为分析激光发射系统的性能, 需要测量激光光斑的绝对功率密度时空分布, 探测器阵列靶是有效手段之一。为实现定量分析, 需要对探测器阵列靶进行标定。探测器阵列靶单元数多, 标定难度大, 设计有效的标定系统十分重要。设计了一种新的标定系统, 该系统采用逐点扫描的方式, 具有适用性广、成本低、精度高等特点。并以某项目为例对标定系统的测量不确定度进行了测试分析, 结果表明: 可见光波段的测量不确定度为2.99%, 近红外波段的测量不确定度为3.62%,中红外波段的测量不确定度为6.17%.该标定系统是探测器阵列靶标定的有效手段, 值得借鉴。

为了实现单台光电经纬仪对空中目标的速度测量,通过地面单站对空中运动目标的方位、俯仰和距离等位置参数进行测量,从测速方法、数学模型建立、仿真及误差分析等方面开展了研究,提出了一种基于光电经纬仪单站测距测角的空中目标测速方法,着重分析了测量距离、测距精度、测角精度、目标飞行高度以及目标侵入角度等参数对测速结果的影响。结果表明,目标距离越远,飞行高度越高,测速误差越大;对于相同高度、距离的目标,侵入角不同,测速误差也不同,其中,迎头或90°测速误差最小,侧向30°~70°之间达到最大。最后对某无人机的飞行速度进行了外场实测,在距离2 km~22 km处的目标速度测试过程中,测速误差范围为3%~16%。

分析了蒙皮、发动机排气系统等主要辐射源的红外辐射特性, 结合红外辐射理论、实测数据以及经验公式, 建立了某型直升机红外辐射强度简化算法, 分析了不同观测角度下机体不同部位对红外辐射的贡献值, 得到了3~5 μm、8~14 μm波段红外辐射强度全向分布曲线, 验证了计算模型的可行性。结果表明, 直升机红外辐射具有很强的方向性, 其辐射强度与观测角度有很大关系, 迎头方向辐射最小, 机体侧后方的辐射最强, 且长波辐射强度要强于中波辐射；长波辐射主要来自于蒙皮自身辐射, 不低于总体辐射的70%；中波波段辐射主要来自于发动机排气管部分, 且在机体侧后方辐射最大。最后, 利用计算结果仿真分析了不同角度袭来的目标对探测距离的影响。对于迎头袭来的目标的探测距离最小, 对于机体侧后方约110°方位的探测距离最大。研究对直升机红外辐射探测系统探测距离评估具有重要的意义。

高能激光大气传输的效能与大气因素密切相关, 大气中的气体分子、气溶胶等导致了激光大气传输的衰减效应、湍流效应和热晕效应, 进而使得到达目标处的激光功率密度下降。由于实际大气环境的复杂性, 多种大气因素的耦合制约了高能激光传输机理的研究, 数学物理模型的检验存在着许多不确定性因素。采用大气因素可控的激光大气传输通道模拟器进行实际大气环境的模拟对于高能激光大气传输研究极其重要, 它不仅能够定量化探索大气各因素对激光大气传输的影响机理, 验证物理模型仿真结果的准确性并完善模型的可靠性, 还可以为激光传输效果的评估提供基础数据。文中介绍了一种可同时模拟激光大气传输湍流效、衰减和热晕等效应的实验装置的设计。

当高速成像制导导弹在大气中飞行时, 其光学窗口承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热, 但是超声速气膜流动会引起光束退化, 降低图像质量。为了研究超声速气膜气动光学效应, 本文构建了主流马赫数为3.4, 设计喷流马赫数为2.5, 实际测得喷流马赫数为2.45 的超声速气膜实验装置。利用基于纳米粒子的平面激光散射技术获得了高时空分辨率流场图像, 并对气膜冷却流动的密度场进行重构, 利用光线追迹法获取了对应密度场的光程差。通过将光程差分布和K-H涡对比后发现, 光程差的波谷位置对应于涡卷的中心, 而光程差的波峰对应于涡卷中心之间的连接部分。但是, 随着涡结构的发展破碎, 对应关系不再成立。根据超声速气膜NPLS流场图像结果, 利用分形原理获取的分形维数结果, 将其沿流向划分为三个区域, 其对应平坦度分别为3.4,2.9,3.6,验证了区域2更适合进行相干结构提取。

