毫米波系统有着较微波、红外、光学系统不同特性的优点。目前，毫米波被动探测技术在反装甲导弹和末敏弹的制导中起着重要作用。针对目标动能等因素，通常目标温度变化，本文研究变温目标毫米波被动探测辐射特性，并通过实验分析了辐射能量与介电常数及物理温度的辐射关系特性，以及与探测角度关系的分析，并给出了目标毫米波被动探测隐身特性的基本要素与变温目标辐射特性的理论分析。

从莫尔条纹用于光刻对准的实际应用出发，从傅里叶光学的角度重点讨论了一般光栅及线光栅对莫尔条纹的调制规律，并对广泛应用的低频(1，-1)级莫尔条纹进行了仿真分析。最后通过仿真分析说明，在光刻对准中，对栅线重复频率相差很小的两光栅对准标记，将产生对位移具有高灵敏度特性的放大莫尔条纹，从而实现高精度光刻对准，并对采用该对准方法的光刻对准精度进行了简要分析。

最小误差阈值分割法在图像分割中有广泛的应用。本文对二维最小误差阈值法及其快速算法(在这里称为原算法)进行了改进，对原最小误差阈值法的阈值求取公式进行了变形，并采用查表的方法，将二维阈值的求取转化为两个一维阈值的求取，简化了计算，将算法的时间复杂性由O(L2)降到O(L)。本文的实验结果表明该分解算法可以在保证原算法良好抗噪性的前提下，计算阈值所需要的时间更短，利用的空间更小，且该方法可以得到与原算法相同的分割阈值。

提出一种基于共形几何代数与二次规划的分类器设计方法。从新的角度出发，讨论了运用共形几何代数理论来构造最优分类超球可分问题的可行性和简便性，首先介绍了基于共形几何代数的分类超球面的几何表示，并用此表示将二类最优分类超球面的可分问题转化二次规划的训练学习问题，在此基础上分析了多类分类器的设计和训练方法。该算法保留了最大分类间隔理论的优点，将二类最优平面可分推广到最优超球可分，简化了其运算复杂度，仿真实验表明，该学习算法简洁明确，对于算法的集成，提高效率有着很重要的意义。

为了获得低成本大屏幕自由立体显示器，采用了DLP 投影的技术方案。通过模拟柱透镜光路，分析了立体视区特性。按照自由立体显示的结构和原理，计算出立体视区光能分布图。理论上证明了在最佳观看距离可获得没有互扰的立体影像。研究了最佳观看距离和像素匹配的设定方法，给出观看较好立体效果的范围。立体视区的研究协助了立体显示器的设计，最终获得了具有较好立体感和临场感的150 英寸大屏幕立体显示器。

针对高精度光电伺服稳定平台的低速问题分析中，由于摩擦力矩等非线性干扰的存在，容易产生滞滑爬行现象，严重影响平台的低速性能。本文采用积分滑模变结构控制，提出并设计了新型的趋近律规则。系统实际运行结果证明，本文所设计的控制器能很好地解决较大范围运动时的系统稳定问题，并能消除非线性摩擦所引起的低速“爬行”现象，改善系统的动态品质和静态特性。

首次采用LB 膜诱导沉积法制备PEDOT 高度有序导电聚合物薄膜，所采用的工艺是将十八胺(ODA)与聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)先形成ODA 包裹PEDOT-PSS 纳米粒子的组装体，然后再将其铺展于气/液界面，制备PEDOT-PSS 复合LB 膜。研究了复合单分子膜在气/液界面的成膜性能，对不同层数的LB 膜进行了较为详细的微观分析和结构表征。采用UV-Vis 光谱对不同层数的复合膜进行了表征， 发现ODA-SA/PEDOT-PSS 膜具有比ODA/PEDOT-PSS 膜好得多的成膜性，这是由于生成的氨基酸改善了复合膜的成膜性；FT-IR 和XPS 分析表明固态复合膜中存在静电作用力，复合膜靠静电力在气/液界面进行组装。实验表明，PEDOT-PSS 纳米粒子对单分子层具有包裹作用，形成了稳定的复合单分子膜；在十八胺(ODA)和硬脂酸(SA)摩尔比2：1、亚相温度23℃、PEDOT-PSS 浓度1×10-3 mol/L、压缩速率5 mm/min、拉膜速率为1 mm/min 的条件下薄膜具有较好的成膜性能。

