结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术，具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中，线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲，而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿，并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响，提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法，通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合，克服了现有方法对结构光分布方向的限制，同时，利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明，该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响，对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm，对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。

基于5G 基站前向功率控制和波束赋形等关键技术，设计单用户情况下5G 基站电磁辐射测试方案。该方案根据电磁辐射功率密度随着距离平方减小的规律布点，可以在一定程度上提高宏基站测试效率。对本文所提监测方案进行现场实测，监测结果远小于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)标准限值，表明5G 基站电磁辐射水平总体可控。利用高频结构仿真器(HFSS)设计5G 基站天线模型获取大规模多输入多输出(MIMO)天线阵方向图，基于实际场景电磁参数分析搭建场景，通过射线追踪算法对5G 基站的电磁辐射进行预测。预测与监测结果相比误差不大，证明预测方法可靠。

为了探究水束导引高功率激光的热损失问题, 调控水导高功率激光中水-光束耦合的热稳定性, 保证激光能量有效地传输至工件表面, 采用有限元方法建立水-光束耦合的数值模型, 利用射线追踪模拟不同入射激光功率、射流流速和直径时的水射流温度分布, 并通过实验数据验证模型的有效性, 对比了相同功率下连续激光与脉冲激光的温度分布。结果表明, 水射流的温度随着水-光束耦合长度增加而升高, 当入射激光功率增大、耦合腔压力降低以及射流直径减小时, 都会导致射流的温度升高, 严重影响射流的稳定性;由于水射流的冷却作用, 平均功率300 W的脉冲激光相较于连续激光, 温度相差约5 ℃。此研究结果为控制水导高功率激光中水-光束耦合的热效应、提高激光能量的传输效率提供了一定的参考。

太赫兹（0.1~10 THz）通信技术以其超大带宽资源和超高通信速率等特点成为未来无线通信的关键技术。基于Beckman-Kirchhoff散射理论和射线追踪技术，在太赫兹波段对统一的多射线信道模型进行了修正，该模型结合了直射、反射和散射，并用已有的文献数据对模型进行了验证。此外，使用等功率分配和注水功率分配策略对太赫兹宽带信道容量进行表征。结果表明由于较高的频率选择性，资源分配在开发太赫兹频谱方面极为重要。该研究为太赫兹通信系统的研究与设计提供了参考依据。

星光掩星技术中, 利用三维射线追踪方法模拟从地面到110 km高度红外辐射在大气中传输的路线。 其中, 设置频率为3.95×1014 Hz, 地球形状为椭球状, 模型为中性大气, 且已知在地固系中目标恒星的三维位置坐标和低轨卫星轨道数据。 再利用HITRAN数据库中高分辨率的氧分子吸收线参数, 包括吸收线强度、 低能态能量等, 以天狼星的红外光谱作为原始的接收光谱, 即去除地球大气的吸收散射等的作用, 光谱能量随着波长的增大而降低, 计算接收光谱在近红外氧气分子吸收A带(755～774 nm)的透过率。 考虑到仪器小型化, 选择氧气的特征吸收谱线760和762 nm, 计算两谱线位置的大气透过率随高度的变化, 并通过透过率计算接收光谱的信噪比, 进行仪器设计的指导。 另外, 由于大气折射作用, 必须将所得透过率进行折射修正。 通过仿真计算可知: 利用近红外波段755～774 nm, 计算了80, 100和110 km三个高度的大气透过率, 其随高度的逐渐增高而趋近于1。 相比0.2 nm光谱分辨率, 0.1 nm分辨率条件下大气透过率的变化范围更大, 为0.28～1, 在110 km透过率为0.987, 且探测的精确度可小一位。 折射引起的透过率在60 km以上等于1, 因此60 km以上可以忽略大气折射对大气透过率的影响, 无需进行折射修正。 利用760和762 nm的特征吸收线, 得到光强度信噪比均大于100, 且当分辨率为0.1 nm时, 光强度信噪比的值更小, 说明氧气对光谱的吸收作用更强。 两种分辨率条件下所得相邻两高度的光子数变化量差别不大且大于1。 最后, 根据以上结果, 可确定望远镜、 CCD、 光谱分辨率、 积分时间等参数, 用以研究和测试星光掩星的反演算法, 形成探测氧气从地面到110 km高度数密度变化的小型化仪器, 也可预先分析探测误差等。

