提出一种基于CCD相机和双朗伯靶的能流均匀性测量系统和方法。系统有两块朗伯靶,其中一块是固定的水冷朗伯靶,靶中心开孔处装有一个用来获得区域灰度值的热流探测器,另一块是可移动朗伯靶,用于拍摄没有探测器的光斑图像。所提方法可以直接获得探测器区域的像素灰度值,使得测量过程简单精确。详细阐述了测量原理和聚焦光斑灰度图像能流密度分布提取的整个过程,并搭建了平台,测量了多块小型定日镜的光斑能流分布,验证了所提方法的正确性和可行性。通过重复性实验和误差分析,结果表明,所提方法检测的峰值能流密度误差小于2.4%,所提方法可用于线性菲涅耳聚光系统二次聚光器开口平面处吸热管表面的能流分布检测。

为模拟实战环境下半主动激光制导的目标回波能量, 设计并研制了注入式激光能量模拟设备。对激光制导能量传递过程及模拟技术进行研究。首先, 针对激光制导**工作过程, 建立了激光在大气中传输发生散射与衰减的模型, 并针对实战中存在的各种烟雾、降雨、干扰烟剂等进行建模仿真。接着, 设计了激光目标回波能量模拟器的总体方案, 选用DPS-A激光器和布儒斯特角薄膜偏振器模拟激光衰减过程。设计了光纤耦合与匀光准直系统。最后, 构建了激光制导半物理仿真系统, 分别进行了激光回波能量模拟实验、激光导引头标定与激光末制导试验。实验结果表明: 激光能量模拟误差小于30%,导引头线性角度范围内残差小于008°, 测角精度小于045 mrad, 末制导过程体视线角跟踪误差小于02°。该系统可模拟多种实战环境中激光能量传输情况, 且精度高, 能够满足激光制导半物理仿真要求。

为提高激光导引头测角精度, 研究了激光导引头测角误差的来源, 并分析了直写式激光导引头标定系统误差。首先, 分析了激光导引头内光学系统和探测器安装误差对导引头测角的影响; 其次, 介绍直写式激光导引头标定系统的工作原理, 给出理想条件下转台转角和导引头测角关系; 再次, 为了提高标定后导引头测角精度, 分析了标定系统存在的安装误差; 最后, 针对一次实际的标定过程, 结合文中分析方法对标定系统误差进行了校正, 导引头零位误差由校正前的2.5 mrad降低到了1 mrad以内。文中结论为直写式激光导引头标定系统中的结构安装精度要求提供了分析方法, 进而提高了标定后激光导引头的测角精度。

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能, 提出了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的双积分滑模控制器 (Double Integral Sliding Mode Controller, DISMC)。首先, 采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计; 然后, 采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪, 同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响; 最后, 采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明, 与传统基于扰动观测器(Disturbance Observer, DOB)的PI控制方法相比, 跟踪3 (°)/s的梯形波时, 在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms, 跟踪误差标准差提高了0.0131 (°)/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin(πt)°、3sin(5πt)°、7sin(2πt)°时, 系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%, 表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。

平行排列向列相液晶盒基板表面锚泊能可以影响液晶盒内液晶分子指向矢的分布，光学上将导致液晶导模结构的变化。为了研究基板表面锚泊对液晶全漏导模的影响，首先基于液晶弹性理论推导了液晶指向矢在外加电压下满足的平衡态方程，随后由差分迭代方法数值计算液晶指向矢。最后，基于液晶多层光学理论推导了液晶导波反射率和透射率公式，并通过数值计算得到了平行排列向列相液晶全漏波导反射率Rss随内角变化的理论曲线。计算结果表明，相对于强锚泊情形(1×10-3 J/m2)，不同锚泊能强度(5×10-5 J/m2~1×10-3 J/m2)下的理论曲线会发生左移现象，移动距离与锚泊能强度有关。由曲线移动的距离可以确定液晶盒基板表面锚泊能的强度。该研究为进一步利用光导波技术测量液晶盒基板表面锚泊能强度提供了理论依据。