利用Nd:YAG 纳秒激光(波长分别为355、532 和1 064 nm)辐照由电子束蒸发技术制备的类金刚石(DLC)薄膜，通过光学显微镜、光学轮廓仪和拉曼光谱仪等分析了辐照后的薄膜样品，结果表明：不同波长的单脉冲激光辐照时，DLC 膜的激光损伤阈值不同；同一波长的多脉冲激光辐照时，损伤阈值低于单脉冲辐照阈值；脉冲激光辐照对DLC 膜具有改性作用，受辐照薄膜区域表层发生了石墨化、剥落和气化效应， 致使DLC 膜表面出现了隆起和弹坑，隆起高度和弹坑深度与激光能量密度大小和脉冲个数有关。

本文提出了一种提取人脸图像的局部Gabor 相位特征，结合Fisher 线性判别式，通过特征融合进行人脸识别的方法。该方法首先利用Gabor 滤波良好的空间位置与方向选择特性，采用四个频率六个方向的Gabor 滤波器对图像进行滤波，然后根据Daugman 方法采用局部XOR 算子提取滤波图像的局部Gabor 相位特征，组成特征图像，最后通过Fisher 判别式对每个频率和方向下的特征图像进行降维，融合降维后的特征，采用最近邻分类器进行识别。该方法通过在两个数据库中的实验，证明了较主成分分析法，Fisher 线性判别式方法以及Gabor 幅值特征融合识别方法更好的识别性能。

为满足人机交互系统中手势识别与理解的需要，提出一种快速、鲁棒的手势分割与指尖检测方法。手势分割通过肤色阈值分割、链码轮廓搜寻、自适应的边缘拟合三个步骤完成，可实现手势由粗到细的逐步精确分割。在手势分割基础上再通过手轮廓边缘的几何特征制定指尖检测算法，可实现多个手指的快速精确检测。实验结果表明，系统方法可行，在各种复杂背景、不同手指指向和运动速度下均能实现快速准确的手势分割和指尖检测，可为下一步人机交互系统中的手势识别和理解打下良好的基础。

针对复杂场景中目标受光照、自身形变、遮挡等影响，本文以混沌粒子滤波为框架，建立多特征似然模型，进行目标遮挡处理，提出了一种鲁棒性好且抗遮挡性强的混沌粒子滤波跟踪算法。本算法中利用混沌优化搜索优化粒子，很好的克服了退化现象，减少了计算量，在多特征似然模型建立中，对特征选择做了改进，使算法鲁棒性更好，并在算法中添加了遮挡处理。理论数据及实际场景的仿真结果表明，本文提出的算法鲁棒性好且具有较强的抗遮挡能力。

偏振特性是光与物质相互作用所表现的重要特性之一，与物质的性质密切相关。空间目标偏振特性可能会因为特定空间目标组成材料和空间目标轨道不同而存在差异，因此为空间目标的探测和识别提供了科学依据。本文通过空间目标材料以及典型空间目标模型的多角度偏振成像特性试验测量，分析了空间目标偏振特性及其变化机理。结果表明，空间目标表面材料的偏振特性对于目标的识别具有很重要的作用，太阳能电池板的姿态对卫星的偏振特性影响尤为明显。本文研究可以为空间目标光学偏振探测与识别提供应用基础研究支持。

由于卫星表面热控涂层在空间恶劣环境下发生性能退化，导致实际参数与设计参数发生偏差，而重复计算卫星温度场和红外辐射耗时非常大。本文首先根据地面模拟实验数据建立了热控涂层性能退化模型，然后在卫星温度场和表面红外辐射计算模型的基础上，推导了卫星表面节点温度灵敏度和红外辐射灵敏度的计算公式。结合具体的卫星模型和轨道参数，求解了卫星表面节点温度灵敏度和红外辐射灵敏度。结果表明，热控涂层性能退化造成的卫星红外辐射特性变化，可直接利用卫星红外辐射灵敏度来分析，避免了卫星温度场和空间红外辐射的重复计算。

