为解决现今激光制导**指示器指示效率低下、单次指示集群目标能力差等问题,从光束偏转控制和光束角度放大技术的原理出发,以液晶相控阵和多路复用体全息光栅为控件,设计了可用于多目标指示的大角度激光光束偏转控制系统;分析了影响液晶相控阵光束偏转特性的参数的选取规则,确定了大角度光束偏转系统的设计方法,模拟了激光多目标指示系统的指示过程,并对系统误差来源和误差修正方法进行了理论分析和仿真。结果表明:该系统可以快速地对光束实现最大偏转角度为15.63°的二维准连续、可编程控制的偏转;误差修正方法可有效提高激光光束的指示精度,使误差角度下降50%左右。所提出的激光多目标指示系统的设想,可实现对二维平面内多目标的准连续、准同时的精确指示,可为激光多目标指示器的设计提供参考。

为了给激光发射天线的设计优化提供一种可视化自动设计手段, 采用MATLAB仿真技术构建了一种基于倒置望远镜系统结构的激光发射天线仿真平台,进行了激光发射天线的理论分析和仿真实验验证。通过灵活设置激光谐振腔关键结构参量以及倒置望远镜系统透镜组合方式, 实现了发射天线发射前后的激光2维光强分布、激光3维光强分布、激光光束3维结构以及变换后激光束腰与透镜组合离焦量的关系曲线的仿真。结果表明, 波长550nm的激光变换后束腰半径从0.073mm变为12.202mm, 发散角从0.275°变为0.00164°, 成功压缩了激光发散角; 此平台进行的仿真过程形象直观, 可根据需要自动优化设计出最优的激光发射天线结构。该仿真平台的构建为激光发射天线的可视化自动设计提供了全新的方法。

利用逐线积分方法，建立了一种均匀大气中氧气 A吸收带平均透过率快速计算模型。模型采用等波数间隔取样，能根据大气温度和压强自动选择谱线线形，并利用直和模型进行快速近似计算 Voigt线形函数。在不同大气模式下设置不同传输路径，利用该模型计算氧气 A带平均透过率与路径长度关系曲线，并将计算结果与 Modtran软件计算结果进行对比。从对比结果可知，不同路径下模型计算的平均氧气透过率最大相对误差均小于 2%，计算时间均小于 1s，具有较高的准确度和计算实时性。计算结果表明该模型能够在均匀大气中对氧气 A带平均透过率进行快速准确计算。

基于测距光谱通道数量和位置选定规则,以氧气A吸收带为例,从系统探测距离、目标与背景信噪比、系统工作海拔等约束条件对带宽的限制出发,利用MODTRAN和MATLAB软件综合仿真分析了满足系统实时性、目标信噪比及不同探测距离条件下通道带宽上下限的取值范围。结果表明:相同条件下,系统平台海拔越高,带宽下限取值越小、范围越大、选取越灵活,系统探测距离越远,有效探测范围也越大;目标信噪比要求越高,带宽下限取值越大、范围越小、选取越受限,探测距离和有效探测范围越小。因此,设计系统时应根据任务要求,确定光谱通道位置和数量,计算系统工作实时性、目标信噪比、系统最大最小工作距离等多重约束条件下各通道带宽取值上下限曲线,通过确定能够同时满足最大及最小工作距离条件的上下限曲线最小交集,便可在曲线交集区域内选定满足设计要求的通道带宽取值。这为单目多光谱被动测距系统的参数设计和工程化提供有效的理论支撑和计算方法,从而设计出高低精度搭配、远近距离兼顾的多光谱被动测距系统。

