为了解决局域对比度方法(LCM)无法检测局部亮区损伤目标和分离效率低的问题, 本文提出了基于邻域向量内积局部对比度图像增强的光学元件损伤目标检测方法。首先, 将图像中的每一个点的3×3邻域生成一个9维邻域向量, 并将邻域内的最大值扩展成一个9维度极值向量, 计算邻域向量与极值向量的内积; 其次, 计算每个像素的邻域向量内积对比度值(NVDC); 然后, 计算每个像素的邻域向量内积局部对比度, 即在一个较大的区域内(5×5)搜索当前像素所有邻域向量内积对比度的最大值, 作为当前像素的邻域向量内积局部对比度值(NVDLC); 最后, 对NVDLC图像进行二值化和目标分离。实验结果表明, 通过本文的增强方法使得损伤图像的信噪比从3.775提高到12.445, 损伤目标信号得到极大的增强。在经过邻域向量内积局部对比度方法图像增强后, 能够直接使用自适应阈值公式将小于2 pixel的损伤目标从背景中分离出来, 满足了弱对比度损伤目标检测对于精度和效率的要求。

为满足高机动装甲车辆对光电瞄准系统视轴高稳定精度的要求, 设计了光路中嵌入快速反射镜的反射镜式光电系统复合轴稳定平台。首先, 利用施奈尔反射镜定律的矢量方程, 构建系统视轴矢量方程, 研究其运动特性、稳定补偿原理; 然后, 分析了控制方法、控制系统频率特性, 分析结果显示, 传统稳定平台控制系统的截止频率26 Hz, 而复合控制系统的截止频率为215 Hz, 控制系统带宽提升了8倍以上; 最后, 构建了复合轴稳定平台实验装置、测试装置, 介绍了实验方法、稳定精度测试原理, 开展了复合轴平台与传统平台的稳定精度比较实验。实验结果表明, 在相同的实验条件下, 复合轴平台较传统平台的稳定精度提高了5倍以上, 反射镜式光电系统光路内嵌复合轴稳定平台能够实现光电瞄准镜的高精度稳定。

提出了一种基于数字微镜器件(Digital Micro-mirror Device, DMD)的高功率激光远场焦斑大动态测量方法。采用DMD对焦斑主瓣和旁瓣区域进行分离, 用两路CCD分别测量, 通过图像拼接实现两路测量结果的融合, 获得大动态焦斑数据。DMD由数字信号控制, 通过改变控制信号模板, 可以快速适应不同形态焦斑的测量。具体分析了DMD焦斑分割原理及DMD控制信号模板的获取, 说明了焦斑重构时所需的图像校正和对准方法, 实验验证了新方法的可行性。结果表明: 文中方法的测量动态范围可以达到3 000: 1以上。

在全内反射边缘照明的基础上, 利用DKDP晶体的双折射特性, 解决了区分DKDP晶体自身前后表面损伤的问题。紫外光入射到11 mm厚的DKDP晶体会分解为o光和e光, 并在出射面产生254.738 μm(理论值)的偏离量。这个偏离量导致DKDP晶体后表面损伤在CCD上成双像(一个是o光成像, 另一个是e光成像), 可以用偏振片对双像进行调制; DKDP晶体前表面损伤在CCD上只有单像, 不受偏振调制影响。通过偏振调制, 可以避免重复提取同一个损伤信息, 提高损伤识别精度。实验证明: 该方法可以区分厚度为11 mm的DKDP晶体前后表面损伤。

研制了多功能、高精度的激光参数精密诊断系统, 整个诊断系统由基频光诊断模块、三倍频光诊断模块、在线损伤检测模块、开放式频率转换组件以及相应的辅助单元组成, 在系统控制软件调度下自动完成频率转换组件前后的光束近场、远场、能量、波前和脉冲波形等激光参数的精密测量以及数据采集、储存和处理, 为激光装置负载能力提升和相关关键单元技术的研究提供准确可靠的数据。

