散射相函数是研究气溶胶中光传输特性的一个重要参量。对比了大气辐射传输中的蒙特卡罗仿真常用的4种近似散射相函数, 针对二项Henyey-Greenstein(TTHG)相函数的参数不易确定的问题, 提出了一种基于粒子群优化的TTHG散射相函数, 该函数可以很好地拟合Mie散射相函数, 尤其是在大于90°的后向散射方向效果更加明显。相比于HG、HG*、RHG等相函数, 文中提出的相函数可以更好地逼近实际散射情况, 得到更精确的蒙特卡罗仿真结果。

阐述了光电混频技术的基本原理。基于独立光电器件和组合光电器件两种实现途径,追踪并归纳了光电混频技术的研究进展。受微波光子变频技术的启发,提出了一种基于体型电光调制器的光电混频方法。该方法使用电光调制器在光场进行混频解调,后端采用高分辨率、低成本的图像传感器,突破了阵列尺寸对图像分辨率的限制,具有高能量利用率、高信噪比的优势。

提出了一种从微观角度分析气溶胶粒子微观特性对后向散射回波影响的方法。基于Mie散射理论,建立了蒙特卡罗仿真模型,对收发同轴激光雷达的气溶胶后向散射回波特性进行仿真分析,得到了气溶胶粒径、复折射率实部及虚部对后向散射回波的峰值强度、信号延迟、波形展宽的影响规律,分析了由气溶胶粒子微观特性引起的多种宏观特性的同时作用对后向散射回波产生的影响。结果表明:后向散射回波强度主要取决于散射系数和不对称因子,回波延迟和脉宽与散射系数相关;随着复折射率实部的增大,后向散射回波强度增加,回波延迟和脉宽先减小后增大,但影响较小;随着复折射率虚部的增大,后向散射回波强度先减小后增大,虚部对回波延迟和脉宽无明显影响。

无扫描激光三维成像雷达具有体积小、质量轻、高分辨率、高精度和对动态目标无失真成像等优点, 目前已成为许多国家研究的重点和热点。本文阐述了闪光式、光子计数、增益调制型等7种无扫描激光三维成像雷达体制和距离选通成像技术的基本原理, 追踪并归纳了其研究进展, 对比分析了各体制的技术优劣, 并从核心器件角度分析了发展趋势。结论如下: 采用2D传感器在光学层面进行时间信息转换实现三维成像的方法具有高分辨率、高能量利用率和高信噪比等特点, 在航天、测绘、**、民用等领域具有突出优势和应用前景。

针对无扫描三维(3D)激光雷达距离图像分辨率低、随机噪声大的问题,以高分辨率单目相机作为辅助,提出基于权值优化分块自适应灰度-距离马尔科夫随机场（MRF）的稀疏距离图像重构方法.在构建灰度-距离MRF 多层次相关图基础上,采用分块快速插值策略,克服纹理拷贝并提高重构速度；采用简单线性迭代聚类（SLIC）超像素分割边缘惩罚方法,有效保护图像结构细节；采用空域距离核函数和灰度相似核函数双重引导,并针对不同邻域系统自适应调整核函数标准差,保证算法稳健性；针对各邻域系统,采用共轭梯度法实现了全局能量函数快速优化.标准图像数据和真实图像实验表明所提出方法较双线性插值、双边滤波和标准MRF 方法具有更优的综合性能,可有效实现无扫描3D 激光雷达距离图像重构.