环境温度动态变化时，物镜系统内部出现的温度梯度会导致镜片的折射率、厚度、曲率半径等参数出现非均匀变化，从而造成像质的下降。通过采用合理的温控方案，可以有效地减小物镜温度梯度以改善像质。本文利用光机热集成分析方法，针对一套完整航空相机物镜系统给定的动态温度环境，仿真了航空相机在飞机升空过程中物镜的温度场分布，并据此设计了温度控制方案，提取了相应的物镜面形。利用物镜面形的Zernike 系数，得到了物镜系统的MTF 以实现动态温度条件下的像质评价。结果表明，设计的温控方案可以有效地减小物镜系统径向和轴向的温度梯度，从而改善物镜性能以满足高分辨成像的要求。

本文所分析的空间相机视场角比较大，引进的杂散光较难消除，故对遮光罩的设计提出了挑战。本文以点源透射比作为评价方法，以空间相机探测到的目标亮度为标准，计算出相机需要达到的杂散光抑制指标。以此指标为基础，根据空间相机自身的特性及遮光罩设计原则，设计出一个三段式二级遮光罩。在光学软件TracePro中对加上遮光罩的相机系统进行建模和仿真，由得出的点源透射比曲线证明设计的遮光罩能成功地抑制杂散光，可以满足空间相机的使用要求。

研究散射角对相关光谱法纳米颗粒测量的影响，对相关光谱法纳米颗粒实验系统进行改造，实现不同的散射角下纳米颗粒的相关光谱法测量。实验采用30 nm 和200 nm 的混合颗粒群，按不同比例进行混合，在90°和165°散射角对混合颗粒群进行测量，并对此实验结果进行了理论分析，结果表明，在对单一颗粒群进行测量时，在两个角度都能实现颗粒的准确测量，而在混合颗粒群测量时，测量结果受两种颗粒群混合比影响，而165°散射角具有更好的测量结果，因此在对混合纳米颗粒群进行测量时，采用大的散射角有助于颗粒的反演。

针对在以太阳散射光为光源的被动差分吸收光谱(DOAS)系统中，由于Ring 效应的影响，而导致被动DOAS的解析误差。根据Ring 效应的产生机理，本文提出把散射光分为弹性散射与非弹性散射两部分，导出Ring 光谱的计算公式。利用该公式提取Ring 效应吸收光谱，并把其和痕量气体一道参与拟合，去除Ring 效应的影响。实验结果表明该方法有效地去除了Ring 效应的影响，提高了被动DOAS 技术反演精度，进一步促进了该技术的发展与应用。

脉冲法是可同时测量LED 结温和热容的新方法，该法先给被测LED 注入幅度与额定电流相等的方波电流脉冲，再分别测量该LED 在不同结温下的正向电压，获得正向电压与结温的敏感度系数，结合测量额定电流下的正向结电压就可得该LED 的结温，最后利用结温变化与单个脉冲的热量输入可计算出热容。文章重点研究了脉宽对结温测量精度的影响以及脉冲法测量LED 热容的方法，设计了脉冲法测量装置。研究表明：要使脉冲电流对结温的测量影响小于1℃，脉宽应控制在几个到十几个μs 数量级上；脉冲法与热学积分周期法测出的热容基本吻合。

Zernike 多项式系数的求解问题是一个典型的离散不适定问题，最小二乘法、格拉姆-斯密特正交化法和Householder 变换法均无法求得稳定的数值解。本文对导致该问题解的不稳定性的原因进行了分析，并采用Tikhonov 正则化法对Zernike 多项式系数进行求解，利用L 曲线准则确定了正则参数。数值仿真结果表明，Tikhonov正则化法有效的保证了解的稳定性，利用该方法得到的拟合面形很好的反映了面形的真实情况。

