为了准确测量地震断裂带溢出的痕量CO₂气体浓度，文中采用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，选取波数4978.202 cm⁻¹作为CO₂检测系统的吸收谱线，采用有效光程为40 m的多通池，以STM32作为主控和数据处理核心器件，研制了高精度CO₂检测系统。针对系统中的探测器噪声与光学干涉条纹噪声，利用卡尔曼-小波分析算法滤波提升系统性能。实验表明，与滤波前相比，系统在50 ppmv CO₂浓度下的二次谐波信噪比提升了2.06倍。在不同CO₂浓度下(50、300、1 000、4 000、8 000 ppmv)，系统误差为2.57%~2.66%。系统测量4 000 ppmv浓度下的CO₂时检测精密度达到20.9 ppmv。利用Allan方差分析得出，积分时间在约61 s时对应的最低探测下限(MDL)为5.2 ppmv，实现了对CO₂气体的高精度测量。结果表明，所设计的高精度CO₂系统可以在气体检测领域为预测地震前兆提供良好前景。

随着智能电网的快速发展，用于监视电网运行状况的测量设备大规模投入，其产生的海量运行图像等监视数据由于规模大、维度高、数据冗余等问题难以得到有效利用。为了进一步提高电力大数据的分析应用能力，文中提出一种基于深度学习的电网运行图像数据压缩方法，考虑电网图像监视数据在时序上的耦合关联，通过卷积神经网络对电网运行图像数据进行压缩，有效减少了电网运行图像数据的冗余度。与其他方法相比，基于卷积神经网络的图像数据压缩模型不依赖于人工的数据特征提取和工程经验，可以直接以电网中采集到的原始图像数据的灰度函数作为模型的输入，将数据的特征提取和分类合二为一，实现电网运行图像数据的高效、便捷压缩。通过仿真进行了文中所提方法有效性的验证，结果表明，与其他神经网络相比，所提方法在电网图像压缩效率及压缩精度中具有较强优势。

主三反射镜支撑结构是离轴三反生物成像系统研制过程中的关键技术难点之一，为了减少工作环境下主三镜面形变化，满足支撑系统稳定性要求，利用有限元方法对主三镜组件进行了优化设计。首先，根据光学系统设计要求确定了反射镜及其支撑结构的材料和支撑方式。接着，优化布局了反射镜底部3点和侧面6点支撑位置，设计了轻量化镜室结构。根据优化数学模型设计了圆弧悬臂梁式柔性铰链结构，分析了在重力工况下和温度载荷工况下各参数对镜面面形精度的影响。然后，对反射镜支撑组件进行了静力学和热力学仿真分析，分析结果为重力工况下镜面均方根值RMS为1.529 nm，温度变化4 ℃时镜面均方根值RMS为2.426 nm。最后，采用Zygo干涉仪对支撑作用下的主三反射镜和系统波像差进行检测，实测反射镜镜面RMS值为0.025 λ，系统波像差RMS值为0.102 λ(λ=632.8 nm)，基本满足了生物成像系统技术指标（主三镜镜面RMS≤λ/40，系统波像差RMS≤λ/10）要求。

为克服扫描方式多光谱成像无法捕获动态场景下的多光谱数据，提出了一种基于相位调制实现运动目标单次曝光多光谱成像方法。该方法将关联成像技术、压缩感知技术与光谱成像相结合，在成像光路中引入空间随机相位调制器，对运动目标物体三维图谱信息数据进行调制和压缩，然后利用探测器获取二维混叠信号，实现单次曝光获取运动目标的三维图谱信息重构，具有光能利用率高、成像时间短、系统结构简单等优点。实验结果表明：单帧CCD探测信号的电子数均值从200 e⁻按100 e⁻的间隔增加到1300 e⁻时，随着电子数均值增加，重构图像相对均方根误差rRMSE值对应减小，重构图像质量提高；当步进电机以30 Hz速度带动目标物体连续运动时，可获得较好质量运动物体的多光谱重构图像；采用光谱仪对目标物体中不同谱段的光谱分布曲线进行测试，所得结果与重构图像的光谱分布曲线相吻合，证明了该方法的有效性。研究结果对多光谱关联成像技术在无人机平台、动态监测等领域的应用提供了有益借鉴。

多光谱关联成像与传统点到点的成像方式不同，该技术是采用调制、解调的方式获取目标的图像信息。搭建了一套基于固定相位板的单次曝光多光谱关联成像系统，完成了多光谱关联成像系统中薄膜器件的研制。选择BK7玻璃作为基底材料，氧化铌(Nb₂O₅)和二氧化硅(SiO₂)为高、低折射率材料。根据光学薄膜基础理论，结合膜系设计软件进行膜系设计和模拟分析，通过建立膜系优化评价函数，实现了0°~30°入射450~700 nm带通滤光膜的设计，并在OZZSQ900型箱式真空镀膜机上完成了该薄膜的研制。通过优化SiO₂膜沉积速率，改善了薄膜表面缺陷，降低了散射损耗。对膜层的残余蒸镀进行分析，利用最小二乘法建立膜层厚度与残余蒸镀量之间拟合函数，调整监控方式，减小残余蒸镀，提高了制备过程中膜厚控制精度。采用安捷伦Cary5000分光光度计测试，在350~440 nm和710~800 nm波段透过率 T＜0.5%，450~700 nm范围内，光线入射角0°~30°时平均透过率 T >98%的带通滤波器，满足系统使用要求，该研究具有重要的实际意义和工程价值。

针对推扫模式下多光谱关联成像重构图像模糊、信噪比低问题，提出了一种利用探测信号叠加提高重构图像信噪比的多光谱关联成像方案.该方案基于稀疏约束关联成像光谱相机实验系统，通过单次曝光获得一帧探测信号，对前后帧连续探测信号进行错位叠加，计算出系统总探测矩阵，结合标定测量矩阵，采用压缩感知算法得到待测目标物体重构图像.数值模拟和实验结果表明：适当延迟曝光时间可以提高系统重构图像质量；相同曝光时间条件下，利用探测信号错位叠加的推扫10帧重构图像信噪比明显高于单帧多光谱重构图像.