为了评估万焦耳级激光装置不同打靶透镜构型的远场光束质量, 采用弱光取样、分束放大成像的探测方法, 在横向放大系数相同而光强衰减系数不同的条件下, 通过两台16位科学CCD在主瓣光路和旁瓣光路对3ω激光束的焦斑进行采集；基于纹影测量激光焦斑数学模型, 获得了动态范围为1 151.7∶1的远场焦斑重构图像；并对CCD动态范围、分束光路相对放大系数、系统噪声等因素对焦斑诊断的影响进行了分析.实验表明, 该方法能够实现高动态范围远场焦斑的精确测量, 对于重构图像的拼接边缘误差小于1 pixel, 满足打靶要求.

针对高速运动的车辆对光电系统的需求, 提出利用快速反射镜代替原有平面反射镜, 构建上反射镜式光电系统复合轴稳定平台, 并通过理论分析, 推导出该平台的瞄准线矢量方程, 分析瞄准线的运动特性、复合轴稳定补偿原理及控制方法, 并且比较了其与传统一级稳定平台在系统带宽、隔离度方面差异, 最后, 针对实际工程应用, 研究复合轴二级平台轴系安装误差对系统误差的影响。研究结果表明: 上反射镜式光电系统稳定复合轴平台实现了对一级平台稳定误差的补偿, 系统带宽接近快速反射镜带宽, 约为200 Hz, 大幅度提升了系统稳定精度, 但是系统对二级平台的安装误差相对比较高, 其误差需要小于0.05 mrad。

针对在地空频率选择性衰落信道中,信道冲激响应具有时域稀疏特性的情况,提出了基于贪婪算法的单载波频域均衡(SC FDE)系统稀疏信道估计方法。Chu序列是SC FDE中常用的导频序列,对其进行分析并证明了将Chu序列进行循环移位所构造的导频矩阵满足RIP条件,将导频矩阵作为测量矩阵,把地空信道估计问题建模为稀疏重构模型,采用贪婪算法中的OMP和CoSaMP算法对信道进行稀疏重构,仿真验证了所得信道估计较传统最小二乘(LS)信道估计方法更加准确。在相同的训练序列长度和信道环境下,利用所得信道估计对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,蒙特卡罗仿真结果表明,所提方法与传统LS信道估计方法相比,系统误码性能提高2~3 dB。

为了对准直过程中能量弱、分布不均匀的小孔光斑信息进行增强并抑制噪声，消除光斑不稳定对计算结果的影响，文中提出了一种新方法。首先，将多幅分时采集的图像构建一个多维的图像立方体，利用MNF变换将数据信息主要集中在第一维，去除各维图像之间的相关性；其次，使用Kmeans方法将第一维图像分为光斑和背景，对分类图像进行数学形态学处理，寻找范围最大光斑的边缘为小孔光斑的边缘；最后，使用最小二乘法进行圆拟合来计算小孔图像圆心。实验结果表明，该方法能提高弱对比度的小孔光斑区域检测的准确率，达到理想光斑区域的97.15％，获得的小孔中心和半径误差小于2个像素，实现了综合诊断系统对小孔光斑的精确测量。

为了解决大俯仰角度方位平台稳定性能降低的问题, 利用两轴两框架稳定平台稳定原理, 分析在传统方位陀螺安装方式下, 大俯仰角度时方位平台稳定性能降低的原因以及正割补偿带来的噪声等问题, 提出在方位平台上安装2个正交的方位、横滚陀螺, 解算出瞄准线方位惯性角速度, 从而实现大俯仰角度下的方位稳定控制方法。仿真实验验证了该方法可以提升大俯仰角度下两轴两框架平台的方位稳定控制性能, 减小陀螺噪声对控制性能的影响, 在同等条件下, 方位稳定误差峰峰值由450 urad减小为250 urad。