针对传统聚焦评价方法难以适应显微样本复杂纹理表面及反射率不均的问题，提出了一种抗光照强度、抗反射率不均、亚微米精度的基于双模糊理论的显微图像聚焦评价方法（DB-FEM），并研究了人工模糊有效标准差的概念，通过理论和实验找寻了较优有效标准差σ的取值。DB-FEM主要通过分析采集图像和其人为模糊图像的特征差异程度实现聚焦判断。首先对采集的层扫图像进行人为模糊处理，然后通过局部方差计算图像和其模糊图像在空域边缘信息和图像Haar小波频域信息的差异度。差异度包括空域边缘、低频纹理和高频边缘。最后将所有差异度相乘，得到基于差异度的聚焦评价曲线。实验结果表明，DB-FEM在不同光照幅值、不同表面形貌复杂度条件下均具有优良的聚焦评价性能，优于现有的空域边缘和频域模态评价方法，在单焦面检测中具有更窄的半峰全宽，在双焦面检测中具有更好的分辨能力。在物镜的放大倍数为20、数值孔径为0.65的条件下，所提方法的轴向分辨率优于0.3 μm。

为探索边界载荷对超材料带隙特性的影响，本文构建了一种层级椭圆穿孔板超材料，将载荷直接作用于结构的边界，采用有限元法研究了边界载荷导致结构变形所引起的带隙变化。建立了3个层级椭圆穿孔板有限元模型，将三维椭圆穿孔板简化为二维平面结构，以便于研究结构的面内带隙特性。分析了有无边界载荷作用时层级椭圆穿孔板的带隙特性、传输损耗和带隙边界对应的振型。结果表明，引入层级设计可降低带隙频率，施加边界载荷可打开更多完全带隙和方向带隙，从而更好地抑制弹性波传播，为穿孔板类超材料设计提供了一种新思路。

采用显式有限元方法，以传输损耗系数(TLC)为评价指标，研究了以钢为边界、铜和硅橡胶交替填充的方形晶格夹层板的减振性能，分析了方形填充尺寸对结构减振性能的影响。首先建立方形晶格夹层板的有限元仿真模型，其次引入传输损耗系数作为目标函数，运用遗传算法对方形晶格夹层板的减振性能进行优化，针对不同应用场景，得到的优化结果表明方形晶格夹层板具有不同减振范围的可调谐性。最后分析优化后的拓扑结构在不同频率下的位移场，可以看出其仍是在局部共振机理作用下，表现出对低频弹性波的强衰减，为拓宽夹层板的低频减振性能与可制造性提供了新的设计思路。

将带有分流电路的压电片周期性地粘贴到薄板表面形成二维压电分流阵列结构, 该结构不仅具有声子晶体的带隙特性, 还可以通过分流电路实现带隙调控。该文运用有限元法计算了二维压电分流阵列结构的带隙特性, 研究了含有谐振单元及负电容的混合电路中不同电路参数对带隙的影响。此外, 通过调节电感及负电容,可以将布喇格带隙和局域共振带隙进行耦合, 拓宽带隙,实现宽频振动控制。

压电型声子晶体具有弹性波带隙特性, 可用于噪声与振动控制。该文通过在环氧树脂杆上周期地布置含有负电容的压电分流单元, 构造了压电声子晶体杆结构。为拓宽带隙, 对此结构设计了3种元胞配置, 运用传递矩阵法计算其带隙特性, 并采用遗传算法对分流电路参数进行优化。理论与仿真结果表明, 改变元胞中不同谐振频率的压电分流单元的个数, 可以获得多个局域共振带隙, 增强带隙可调谐性; 运用算法优化可得到带隙调谐时分流电路参数值的最佳匹配, 实现多个带隙的合并进而形成宽带, 在不改变原有结构的基础上拓宽带隙。

分析了影响光电侦察系统分辨能力的基本链路要素, 给出了一种通用性能预测模型的建立方法, 建立了红外光电侦察设备分辨能力计算模型, 并以最小可分辨温差(MRTD)作为最终评价指标。用一个具体实例进行了数值仿真计算, 说明了模型的适用性。

基于接收信号强度算法的可见光室内定位系统具有结构简单的特点, 但是由于漫反射信道、系统噪声等因素, 其定位精度受到很大限制, 为此提出使用人工神经网络对室内可见光信道参数进行学习, 拟合室内信道参数的真实值, 实现高精度定位。首先, 使用CDMA调制技术消除室内可见多参考点光通信带来的码间干扰问题, CDMA解扩信号经过归一化操作后输入人工神经网络对坐标函数进行训练, 使之拟合室内可见光通信信道参数, 估计出接收机到各个LED参考点之间的空间距离。其次, 由于神经网络训练数据噪声及接收机信号噪声会影响定位精度, 我们提出使用Newton-Raphson迭代法, 进一步逼近测试点的真实坐标。实验结果表明, 在1 m×1 m×1.2 m的室内可见光通信定位系统模型中, 本系统在二维定位应用时平均定位误差为0.87 cm; 在三维定位应用时平均定位误差为1.47 cm。本文提出的基于接收信号强度的可见光室内定位系统, 使用CDMA调制技术, 接收信号经过解扩后输入人工神经网络对信道参数进行距离估计, 为了进一步地减小噪声等随机过程带来的定位误差, 提出一种定位专用的定位坐标解迭代逼近算法, 结果表明本系统在二维定位及三维定位均可实现很高的定位精度。

提出并优化设计了一种结合光波导谐振技术的窄谱干涉的测速(或测长)技术及其系统,该技术兼有白光干涉的绝对测量和单色光干涉响应多普勒频移的特点。工作光波由分布式反馈激光器经双环石英波导谐振后提供,两支同源窄带光经多普勒频移后叠加干涉,干涉结果包含了速度信息。优化设计采用了多目标优化SPEA2算法,数值仿真结果显示,系统可以达到0.01 mm/s速度变动的测试响应。

为了折叠光路、减小系统像差，空间遥感器的光学系统经常需要使用非球面镜。在非球面镜的光学检测中，补偿器的支撑结构是不可缺少的设备。在定义补偿器的自由度和坐标系的基础上，结合补偿器在非球面镜检测光路中的位置和作用，分析了调节补偿器需要的自由度。基于自由度分析结果，确定了支撑结构应实现的功能和结构形式。论述了一种支撑结构的结构设计，并给出了该支撑结构的调节精度分析结果。分析结果表明，该支撑结构的位移调节精度为1.4 m/deg，角度调节精度为0.007 rad/deg。实际的工程应用表明，该支撑结构能满足使用要求。

为了满足空间相机在装星时的空间位置要求，并避免空间相机与 星体之间的共振，设计了空间相机的承载舱。该设计采用了具有优良力学与工艺 性能的碳纤维材料以及具有合理拓扑形式的桁架结构。采用计算机仿真试验和三 次样条插值法对承载舱的杆截面尺寸进行了优化。结果表明，当杆截面尺寸为28 mm×28 mm×3 mm时， 承载舱的动态特性和整体质量满足设计要求。