液晶微波调制器件的相位调制取决于液晶分子指向矢的分布。液晶指向矢的分布不仅会受基板表面处液晶分子预倾角和锚定能等因素的影响, 液晶材料的挠曲电特性同样会影响液晶指向矢分布。基于液晶弹性理论和差分迭代方法, 研究了挠曲电效应对平行排列向列相(PAN)液晶微波相位调制的影响, 理论推导得到弱锚定PAN液晶盒的平衡态方程, 数值模拟给出了不同的预倾角、锚定能和液晶材料的挠曲电特性条件下单位长度微波相移(MPSL)随电压的变化。结果表明MPSL随锚定能系数的减小而增大, A0=Ad=5×10-5J/m2时, 挠曲电效应e11+e33=5×10-11C/m对MPSL最大可调范围为20°, 0°预倾角对MPSL最大可调范围为17°, MPSL差值最大增加均为9°; 预倾角为3°时, MPSL可调范围随挠曲电系数的增大而增大, 相对于忽略挠曲电效应情形, 强锚定A0=Ad=10-3J/m2条件下MPSL始终减小, 弱锚定A0=Ad=5×10-5J/m2条件下MPSL先减小后增大然后再减小, MPSL差值最大增加为9°。此项研究对液晶微波调制器件设计有一定的指导意义。

针对微机电-船舶惯性导航/全球定位(MEMS-SINS/GPS)组合导航系统在GPS信号中断时造成的强非线性误差及重获信号后精度变差的问题, 设计了基于Rao-Blackwellised 无迹卡尔曼滤波(RB-UKF)的组合导航算法。首先, 基于捷联平台欧拉失准角定义了姿态误差, 建立了捷联惯导系统的非线性误差传播方程。然后, 针对组合导航的状态方程为非线性而量测方程呈线性的特点, 设计了RB-UKF算法, 在保证精度的同时降低了计算量。最后, 设计了滤波算法总体结构, 分别给出了GPS信号正常时和中断时组合导航滤波计算的流程。将提出的算法用于跑车实验, 结果表明: 在GPS失锁20 s和40 s再重获信号之后, 使用RB-UKF算法的组合导航系统位置精度分别优于6 m和7.5 m, 比扩展卡尔曼滤波(EKF)算法精度提高了1.5倍以上, 误差收敛速度提高了1.88~16.5倍, 计算量比UKF量测更新的计算量减小了41.7%。实验显示该方法显著提升了组合导航系统GPS信号中断再恢复后的滤波精度, 且易于工程实现。

为准确估计捷联导引头视线角速率，建立了捷联式光学图像导引头数学模型，根据弹目运动相对关系进行视线角速率估计算法研究。定义了估计算法所需坐标系并建立了导引头与陀螺数学模型；根据弹目相对运动学及姿态关系建立视线角速率估计非线性状态方程；针对滤波精度与实时性应用的问题，提出无迹Kalman滤波(UKF)方法估计视线角速率，并建立半物理实验系统进行算法验证，实验结果表明：视线角及视线角速率的最大估计误差分别为0.37°与0.68°/s，估计精度分别为0.1008°与0.2116°/s；数字信号处理器(DSP)中算法运行时间约为3.8 ms，视线角速率估计算法同时能满足制导系统对精度与实时性的要求。基于UKF的视线角速率估计算法为捷联式光学图像导引头的工程应用提供理论依据。

讨论了一种新型光功能器件——光子晶体滤波器的工作机理，以带阻和带通滤波器构造多信道光子晶体滤波器，提出了能够用于光码分多址(OCDMA)系统编解码的基本原理。根据耦合模理论，缺陷谐振腔把光信号分成多个码片，完成对用户信号的频域编码。设计出中心波长分别为1527.70,1551.10和1570.00 nm的三通道滤波器作为OCDMA波导编解码器。为了保证码片的透射比，在主波导侧面附加缺陷介质构成带阻滤波器，使第二个码片透射比达到95%。谱宽为0.3 nm,信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。该器件在整个编码过程中损耗的能量极少，这对于实现远距离通信很重要。

提出一种基于布喇格光纤光栅（FBG）和啁啾光纤光栅(CFBG)的二维编\解码器。分析了FBG编\解码器在对应波长不匹配时，造成了解码输出的自相关光功率的减弱，进而劣化系统的误码率。实验分析了解码器在不同波长偏差、不同跳频数下光功率的变化。根据CFBG反射宽光谱特性，提出了基于CFBG的解码器，给出了CFBG参数。结果表明，基于CFBG的解码器在一定程度上提高了解码输出功率，降低了对编解码器的波长匹配精度的要求，同时还可以实现色散补偿。