卫星载荷在海洋上探测温室气体时，为获得高精度的气体浓度数据，采用海洋耀斑观测模式，因此实时耀斑位置的准确计算是获得高精度有效数据的必要前提。提出了基于最优线搜索的改进海洋耀斑计算模型，根据WGS-84椭球模型，在二分法搜索满足镜面反射耀斑点要求的基础上，采用最优化中线搜索的思想对算法进行改进，使其更好地符合耀斑点共面条件。经仿真分析，与卫星工具包（STK）仿真结果对比，所提改进模型计算的耀斑位置距离误差显著降低至90 m。

为了对激光测量系统的测量误差3维空间分布进行有效评估, 以特定点测量或仿真的大量位置数据为基础, 采用孤立森林算法对点云进行了异常数据筛除。基于误差椭球理论, 引入粒子群优化算法, 针对有效数据建立了最小包络椭球的不确定度模型; 采用测量场与单点不确定度的坐标系变换, 将不确定度最小包络椭球模型应用于测量场景内不确定度场的空间分布分析; 通过单点以及10m量级范围空间场景实测数据的测试, 该模型可以高效地筛选有效采样数据, 并依据需求进行不同程度的最小包络椭球计算, 得到相应的不确定度。结果表明, 基于测量位置数据, 该模型可以高效准确地描述单点位置的3维不确定度范围, 并能够有效地再现测量空间内的不确定度分布, 在4.7m的测量距离、94.2%的筛选后有效数据、97.5%的包络比例下, 计算获得不确定度范围为三轴长4.95μm, 18.39μm和30.53μm的椭球。该最小包络椭球不确定度模型在基于实测的理论模型验证、设备状态与测量场景环境分析, 以及测量布局设计等方面具有着重要的价值。

雾霾环境下拍摄的图像总是存在模糊不清的问题，为了更好地复原雾天图像，提出了一种基于RGB颜色空间椭球模型的传输函数估计算法。首先，将雾天图像的某一邻域内的像素灰度值映射至RGB颜色空间，并通过椭球模型拟合像素灰度值的聚集状态；然后，将椭球中所有向量向大气光向量上投影，以此估计每一像素位置的传输函数；最后，对传输函数进行优化，并结合大气光向量估计实现图像去雾。实验结果表明，所提基于RGB颜色空间椭球模型的传输函数估计算法可以有效地复原雾天图像。

为提高太阳模拟器聚光镜的有效聚光效率, 提出一种基于椭球面二项展开式的非标准椭球面聚光镜, 通过改变展开式的二次项系数控制聚光镜面形, 提高聚光镜对氙灯光源离焦发光点的聚光效果, 使第二焦面上的光能分布更为紧凑, 从而提高系统的光能有效利用率。结合具体实例进行数值分析, 并采用蒙特卡洛光线追迹方法模拟实际光照效果。分析结果表明, 在有效辐照面积内非标准椭球面的聚光效率相比传统标准椭球面提升了10%左右。

为了明确不同热源模型对选区激光熔化18Ni300成形过程温度场模拟计算的适用性,使用ANSYS APDL对单层单道激光熔化成形过程进行了温度场计算,比较了高斯面热源和双椭球热源两种热源模型计算的18Ni300金属粉末熔道的温度场和熔池尺寸。结果表明,双椭球热源模型计算结果的准确性优于高斯面热源模型的计算结果,与试验结果吻合良好。在选区激光熔化过程中,熔池尺寸不仅与激光功率、扫描速度有关,还与激光能量在粉末中的扩散有关。扫描速度对熔池宽度和深度的影响是非线性的。当激光线能量密度相同时,高激光功率和高扫描速度下获得的熔池的深度和宽度大于低功率和低扫描速度下获得的。

为了解决太阳模拟器辐照均匀度普遍较低的问题，根据太阳模拟器的工作原理，建立了变系数椭球聚光系统。通过将传统椭球面方程进行泰勒展开后得到高阶方程，再通过演变得到了一种变系数的椭球面方程。通过调整变系数椭球面方程的系数，得到最佳的变系数椭球面方程。通过MATLAB分别仿真变系数椭球镜和传统椭球镜的第二焦面处的能量，将两者进行对比。使用LIGHTTOOLS软件仿真传统椭球镜和变系数的椭球聚光镜光学系统。仿真结果表明：变系数椭球镜第二焦面的均匀度比传统椭球镜的好，变系数椭球镜的辐照面均匀度要比传统椭球镜的辐照面均匀度高3.91%，基本满足太阳模拟器的高辐照均匀度要求。