激光扫描与测距(LIDAR)数据地物分类是近年来测绘及相关领域内的研究热点。由于数据获取、传输以及激光本身特性的影响, 使得LIDAR数据与地物信息的对应关系存在不确定性, 而不确定性理论在处理数据不确定方面扮演着十分重要的角色。综合论述了近年来常用的LIDAR数据地物分类的特征及其特性、地物分类的应用领域以及国内外利用不确定性理论进行LIDAR数据地物分类的方法, 并分析其优缺点, 最后给出了总结与展望。

光学仪器的工作环境温度变化范围大, 温度变化时光学元件的曲率、厚度和间隔都将发生变化, 同时光学材料的折射率和所在介质的折射率也将发生变化, 影响光学系统的成像质量。文中采用光学被动补偿方式, 针对1 920×1 080分辨率的高清可见光 CCD, 设计了焦距12 mm, F数为4, 视场角为57.5°, 工作温度范围-40 ℃～+80 ℃的消热差光学系统。设计结果表明, 在整个工作温度范围内, 系统成像质量良好, MTF接近衍射极限。

为提高太阳能的利用率, 解决太阳光的时变性、分散性问题, 提出一种基于光敏电阻实现阳光信号采集的自动跟日系统。设计了新型八点半球形太阳方位信号传感器, 通过内部两组传感器的位置分布和组合, 粗调与细调相结合, 对太阳方位角信号进行大范围搜索、小范围调节, 从而控制跟踪控制系统实现对太阳光的高精度自动跟踪。分析了太阳光方位信号传感器的内部结构设计及原理、自动跟踪系统的控制过程及原理。结果证明, 系统在低成本情况下实现高精度自动跟踪, 抗干扰性强, 实用性强, 对于在光伏发电、光热发电领域推广太阳能应用具有很重要的意义。

介绍了一种半球空域成像长波红外光学系统的设计。该光学系统采用二次成像结构, 有效的压缩了光学系统的径向尺寸。由于该光学系统视场较大, 因此采用了F-θ的“非相似”成像方式。利用ZEMAX软件进行了优化设计, 合理解决了像面照度均匀性和大视场轴外像差的问题。同时对该光学系统进行了分析评价并给出光学系统的传递函数曲线、点列图等设计结果。该光学系统仅使用六片光学元件, 采用两个非球面, 全视场角和相对孔径分别为184°和1/1.93, 全视场内的传递函数值在20 lp/mm处达到0.45以上, 像质优良。光学系统总长为71 mm, 最大直径30 mm, 光学元件质量仅为45 g, 光学系统体积小、质量轻, 可适用于多种平台。

根据航天遥感系统设计要求, 以及航天遥感光学的常用结构分析, 最终选用用离轴三镜反射镜光学系统结构。使用MATLAB软件编程计算光学系统的初始结构。并对光学系统全视场成量进行分析, 分别用MTF和点列图两种衡量标准对光学系统成像质量分析。

基于硅的电化学腐蚀基理, 通过电化学阳极氧化法制备多孔硅结构, 用扩散限制模型和Si的氧化原理来探究阳极氧化条件对多孔硅性质的影响。首先, 研究HF对多孔硅孔隙率和刻蚀速率以及腐蚀界面的粗糙度的影响, 然后研究了在不同电流密度时多孔硅的刻蚀特性。结果表明, 在HF(49 wt.%)与乙醇的体积比为2:3的电解液中刻蚀多孔硅时, 随电流密度的增大, 多孔硅结构的孔隙度及刻蚀速率均逐渐增大；在电流密度为55 mA/cm2时, 刻蚀速率随电解液中HF体积含量的增大而增大, 多孔硅的孔隙度随HF体积含量的增大而减小；多孔硅-硅的界面粗糙度随电流密度和HF体积含量的增大而增大, 在HF与乙醇的体积比高于3:2时多孔硅-硅的界面粗糙度很大, 而且多孔硅膜层发生龟裂现象, 这将严重影响多孔硅光学器件的发光质量。

随着光电子技术的发展, 空间通信技术的应用越来越广泛。激光传输系统要求具有低损耗、抗干扰、信噪比高的性能。为满足多通道的信号发射和接收的要求, 研制了抗杂散光干扰的滤光膜。依据光学薄膜理论, 设计了同时满足808 nm、1 064 nm高透过的双带通滤光膜。利用离子辅助沉积技术, 通过对石英晶振监控镀膜过程中的膜厚误差分析, 建立了关于膜层拟合度定量计算的数学模型, 并应用该模型制备了双带通滤光膜, 通过该模型所设计的膜系具有良好的可制备性, 满足实际使用要求。

RGB三基色的LCD显示器件在高端的应用领域已经不能满足细节显示要求。研究发现可以增加基色的数量, 如黄色, 形成RYGB四基色, 实验证明显示的色域有明显的改善。文中首先研究LCD的电光特性, 而后重点研究频谱带宽对LCD电光特性的影响。在1 kHz固定频率驱动下, 通过改变电压来改变LCD的透过率, 随着驱动电压的变化, LCD的透过率有较大变化。选取四种基色对应的波长, 研究它们的电光特性曲线, 得出LCD四基色的电光特性曲线随电压变化的趋势一致；研究不同带宽下四基色波长的透过率, 得出带宽对红、黄、绿三种基色的透过率影响不大, 而带宽对蓝基色的透过率影响较大。

针对旋转轴功率测试中容栅传感器的输出信号易受驱动轴瞬时转速影响的问题, 提出一种基于FPGA的转速校定装置。该装置在高精度光电码盘的基础上, 将触发器和4~16译码器HCC4515B结合来滤除光电码盘输出尖峰毛刺, 并给出了以FPGA为主控单元的具体电路实现方案。测试结果表明, 该转速校定装置能够很好地达到预期效果。

