为了获得目标区域的高精度3-D距离图像, 采用自研带读出电路的雪崩光电二极管(APD)面阵探测器组件, 研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域, APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号, 经信息处理获得目标区域3-D距离图像, 对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明, 所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像, 成像距离达1.2km, 距离分辨率为0.45m, 成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。

光学成像和光信息空间传输等领域需要对天空背景特性进行定性或定量的研究。Modtran等模拟计算方法无法有效模拟复杂多样的气候条件和地理环境。建立专门的测量装置获取天空背景光谱特性参数, 与理论模型计算结果进行了比对, 分析了两者的一致性和差别。通过观测数据得出: 在天空比较均匀的环境中, 天空光谱亮度通常随着太阳角的增大而减小, 当观测方向接近地平面时（大约同地平面夹角小于30°）, 天空亮度随着太阳角的增大而增大; 在晴朗无云的天空中, 光谱亮度分布偏蓝, 天空亮度主要集中在短波段部分; 在阴天和有云天观测到的天空亮度光谱明显红移。

为解决激光测速仪测速范围和测速误差的校准问题, 满足激光测速仪的校准需要。根据激光测速仪的测速特点, 提出了一种基于模拟目标的激光测速仪校准新方法,并构建了校准装置, 该校准装置可以模拟匀速移动目标（代表匀速移动的车辆）提供标准速度值, 激光测速仪接收移动目标的反射光波后, 将给出该移动速度的测量值, 从而得到测速误差, 调整目标的速度, 即可实现对不同速度值的校准。经校准重复性试验和校准范围试验, 证明了该校准装置校准范围宽、重复性好、通用性好, 可以满足激光测速仪测速范围和测速误差的校准需求。

基于云的边缘特征和天空亮度分布特征,对有云天空场景的仿真方法进行了研究.分析了云对天空亮度影响,并据此提出了一种基于分形原理的云场景仿真方法.通过辐射传输理论,给出了有无云天空的光谱亮度分布计算方法.在分析了云边缘具有自相似分形特征基础上,利用有云天空亮度分布特征、二次随机法和分形几何的Diamond-Square算法设计了云纹理生成算法.利用混合修正δ-Eddington近似计算出了观察视场2°×2°内640×480单元的2维天空亮度数组.利用该理论模型得到有云天空的2维亮度数组,并用VC++实现了云场景的动态仿真,得到了较为逼真的结果.

从能量守恒定律出发,建立了朗伯地表对下行辐射的反射作用引起天空亮度变化的解析计算模型.利用射线追踪原理,提出了地表与大气之间多次反射作用的理论模型.引入了一个多次散射的影响因子,并对附加的天空亮度进行了修正.利用混合修正的δ-Eddington近似和互易性原理计算了大气的透射率、反照率以及半球平均反照率.最后计算了地表反照率分别为0.15,0.25和0.35情形下的天空亮度增量,实验测量数据证实了这些结果.结果表明:当地表的反照率不为0时,存在"临边增亮"效应,并且随着地表反照率的增大,这种效应更加明显.

Sky radiance might be influenced by the multiple reflectance between the earth's albedo surface and the atmosphere. Based on the Lambert's law and the radiative transfer equation (RTE), a model is developed to calculate the additional sky radiance at wavelengths of 0.4-3 microns due to the reflectance contribution of the underlying surface. The iterative method is used to calculate sky radiance without the reflectance from underlying surface. The hybrid modified delta-Eddington approximation is used to compute the atmospheric reflection of the radiation from the earth's surface. An interaction factor is introduced to deal with the multiple reflectance between the atmosphere and the underlying surface. The sky radiance increment is evaluated for some different albedos of the earth's surface. The results show that the sky radiance increment rises rapidly while viewing zenith angle is near to 90 deg., and the larger the albedo of the earth's surface is, the more obvious this effect appears.

对飞机尾焰红外辐射的光谱特性及空间分布特性进行研究,将满足对飞行器探测或防护的需求。采用Curtis-Godson(C-G)近似得到气体分子的吸收谱线,进而通过解辐射传输方程,计算得到了飞机尾焰红外辐射的光谱特性及空间分布特性。通过对所有平行采样视线的积分获得某一观测方向的尾焰辐射强度,并采用自适应坐标法大大减少了计算量。由于高温二氧化碳和水气的分子发射辐射谱带的存在,尾焰在以2.7 μm和4.3 μm为中心的两个波段内有较强的辐射,经大气传输后2.7 μm和4.3 μm波段的辐射强度大大降低。尾焰红外辐射由于观测方向的不同而具有不同的光谱分布和辐射强度。在前向观测时,明显具有2.7 μm和4.3 μm为中心的两个强的辐射带。后向观测时的辐射较强,而且选择性辐射的特点不太突出。

空间目标的热辐射分析一直是比较难的课题,将Sinda/G和Nevada相结合能够比较方便地得到空间目标的热辐射。基于Sinda/G和Nevada,建立了对双层薄膜球体的空间热辐射模型,对其空间热辐射进行了分析。仿真结果与理论计算接近,为今后更加复杂的空间目标的热辐射分析奠定了基础。

对重复频率4 kHz,脉冲宽度20 ns,平均功率1 W,中心波长3～5 μm的中红外激光的脉冲信号进行检测采集。由于光源离探测器距离远,到达探测器的能量很弱,输出信号仅为30～60 μV,而单级运放的闭环增益一般不能超过100,增益过大会导致频率特性差、稳定性差、噪声大等弊病。采用三级放大,总的闭环增益在1000～15000之间,并采用正相端调零的方法来避免信号放大后的失真。高的闭环增益必然引入比较大的噪声,在前置放大后加了一个高通滤波滤去低于100 kHz的信号,对一些干扰信号进行了抑制和衰减。最后,针对中红外激光的脉冲时间短的特点,提出了一种不同于常规的、行之有效的采集方法。