针对较强天光背景下基于暗弱钠导星的大气波前畸变像差实时探测需求，本文提出了一种综合滤波的主动式波前探测技术，完成了对该技术的理论分析、参数设计及探测能力预估，并将该技术应用于传统哈特曼波前探测器，开展了基于钠导星的大气波前畸变像差探测实验。在约10 W/（m²·sr）的天光背景条件下，实现了基于钠导星同步采样大气波前畸变像差的实时探测。本工作对实际钠导星自适应光学系统应用的工作时段扩展进行了有益尝试。

夏克-哈特曼波前传感器是自适应光学系统的重要组成部分,其检测精度直接影响着整个系统的性能。数值模拟技术具有成本低、易于实现等优点,因此,采用数值模拟技术建立了夏克-哈特曼波前传感器的仿真平台,并对其进行了测试。测试结果表明,该仿真平台能很好地表征湍流相位的统计特征,并根据自适应光学系统的工作环境优选光斑定位算法及参数,同时处理特殊情况(如子孔径缺光),以保证波前复原的准确性。此外,该仿真平台可以分析不同畸变波前和噪声水平下的光斑定位误差和波前复原误差,为进一步研究和优化自适应光学系统参数以及提高整个系统的检测精度和性能提供了一个非常有用的工具。

高亮度的钠导星是实现大气波前畸变精准探测的重要条件。已有研究表明,钠导星的后向共振荧光散射强度与大气传输效率、地磁场、季节、发射系统参数、接收系统参数和泵浦激光参数等诸多因素密切相关。脉冲型钠导星可有效提高自适应光学系统的波前探测信噪比。在多种激光参数泵浦模式下,开展了脉冲型钠导星回光强度的探测实验。基于高能量多纵模百微秒脉冲钠导星激光泵浦大气钠层,获取了一系列回光强度数据,与理论分析结果比较吻合。实验结果表明:泵浦激光谱线的精密控制是获得钠导星稳定回光强度的重要手段,基于圆偏振光双线展宽泵浦体制的钠导星工作模式是实现高效激发钠层原子并获得高亮度回光的有效途径。

对比研究缺光子孔径斜率置零复原法和缺光子孔径去除复原法的波前复原误差。首先研究了单子孔径缺光的情况,分析表明:缺光子孔径斜率置零法的波前复原误差呈现随子孔径中心相对全口径中心的半径的增大而增大的规律,即孔径中心部分的缺光子孔径的复原误差小,孔径边沿缺光子孔径的复原误差大;而缺光子孔径去除法的波前复原误差在孔径上分布比较均匀并且较小。缺光的子孔径数目增加后,波前复原误差也随之增加。对比研究了多子孔径缺光的情况,结果表明缺光子孔径去除复原法虽然计算量大,但波前复原误差要小得多。

采用数值模拟的方法以高斯光束， 、平顶光束、有中心遮拦的平顶光束为例，研究了激光在均匀大气传输过程中产生的稳态热晕效应。详细分析了发射功率、传输距离、光束直径、横向风速四种参数对热晕效应的影响，得到了以上三种光束的斯特列尔比和峰值偏移量随广义热畸变参数N的变化关系。数值仿真结果表明，在其他参数一致的情况下，发射功率越大、传输距离越长，热晕效应越强；而光束直径和横向风速的增加会减小热晕效应；不同激光强度分布对热晕效应的影响不同。在同样广义热畸变参数N的条件下，高斯光束的热晕效应最严重，平顶光束次之，空心光束的热晕效应最小。

本文提出了一种基于随机梯度优化算法的倾斜镜模型辨识方法，实现对大口径压电倾斜镜的复杂频率响应规律的辨识与控制带宽提高。文章介绍了压电倾斜镜原理和数学模型，描述了随机梯度优化算法在模型辨识的应用过程，并通过实验验证的方式检验了算法辨识模型的准确性以及在提高系统控制带宽方面的能力；最后，利用随机梯度下降算法本文还开展了对抖动输入频谱的辨识，结合倾斜镜模型的辨识结果，获得了对特定频谱区域更高抑制能力的控制效果。

用化学法测定水稻抗性淀粉含量耗时长、 成本高, 为此, 探索了基于近红外光谱技术(NIRS)的水稻抗性淀粉含量测定新途径。 首先, 采集了62份抗性淀粉含量差异较大的水稻的光谱数据, 将光谱数据和已测定的化学值数据导入化学计量学软件, 采用偏最小二乘法（PLS）建立了抗性淀粉含量的近红外定标模型, 对不同预处理得到的预测模型进行了内部验证和外部验证。 结果如下: 内部交叉验证方面, 未处理、 MSC+1thD预处理、 1thD +SNV预处理的决定系数(R2)分别为0.920　2, 0.967　0, 0.976　7, 预测均方根误差（RMSEP）分别为1.533　7, 1.011　2, 0.837　1。 外部验证方面, 未处理、 MSC+1thD预处理和1thD +SNV预处理的决定系数(R2)分别为0.805, 0.976, 0.992, 绝对误差平均值分别为1.456, 0.818, 0.515, 预测值和化学值之间没有显著差异（Turkey法多重比较）, 说明以近红外光谱分析法代替化学测定法是有可能的。 在不同预处理方法之中, 1thD+SNV的预处理方法无论内部验证还是外部验证都具有较高的决定系数和较低的误差值, 定标模型精度更高, 误差更小。

人造信标[即激光导引星(LGS)]概念的提出解决了自适应光学系统(AO)的湍流参考源问题，同时也带来了不可避免的非等晕误差。利用新研制的自然星哈特曼传感器(HS)与信标哈特曼传感器在望远镜系统上实现了自然参考星与瑞利信标的湍流波前时间同步测量，从而对不同模式（包括纯聚焦模式、角度与聚焦相耦合模式）瑞利信标的非等晕误差进行了定量研究。通过对测量所得自然星与瑞利信标湍流波前的泽尼克模式像差分解及对比分析发现，不同高度瑞利信标波前与自然星波前的各阶泽尼克模式时间互相关性，随其像差阶数的增加而振荡下降。相比于自然星波前的各阶像差模式方差分布，不同模式瑞利信标的非等晕误差均随像差模式阶数的增加而逐渐增大，即信标的非等晕误差对高阶像差更加敏感。最后，通过对不同实验模式非等晕误差所致目标校正光波质量影响的分析计算，并将其与前期信标非等晕问题的数值建模相结合，获得了不同非等晕机制下理论与实验相互映证的结果。该实验研究结果的取得，增强了对瑞利信标非等晕问题的感性认识。

信标概念的提出解决了自适应光学(AO)系统的湍流参考源问题，同时也带来了不可避免的非等晕误差。综合考虑实际中信标与观测目标之间的空间角度与高度差异，利用数值建模对不同信标机制下（包括自然信标、人造信标）湍流探测中波前像差模式的非等晕性误差进行了系统性分析。研究发现：自然信标机制下，有效的纯角度非等晕性方差较传统评估值(θ/θ0)5/3偏小；因而，传统评估方式中直接利用大气等晕角θ0评估纯角度非等晕性误差对AO校正的影响，比实际影响严重。人造信标机制下，无角度偏差时的模式非等晕性误差随信标高度增加而减小；但由于角度偏差所致信标探测波前与待校正目标波前之间模式相关性的退化，却随信标高度增加而变得更加敏感，此时应根据应用需求对AO系统工作模式与信标模式进行权衡优化选择。研究所得的理论结果为外大气信标自适应光学实验的展开提供了必要的理论支持。