中填充率低下，压印图案易发生形变等问题，提出了一种新型振动辅助纳米压印方法。在压印过程中对压印胶施加横向的振动，增大了压印力，从而提高了填充率。运用时域有限差分法（finite difference time domain, FDTD），在波长300 nm～1 000 nm范围内，数值模拟了不同光栅结构，得到了光栅结构参数变化对其吸收率的影响规律。在振动辅助装置上进行振动辅助纳米压印实验，实验结果表明：与传统纳米压印技术相比，压印胶的填充率提高了30％，并改善了压印后微结构的表面形貌，减少了缺陷。

R-C（Ritchey-Chretien）光学系统作为两镜反射式光学系统，是双曲面光学系统的典型结构形式，在现代光学工程中具有重要的应用。以缩短高精度系统装调周期和指导高精度系统批量生产为目的，用某一机载星敏感器所应用的R-C光学系统为例，在确定以主镜为装调基准的前提下，针对直径较小的次镜，设计了一种次镜装调机构，实现次镜6个自由度调整，并对装调、固化过程中涉及的方法进行了说明。通过对装调前后以及环境试验后的系统像质进行测试，验证了设计机构的稳定性。测试结果表明：该次镜装调机构能够满足系统像质要求，整机波像差PV值优于（1/2）λ，RMS值优于（1/15）λ，装调方法达到可指导高精度系统批量生产的目的。

在使用LED作为照明光源的过程中，光场作为LED应用中的关键因素，一般使用二次光学系统进行调控。但是二次光学系统一般设计复杂、体积大、重量重，随着LED光学封装系统朝着小型化方向发展，二次光学系统的应用将会变得困难。结合软件仿真和实验验证探索了用于单片集成发光二极管(MI-LED)的一次光学透镜的光场调控功能。研究结果表明，仿真和实验LED光源的光场几乎重合一致，所设计的一次透镜将LED光源的光束角从120°调控到48°～72°范围内。与未加一次透镜的LED光源相比，加一次透镜的LED光源具有更高的光提取效率和更均匀的空间光色分布。

多光谱成像是无创观察生物组织的有效工具，提高光源的辐照均匀性将更有利于准确获取病理组织的多光谱数据。提出基于积分球的多光谱均匀光源系统，为生物组织的多光谱数据采集提供均匀辐照。基于蒙特卡罗光线追迹法对积分球腔体的取位方式进行选择，并对腔体大小、LED布局、积分球输出槽尺寸进行了优化，以确定结构模型的最佳参数；根据优化参数构造了集成11种窄波段LED的实例进行了光学性能验证，实验结果证明所有波段都能在输出槽的主要部分区域实现2%辐照度不均匀性分布；研究了该系统的宽光谱兼容能力，实验结果表明，光谱在输出槽的最大均方根误差为3.74%，具有良好的宽光谱兼容能力；最后，基于所提出的系统进行了静脉可视化测试，用光纤拓展了系统内窥镜的兼容性，并以此探讨了口腔内部牙齿表面病理情况。该系统的多功能性和均匀性在生物医疗图像采集中具有潜在的应用价值。

为测试光纤光栅（FBG）传感器是否可以承受由加速度引起的稳态惯性载荷，以及在承受这些载荷期间的传感性能，设计了一种铝合金基片封装式光纤光栅应变和温度传感器，并对其进行了加速度性能验证。确定了FBG应变和温度传感器的设计尺寸，阐述了封装过程，分析了 FBG 传感器的应变和温度传感机理，开发了基于体相位光栅和线阵光电探测器的光谱检测解调系统。搭建了加速度试验装置，并按照GJB150.15A“加速度试验”要求和方法对选取的 FBG 应变和温度传感器进行了加速度性能测试。试验结果表明：在加速度试验前后的 2 min 性能测试中，波长偏移量均未超过±50 pm，且光强变化未超过0.3 V；在加速度试验中，波长偏移量最大波动为±7 pm，光强均在1.3 V～4.003 V内。验证了所设计的光纤光栅传感器具备承受加速度载荷的能力，且承受载荷期间传感性能良好。

研究了基于长周期光纤光栅（long-period fiber gratings, LPFG）的光纤布拉格光栅（fiber Bragg gratings, FBG）解调方法，该方法利用 LPFG 的透射谱作为边沿滤波器解调 FBG，其解调性能主要取决于LPFG的透射光谱深度。详细分析了CO₂激光写制法对透射光谱的影响，制作了透射光谱深度为25 dB的LPFG，并采用该光栅搭建了FBG解调装置，将FBG粘贴于金属应变片表面，测试了其静态与动态响应特征。实验结果表明：该方法制作简单，成本低，具有较好的线性动态范围，可以实现较高灵敏度的FBG解调。

提出了一种基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感器，对传感器进行了理论分析和实验研究。该传感器将无芯光纤(coreless fiber, CLF)与少模光纤(few-mode fiber, FMF)同轴熔接，构建无芯-少模-无芯的光纤结构，结构两端熔接单模（single mode fiber, SMF）光纤作为输入输出光纤，第1段无芯光纤与单模光纤的模式失配起到激发高阶模的作用，少模光纤中的LP01与LP11两种模式沿少模光纤纤芯传输，在第2段无芯光纤的作用下LP01与LP11两种模式重新耦合回单模光纤，LP01与LP11两种模式发生干涉，形成干涉光谱。当外界温度变化时，两种模式的光程差发生变化，干涉光谱的干涉波谷发生漂移，选取2个不同的干涉波谷作为特征波长，进行实验分析。实验结果表明：波长在1 550 nm和1 534 nm附近的干涉谷均发生红移，相应的温度灵敏度分别为68 pm/℃和44.5 pm/℃。该传感结构制作简单、灵敏度高，有很好的应用前景。

为满足油气开发中微地震监测的需求，基于时分复用方案设计了一种新型井下3分量光纤微地震监测系统。结合室内测试，该系统本底噪声小于−101 dB，动态范围大于120 dB，级间串扰小于−67 dB，满足微地震信号探测的需求。该系统已成功应用于新疆油田水力压裂微地震现场探测。监测结果表明：该系统可清晰捕捉微地震的P波、S波信号，较好地揭示了水力压裂微地震信号的特征信息，为微地震事件的空间定位和裂缝特征参数解释建立了良好基础。