为消除测距光谱通道位置和数量选取对氧气吸收衰减被动测距技术测距精度的影响,基于氧气吸收衰减被动测距技术的基本原理,分析氧气A、B吸收带光谱谱线特性。对于吸收带带肩上的光谱通道,利用蒙特卡罗法,以拟合非吸收基线与理想基线的误差平方和与相关度为指标,分析光谱通道位置和数量及拟合多项式级次对非吸收基线拟合精度的影响。对于吸收带带内光谱通道,分析不同光谱通道处吸收率大小对测距距离和测距精度的影响。结果表明:在综合考虑系统实时性和测距精度要求的情况下,A吸收带两带肩上光谱通道各为1个,B吸收带单带肩上光谱通道为2个,位置均宜选择在各带肩靠近吸收带一端;吸收带内光谱通道可根据测距任务中对测程和测距精度的要求灵活选择其数量和位置。因此,在无法一次性获取测距波段完整光谱曲线的情况下,单目多光谱被动测距系统采用较少的光谱通道和最简单的直线拟合方法,不仅可以保证系统的测距精度,而且能够减少滤波片更替和软件计算的时间周期,进而增强系统数据采集和解算的实时性。

为了解决氧气A吸收带被动测距中使用高光谱成像系统存在测量实时性差的问题，提出了一种氧气A吸收带平均透过率的多光谱非成像测量方法。该方法利用3个窄带滤光片分别采集目标位于氧气A吸收带及其左右带肩的辐射强度信息。选择光电倍增管作为光电转换器件，在外场条件下开展氧气A吸收带平均透过率测量实验。建立了氧气A吸收带透过率的逐线积分模型，通过对比实验测量值与模型理论值验证了该方法的可行性。对比结果表明，在测量距离为100~400 m范围内，氧气A吸收带平均透过率的测量误差在0.146%~1.576%之间，证明了该方法的可行性。

介绍了一种利用PSD器件实现观瞄系统光轴平行性的原位检测方法, 对大轴间距光路采用折转光路设计进行压缩, 减小了测试系统外形尺寸, 提高了系统机械稳定性; 对光斑重心位置的测量采用了高精度位置传感器PSD, 简化系统结构, 提高了测量精度。

为对室内不拆装情况下大型或整车上的多谱段光电装备进行光轴平行性检校，设计了大尺度多光谱多光轴平行性检校系统。系统采用一个多光谱平行光管提供多个谱段的无限远目标，通过二维移动平台实现平行光管的室内大跨度移动。利用倾角传感器、双线阵CCD测量系统和姿态调整机构来恢复和保证平行光管移动前后的光轴平行性，实现室内分布在车体上不同轴距不同谱段光电装备的光轴平行性进行统一检校。系统设计方案和误差分析结果表明: 该系统平行光管移动前后的光轴平行性总误差小于0.142 mrad，在提高检校精度的同时还大大减小了光轴平行性检校的工作量; 各分系统中倾角传感器和姿态调整机构误差对系统总误差贡献最大，通过选用更高精度的分系统还可进一步提高系统的总体精度，满足更高精度装备的光轴平行性检校要求。

氧气吸收率是利用氧气A 吸收带进行被动测距技术计算的核心，为研究冬季极端天气条件对目标氧气吸收率计算及测距精度的影响，在降雪和雾霾天气条件下进行了被动测距实验。采用1000 W 卤钨灯作为目标光源，分辨率为1 nm 的高光谱成像仪作为测量设备，对水平方向距离550 m 处的卤钨灯进行了测距实验。利用相关K 分布法建立的氧气吸收率与路径的关系模型及实验测得的目标氧气吸收率，解算了目标距离。结果表明：冬季极端天气影响目标氧气吸收率的测量精度，导致利用所建模型解算的距离与真实距离误差大；通过背景消除后，测距误差变小，雾霾天气测距误差为8.36%，降雪天气测距误差为5.45%。背景消除可以提高目标氧气吸收率的测量精度，进而提高冬季极端天气条件下的测距精度。

氧气吸收率是利用氧气A吸收带进行被动测距技术计算的核心，将包含氧气A吸收带在内的无云天空背景辐射和黑体辐射作为研究对象，利用CART软件模拟计算了不同观测天顶角、不同时段、不同太阳天顶角的无云天空背景氧气吸收率分布，并与不同观测天顶角、不同距离下的黑体辐射氧气吸收率进行了比较分析，结果表明：当探测距离大于3 km时，黑体辐射的氧气吸收率大于无云天空背景辐射氧气吸收率，所以根据不同观测条件设置被动测距的氧气吸收率阈值，可提高对目标的探测概率，降低背景辐射对被动测距的影响。