紫外荧光法是指SO2分子在特定波长的紫外光照射下会产生荧光, 通过检测荧光的强度就可以间接得到SO2的浓度。但大气中SO2浓度较低, 荧光信号较弱, 这就导致检测困难, 在一定程度上限制了紫外荧光法的发展。针对这个问题, 设计了用于采集荧光的光路。光路分别采用抛物面反射镜与菲涅尔透镜实现对不同发散角的荧光的准直, 之后利用两个平凸透镜对平行光进行缩束, 并使用两个平凸透镜汇聚荧光。采用射线追踪算法作为严格矢量分析的工具, 对设计的光路进行仿真分析并与传统的荧光采集光路进行采集效果的对比, 仿真结果表明该设计的光路采集荧光的效率要高于传统结构。

提出一种用于点对点通信的自由空间光/毫米波(FSO/MMW)复合天线设计方法;提出传输线理论-射线追踪混合算法(TLT-RTM),用于快速高效模拟包含有损介质的电大尺寸复合天线的传输特性,并利用该算法对复合天线进行优化设计。复合天线的光学波段工作波长为1550 nm,毫米波频率为28 GHz。复合天线口径为200 mm,有效焦距为816.86 mm。对于光波,对比度调制传递函数下降到0.7时对应的空间频率为30 lp/mm;对于毫米波,复合天线增益为32.97 dBi,半功率宽度为3.29°。该复合天线可用于5G通信中点对点地面链接的光学信号和毫米波信号共口径复合传输。

在高能闪光照相流体动力学实验中,模糊问题严重影响诊断结果的精度。模糊图像的边界检测结果与真实边界之间往往存在位置偏移,称为边界退化量。在照相布局和客体确定的条件下,模糊尺寸越大,边界退化量越大。利用边界退化量与模糊尺寸的这一关系,提出一种从边界检测中测量系统模糊尺寸的新想法,从闪光照相成像物理过程角度阐释了方法的原理,然后通过数值实验分析了方法的处理过程,建议测量实验利用倒锥准直器对球形客体成像。模拟结果表明：采用该方法模糊函数的FWHM误差小于1个像素。最后借助数值模拟对台阶客体照相实现了对模糊尺寸测量结果的验证。

采用三维瞬态模型模拟了同轴激光直接金属沉积过程中激光束在基材附近穿过汇聚的钛金属粉末云时的衰减。采用射线追踪方法，计算了激光束受粉末影响部分被吸收、部分被散射后在各个方向的光强分布。考虑了激光波长和粒子数对激光衰减过程的影响。结果表明，具有均匀空间分布的0.01 g/mL钛粉末云对激光的吸收率为5.47%，激光束穿过粉末云时的衰减几乎不受波长影响，但随粒子数的增加而增强。数值模拟解与实验测得的1.06 μm处的粒子悬浮液透射率曲线相吻合。

为定量分析大气折射对辐射传输的影响，建立了矢量辐射传输模型(VSPART)，讨论了大气折射对漫射光Stokes矢量及辐射通量密度的影响。在模型中，采用射线追踪法实现了大气折射过程的参数化，基于矩阵算法实现了辐射传输方程的求解；将VSPART模拟结果与文献值及SPDISORT、DISORT、RT3/PolRadtran和MYSTIC的模拟结果进行了对比，验证了模型间的一致性；在纯瑞利散射大气及含气溶胶大气条件下，分析了大气折射对地面下行辐射和天顶上行辐射漫射光Stokes矢量的影响，讨论了大气折射效应随太阳天顶角的变化。结果表明，太阳天顶角为86°时，在瑞利散射条件下，由大气折射造成的漫射光（波长0.35 μm）I、Q和U分量的相对偏差可达9.2%、10.2%和11.3%，辐射通量密度的相对偏差可达5.3%。对于地面下行辐射，大气折射的影响总体随天顶角增大而增强，天顶上行辐射则反之。大气折射对地面下行漫射辐射的影响强于天顶上行辐射。随着气溶胶光学厚度的增加，大气折射效应显著增强；煤烟气溶胶条件下，大气折射的影响强于矿质型及海盐型气溶胶情形。当太阳天顶角大于70°时，大气折射的影响迅速增强，此时有必要在辐射传输模拟过程中考虑大气折射效应。