本文提出了一种单像素空间频域成像的实时化方法，该方法可动态测量多波长下的空间频域漫反射图像，并快速重构光学参数。动态单像素成像采用交叠成像窗口方式，即只更新少数测量值来重建新一帧图像，其他测量值与前一帧共享，因此在相同的测量时间内可以获得传统方法两帧图像间的多帧中间状态图像，有效提高了单像素成像的帧率。针对空间频域漫反射图像的频谱分布，设计了圆形路径下单像素采样模板的测量顺序及成像窗口交叠长度，以保证动态成像过程中漫反射图像的直流成分和交流成分同步更新。为快速重构光学参数图像，提出一种基于区间优化和像素优化的快速查表法，该方法有效减少了传统查表法重构光学参数过程的冗余运算，提高了重构速度。使用搭建的单像素空间频域成像系统对所提方法进行了一系列仿体验证，结果表明，所提方法可以实现超过10 frame/s的多波长漫反射图像的实时测量，并可以以低于2%的误差实时重构光学参数图像。

黏膜组织病变多起源于浅层上皮组织,因此研究亚扩散域的空间分辨漫反射光谱分布特性对于黏膜组织早期病变识别具有重要意义。在亚扩散区域,除了吸收系数μ_a与约化散射系数μ'_s外,二阶散射定向因子γ对组织漫反射率也有较大影响。为实现三个光学参数的同时定量反构,面向实际应用基于光纤几何和Gegenbauer-kernel (GK)相函数的蒙特卡罗模拟建立正向数值模型,采用3D查表(3D-LUT)法和反向传播神经网络 (BPNN)反构光学参数,然后进行数值模拟和仿体实验验证。数值模拟结果表明,3D-LUT和BPNN两种方法反构的光学参数均具有较小的误差,但相比于3D-LUT方法,BPNN方法的反构准确性更高、计算速度快且具有更好的抗噪声能力。仿体实验表明,在实验系统噪声影响以及仿体测量校正存在误差等情况下,两种方法仍可有效地反构三个光学参数,从而证明了本研究所提方法的可行性和有效性。

三轴气浮台的冷气系统设计直接影响到控制系统的精度和冷气消耗量。对三轴气浮台冷气控制中的推力分配问题进行了研究，针对冗余的推力分配问题，设计了两种可以优化三轴气浮台推力分配的方法，从经济性、精确性等多个角度对推力分配进行了相应的理论分析和实验研究。通过数学仿真和实验验证了所提方法的合理性和有效性，研究结果满足了在给出期望力矩后能够快速找到较优的冷气推力分配方案的要求，简化了推力分配的步骤，并且有效解决了推力器冗余分配造成冷气浪费的问题，同时使冷气控制精度在设计范围内。最后的实验结果显示冷气控制下稳定误差在0.4°以内，完成了一次只用4个推力器实现姿态控制的任务。

以平面相控阵天线为研究对象，在给出阵面天线方向图函数模型的基础上，详细描述了波控码的计算方法；分析了波束控制的系统架构，提出了查表法与分布式计算相结合的波控码计算方法，阐述了其软件处理流程，并与传统方法对比分析了该方法的技术优势。通过对阵面天线方向图的仿真分析，该方法可以控制波束指向，实现一维扫描与二维扫描、单向扫描与全向扫描，并具有很好的控制精确度。对波控系统的设计可以推广到其他阵列天线模型上。

为提高红外甲烷传感器的精度，对气室结构、电路和数据处理进行了优化设计。通过实验和光学仿真对红外气体传感器气室结构进行了重新优化设计，确定了最佳尺寸；采用三级差动放大电路设计滤除噪声；在数据处理的算法上，选用二次插值查表法来拟合方程处理数据等一系列举措设计出新的红外甲烷传感器。在甲烷浓度为0%~3%的体积分数段内对传感器进行随机测试，新传感器的反应时间能够控制在20 s以内,探测器灵敏度得到提高，测量误差控制在±0.04%。与国内外相似的产品相比，优化的传感器在高灵敏度、测量误差和反应时间上都达到了较高水平。

为解决点源法计算全息速度较慢的问题，提出了一种新的查表算法，命名为三角函数查表法（T-LUT算法）。该算法是基于点源法基本的数学公式，通过一系列数学近似与恒等变换，生成了一种纯相位查找表，该查找表具有三维特性，并具有生成速度快、精度高、占用内存少等特点，克服了点源法重复计算相位的缺点。同时采用统一计算设备架构(CUDA)并行计算在图形处理器(GPU)上加以实现，并进行了三次并行优化。在算法的验证与对比实验中，采用单显卡（GPU显卡）实现T-LUT算法，在不牺牲全息图再现像质量的前提下，成功地将点源法计算全息的速度大幅度提升。实验发现在不同的物空间采样点数量的情况下，速度相对于点源法GPU 运算提升30倍至近千倍不等。

为了解决传统频域去噪法在光信号处理中单分辨率的局限性，提出了具有多分辨性的小波去噪法，并通过对比验证其有效性。由于小波去噪实现对硬件的要求较高，采用现场可编程门阵列做硬件平台来实现基于分布式算法的小波运算，将复杂的乘法运算转化为简单的并行查表累加过程，提高了运算效率，完成了小波算法的硬件移植。最后设计了基于现场可编程门阵列的采集系统，并在其上进行了小波去噪的硬件验证。结果表明，小波去噪算法在现场可编程门阵列平台上得到了很好的实现，且去噪效果良好。

针对比色测温技术的输入与输出的非线性特性导致难以自动化的问题，设计了一种新颖的智能比色测温系统，介绍了该系统的测温原理及结构，提出利用查表法和对分搜索进行软件设计，采用插值计算来确定温度，从而实现两路输出电压向温度值的智能计算。它具有体积小、响应快等优点，且大大减小发射率变化带来的干扰，能够实时显示温度，保证了较高的测温精度。

提出了一种线性预测和多谱带查表相结合的高光谱图像无损压缩算法。首先, 根据高光谱图像谱带间具有强相关性的特点, 建立基于Yule-Walker方程的线性预测模型, 其中方程系数矩阵为非Toeplitz形式的对称矩阵, 需要使用改进的Levinson算法进行求解。其次, 针对校正后的高光谱图像具有稀疏直方图的特点, 提出了多谱带查表法, 对线性预测的结果进行修正, 去除这些图像中因校正引起的信息冗余; 而对未校正图像, 则不使用该步骤处理。最后, 使用熵编码器对预测误差进行编码。分别使用自适应算术编码和Golomb-Rice编码作为熵编码器进行了测试, 结果表明: 本文算法具有较高的压缩比, 压缩效果好于国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的标准算法。

硬件实现正弦函数值计算在航空**系统中经常用到。现有线性插值查表法占用大量存储资源并且计算精度不高，针对该问题，对线性插值查表法的计算误差规律进行分析，并在此基础上提出了复式查表法。复式查表法另建了一个表格，该表格经过一系列变换可以表示出普通线性插值查表法的计算误差。通过对线性插值查表误差的修正可以大幅度提高其计算正弦函数值的精度。仿真证明该方法能在不增加存储资源的情况下大幅度提高计算精度。