在传统多假设跟踪(MHT)算法中通常会假设杂波强度先验已知，当观测场景中杂波未知且空变时，该假设将会导致跟踪算法性能急剧下降。针对这一问题，本文提出一种基于自适应高斯混合模型(GMM)在线估计未知杂波的改进MHT 算法。首先利用自适应GMM 拟合未知杂波空间分布，并自适应地估计出波门内的杂波强度；然后将其应用于MHT 处理中，有效改善航迹得分计算和最优假设航迹估计的准确性，进而实现在杂波未知场景中的稳定跟踪。仿真结果表明，在未知杂波观测场景中，所提算法相比传统MHT 算法和MHT-GMM 算法获得了更好的数据关联准确性和航迹维持性能。

现代工业零部件的加工已经实现了无需二维标注图纸，由计算机辅助设计3D模型直接输入数控系统加工。加工工艺的进步给工件测量和质量评价方法带来了新挑战，通过获取零部件的高精度稠密三维点云的“靠模”质量评价方法得到了重视，特别是对于结构复杂的零部件。然而，高精度复杂结构的零部件三维测量遇到两个难题：1）金属零部件加工后表面光洁度很高，主动投射的条纹光束会引起金属表面的强烈反光致盲或者复杂结构引起的投射光多次反光混叠；2）复合材料的半透明会引起投射光的次表面散射。这些因素都会导致测量失效。现有结构光主动视觉三维重构技术无法解决上述难题。针对复杂型面免喷涂三维重构问题，建立基于单像素成像方法的复杂光照分离模型，实现直接光与复杂光照分离。为了解决单像素成像方法效率低、速度慢、难以满足工业现场测量需求的问题，提出一种基于局部区域延拓的并行单像素成像方法。实验结果表明，并行单像素成像方法能够很好地实现工业测量现场多次反光与次表面散射光干扰条件下的三维重构。

采用管道机器人定期检测输送管线的状态对于确保管道安全可靠运行意义重大。受限于机器人的结构尺寸和功耗，常用精度较低的微小型三维测量传感器为机器人提供环境及导航信息。针对低精度三维传感器得到的点云数据质量不佳、难以可靠分辨障碍物的问题，提出了一种基于时间序列及邻域分析的点云处理方法。利用障碍物点云与噪声点云在时间序列分布和空间分布方面的特性有效去除噪声，并通过拟合管道内壁实现管道内障碍物检测。测试结果表明，所提方法的检测精度提升了约30个百分点，检测时间小于1 s，满足管道机器人的应用需求。

平面激光诱导荧光是基于片状激光光束, 激发流场中自由基或示踪粒子辐射荧光, 通过对该荧光成像获得流场空间分布信息的一种成像诊断技术。脉冲串激光器是目前能够满足高速平面激光诱导荧光技术对高重频、大能量激光光源需求的有效光源。本文针对应用于高速平面激光诱导荧光成像诊断中的脉冲串激光器进行了综述, 对比了脉冲串激光不同产生方式的特点, 阐述了发展状况, 并对作为高速激光诊断光源的脉冲串激光器的发展前景做了展望。

近年来随着光电技术应用需求的增长, 诸如平面激光诱导荧光技术、激光探测和激光加工等越来越多的领域展现出对高重频大能量的脉冲激光的需求。然而受激光器平均功率的限制, 传统的连续脉冲模式的脉冲激光器难以实现高重频和大能量的兼顾输出。文中研究了一种LD泵浦Nd:YAG 1.06 μm脉冲串激光器及其放大系统。采用长脉冲泵浦、腔内调制和MOPA放大技术, 实现了一段时间内激光器的高重频和大能量的兼顾输出。在调Q重频分别为10、50、100 kHz时, 脉冲串能量分别达到170.4、211.8、220.3 mJ, 每串内分别包含2个、12个、25个脉冲, 单脉冲能量分别为85.2、17.7、8.8 mJ。

条纹阵列探测激光雷达具有测距精度高、作用距离远、探测景深宽和数据更新率高等显著优点, 已被广泛应用于地形测绘、海岸带监测、城市三维重构、森林生态研究等领域中。传统的信号鉴别方法在回波信号距离提取过程中存在一定的局限性, 影响了条纹阵列探测激光雷达的距离分辨能力和目标识别能力。针对这一问题在处理条纹图像时引入了一种迭代加权质心算法, 讨论了该算法在质心定位中的独特优越性, 结合条纹阵列探测激光雷达的信号分布特征确定了该算法中关键参数的选取。利用该算法在1.4 km的作用距离下获得了具有清晰边界特征的目标距离像, 有效抑制了距离提取过程中产生的边界模糊效应, 显著提升了系统的细节分辨能力, 相比于传统的质心算法, 测距精度提高了17%。

平面激光诱导荧光是一种高时间和空间分辨率、非接触的激光诊断技术, 是研究流场和燃烧场的重要技术手段。高速PLIF技术相对于现有的低速PLIF技术具有众多优势, 高超声速飞行器、燃烧场、空气声学和等离子体等领域的发展, 需要重复频率在10 kHz以上的高速PLIF技术对湍流场和反应场进行研究, 以掌握其反应过程并进行优化。高重频、大能量脉冲激光器的缺乏是限制高速PLIF技术实现的主要原因。针对高速PLIF技术及其光源的发展状况做了全面的综述, 对比说明了不同类型激光光源的特点, 并对脉冲串激光器作为高速激光诊断光源的前景进行了展望。

研究了高功率Yb∶YAG薄片激光器连续及腔倒空调Q输出性能。基于平面波理论, 建立Yb∶YAG准三能级激光连续运转模型, 对薄片激光器的晶体掺杂和抽运结构进行优化。通过优化实验方案, 研究半导体激光器抽运Yb∶YAG薄片激光器连续输出性能, 在抽运功率为199 W时, 获得功率为100 W的1030 nm激光输出, 光-光转换效率为50.2%, 斜率效率为56.8%。利用RTP电光调Q开光, 搭建Yb∶YAG电光腔倒空激光器, 研究1030 nm脉冲输出性能, 获得了脉冲宽度为20.2 ns的高重复频率1030 nm脉冲激光, 脉冲重复频率为10~100 kHz, 当重复频率为10 kHz时, 1030 nm激光的最大峰值功率达到109.8 kW。