针对现代战争探测和精确制导系统由单一波段向复合波段扩展, 对伪装材料提出了更高的要求。光子晶体作为一种人工晶体功能材料, 利用其带隙特性实现在中红外波段的伪装, 采用电子束蒸发和薄膜沉积等技术, 设计并制备在3~5 μm隐身同时兼容0.93 μm, 1.06 μm和10.6 μm激光波段的光子晶体。对飞行器尾喷管部位的隐身具有重要的意义。光谱分析表明, 各项指标满足使用要求。

为了对大尺寸被测物体进行重构, 利用改进的Stoilov算法, 提出了结合拼接进行重构的方案。讨论的方法分为两种: (1)先对变形光栅条纹进行图像拼接, 再用Stoilov算法重构；(2)先分别对多组光栅条纹三维重构, 再进行轮廓拼接。实验结果表明, 两种方法均能比较好地对大尺寸被测物进行三维重构, 且各有优缺点。

研究了相互耦合的电光双稳系统之间信号的同步传输问题。将两个电光双稳系统的状态变量进行耦合, 构成驱动响应系统。基于稳定性定理, 通过计算耦合激光系统的Lyapunov指数, 确定了实现两个电光双稳系统之间信号同步传输的条件。仿真结果显示了稳定的同步传输效果。

为满足高精度线阵CCD二维自准直仪动态高精度测量, 提出一种基于高斯滤波的二维自准直仪目标中心的精确定位算法。首先采用高斯滤波对CCD图像进行平滑处理, 在抑制噪声的同时生成带有高斯加权的CCD图像, 然后采用线性插值重心法对加权图像进行目标中心亚像素定位。实验结果表明, 该定位方法稳定性好, 定位精度高且实时性强, 在原理样机上, 应用该方法实现了单次二维角度测量时间小于0.2 s, 测量范围±900″, 精度优于±0.5″, 具备一定工程应用价值。

探讨了用光场探测技术重建温度场分布及其变化的可行性, 运用光场探头和CCD相机获取多组穿过目标区域一一对应的入射光线和出射光线, 再运用费马原理来建立光程函数重建该区域温度场。用matlab软件进行了仿真, 在算法的选用上, 将选用PCG迭代算法来解决这种非完全投影数据的重建问题。重建结果表明, 该方法是一种有效的方法, 可以用于重建整个温度场分布, 相比传统的测温方法有很大的优点。

针对多幅图像测量系统在多光谱测量等领域中的广泛应用前景, 以及现有多幅图像测量系统存在的多传感器间难以实现同步、所得图像光强度信息不均匀、光轴不一致以及仪器构造复杂, 价格昂贵且不易于微型化等问题, 研究设计了一种基于单帧图像获取多幅图像信息的新型分光图像测量系统。文中设计的分光图像测量系统可将单幅图像分为四幅图像并且解决了上述问题, 提供了一种分光图像测量的新思路。

相移光栅作为窄带宽透射型滤波器件在光纤激光器设计中有很高的应用价值。研究了基于啁啾相移光栅的环形腔掺铒光纤激光器的仿真模型。利用传输矩阵法仿真了啁啾相移光栅的传输谱, 并对行波速率方程进行数值化模拟, 得到了激光器工作时, 掺铒光纤上能级粒子数、输出激光功率时域变化以及输出激光频谱。仿真采用功率为0.3 W的980 nm泵浦源得到了输出约为0.078 W,带宽为0.02 nm的连续光输出。同时, 详细分析了输出激光功率随泵浦功率和输出耦合比值的变化情况。仿真结果表明, 输出激光功率随泵浦光功率呈线性变化, 存在一个最优的输出耦合比值使输出光功率值最大。

针对传统溶液浓度测量方法的不足, 提出了一种基于光纤端面反射原理的溶液浓度测量方法。通过Fresnel(菲涅耳)定律以及折射率与溶液浓度关系, 建立了反射光强同溶液浓度的函数关系, 分析了反射光强变化的规律特征, 指出反射光强随溶液浓度变化应具有保持线性关系。并且通过蔗糖溶液和葡萄糖溶液的实验研究, 验证了反射光强随溶液浓度变化符合线性关系特性, 线性拟合度达到99%以上。该方法可用于蔗糖、葡萄糖等溶液浓度的在线测量, 具有线性度高、操作简单、易于实现特点。

地物光谱反射特性通常采用直观的反射光谱曲线来研究, 基于此通过分析双向反射比系数随激光反射角度的变化规律来研究常见自然地物对1.06 μm激光的反射特性, 直观且便于外场数据采集。通过外场试验测得了10余种常见自然地物的双向反射比系数, 并按照激光反射能力对其进行了排序。研究表明, 杂草、风化岩石、龙眼树、灌木丛等自然目标对1.06 μm激光的反射能力较强。

为了研究污染颗粒对光学系统镜面散射的影响, 将光学镜面暴露在室内, 得到三种不同污染程度的镜面, 利用电子显微镜表征三种污染镜面的颗粒分布。使用光束质量分析仪采集洁净镜面和三种不同颗粒污染镜面的镜向散斑图像, 结合双向反射分布函数(BRDF)对其从水平和垂直方向进行分析。研究结果表明, 不同入射角下, 颗粒污染镜面的镜向BRDF值都在同一个数量级；从水平和垂直方向分析, 颗粒尺寸越大, 颗粒数量越多, 镜向BRDF的中心变化较小, 边缘起伏较大, 镜面散射越严重。

针对无人机着舰性能要求, 研究其紫外成像自主着舰引导技术。首先构建舰载无人机紫外成像自主着舰引导系统, 然后计算分析该系统的可行性, 最后给出该系统的涉及的相关算法。