目标红外辐射特性的研究对红外探测距离的预测和评估具有重要的意义。分析了基于红外图像的面目标红外辐射特性反演方法用于反演点目标特性时的局限和不足。通过对红外图像上点目标的提取, 结合辐射基本理论, 推导了目标辐射亮度、像元数和目标整体辐射强度之间的关系, 提出了一种针对小目标态势下旋翼飞机的红外辐射特性反演算法, 并利用该算法对某型旋翼飞机的红外辐射强度进行了反演计算, 得到了不同观测角度下3~5 m波段红外辐射强度分布。结果表明, 该方法可以实现远距离小目标红外辐射强度的反演, 对于红外侦察系统的作用距离评估具有一定的意义。

当激光在大气传输时，会引起光束的抖动、光束扩展和漂移等大气湍流效应，这严重影响了激光传输的效能。根据波动光学理论，建立了不同波束激光在大气湍流传输的数学模型，采用龙哥库塔法编写了四维程序。数值结果表明：大气湍流效应会造成激光光束的相位起伏变大，光束的聚焦能力减弱，光斑会发生分裂；相比高斯光束，矩形光束可大大减弱湍流效应。

自1982 年Gilbert 明确提出气动光学问题以来的理论和实践研究表明：气动光学畸变已严重影响机载/弹载激光能量系统及激光信息系统的性能。但是，由于气动光学畸变的高时间、高空间频率特征，现有的反馈控制自适应光学系统控制带宽尚不能满足高频气动光学波前畸变实时校正对系统带宽的需求。通过梳理近30 多年来人们致力于气动光学自适应校正所做的机理、测量、校正等方面的标志性研究工作，以明确气动光学研究的问题、现状及未来的研究思路，从而为广大气动光学研究者提供理论和技术参考。

考虑到大气中吸收系数随高度变化，通过内插法得到不同大气模型一定高度下大气的吸收系数，建立序列脉冲激光在地对空垂直传输的热晕模型。通过数值计算方法分析风场渡越时间内脉冲数为2时的序列脉冲在中纬度地区夏季和冬季、热带地区、近北极地区夏季和冬季5种大气模型下的热晕效应。结果表明：当光束孔径为0.25 m，初始功率为200 kW，波形为高斯状的激光束在近北极冬季传输10 km后沿横轴方向光强峰值偏移0.056 9 m，而热带光强峰值强度偏移最远为0.224 m，为近北极冬季时的4倍；脉冲激光在热带传输10 km后的靶面功率仅为15.06 kW，近北极冬季靶面功率为热带的10.5倍。热带地区的热晕效应最明显，中纬度地区次之，近北极地区最弱。激光在夏季传输要比冬季传输的热晕效应严重，而且近北极地区夏季要比中纬度地区冬季的热晕效应更严重。

对离散分数傅里叶变换(DFRFT)框架下复值信号和复值图像相位恢复问题的研究现状进行了评述。首先讨论了基于Gerchberg-Saxton(G-S)算法和DFRFT级次多样性的并行和串行G-S算法,并针对二维复值图像和级次个数为3的情形进行了数值模拟。结果表明,当3个级次在关于1对称的意义下的间隔较大时,这两种算法都相当有效;串行G-S算法的整体性能优于并行G-S算法。其次,针对一维复信号的情形,研究了一种基于非线性最小二乘的算法。这种算法首先将问题转化为非线性最小二乘形式的最优化问题,然后采用Moré形式的Levenberg-Marquardt算法求解。基于一维复值信号任意两个级次的DFRFT振幅,本算法都能得到相当精确的相位;即使对振幅含有中等噪声的情况,所得结果也比较满意。