抛光是光学加工中获得超精密表面的主要手段。为明确抛光垫特征对平面光学元件抛光面形的影响规律，分析了抛光垫与工件之间的界面接触形式，并建立接触力学分析模型，运用有限元方法分析了工件与抛光垫之间的接触压力分布情况，获得了抛光垫厚度及表面球半径等特征对抛光压力分布的影响规律。基于理论分析结果，提出了一种新的平面抛光面形控制技术。在实验中对一块尺寸为430 mm×430 mm×60 mm 的熔石英元件进行了加工，通过将抛光垫表面修整为微凸面，同时对抛光转速比进行精确控制，实现了工件面形精度的快速收敛。

利用多极法结合耦合模理论对一种基于结构性改变的光子晶体光纤光栅进行了研究，建立了其结构模型，理论分析了此种成栅工艺原理。计算了七层三角形对称排布空气孔包层有效折射率随波长变化情况，比较了不同光子晶体光纤结构成栅效果的差异。研究结果表明，光子晶体光纤包层中空气孔周期性塌缩可以形成光栅，空气孔排布层数、空气孔占空比、空气孔塌缩层数和塌缩程度等参数对光子晶体光纤光栅的传输特性有重要影响，得出了谐振波长和谐振带宽与上述参数之间的变化关系，并给出这种变化关系的解释。

在光纤水听器时分复用系统中，需要设计高增益，大带宽的信号检测电路。为了减小系统的噪声同时抑制通道间串扰，必须选择合适的电路带宽。本文分析了待检测信号带宽与脉冲形状的关系，以及电路串扰率与电路带宽、脉冲宽度、通道间延时的关系，给出了电路串扰率的解析表达式，得到了电路串扰带来的解调信号误差的表达式，分析表明电路串扰导致的解调信号误差的幅度与电路串扰率成正比，与前一通道施加的声信号的幅度的贝塞尔函数成正比，最后给出了与理论分析相符的实验结果。

给出了机械臂刚体运动螺旋极小模方程的解系，并将结果应用于一种特定约束解的求解问题。结果表明，利用极小模方程的解系不仅可以使该特定约束问题的求解十分简单，甚至可以应用与其它约束条件的求解。

研究了铒离子掺杂浓度对掺铒光纤光源的泵浦效率和波长稳定性的影响。在设计好的单程后向光源中采用5 种不同类型的光纤分别进行了实验，通过比较采用不同光纤时掺铒光纤光源的输出特性发现掺铒光纤光源的泵浦效率随铒离子浓度增大而先增大；铒离子浓度过高时存在群聚效应，光源泵浦效率反而下降，群聚效应使泵浦效率下降了20%。泵浦阈值则随着铒离子浓度的增加从18.3 mW 增加到了32.4 mW。通过试验发现光纤优化长度依比例决定于掺铒光纤中的铒离子浓度，而泵浦波长与光源波长的关系却不受铒离子浓度影响。比较采用不同铒离子浓度光纤的光源的小范围温度特性，较低浓度的光纤温度稳定性好于高浓度的温度稳定性将近100 ppm。通过实验确定掺铒光纤中最适宜的铒离子浓度在110 mol 左右。

传统光栅扫描式光谱仪器由于机械结构的限制，无法达成高精度扫描和高速扫描的统一。本文针对电机直接驱动光栅的扫描结构，提出了一种采用激光、位置敏感探测器PSD 以及底面为正多边形的棱柱反射扫描镜的全新主动光电扫描反馈光栅角度位置的结构和方法，目的是在保证快速扫描的同时，利用主动光源经多面反射镜反射形成光斑在PSD 上的扫描，从而精确传感和反馈光栅的转动来确保波长扫描的精度。系统由步进电机直接带动光栅快速转动产生扫描光谱，由激光器、PSD 和多面反射扫描镜构成主动式光栅角位置反馈系统，对光栅转角进行高精度快速测定，保证系统的扫描精度和速度，初步实验取得了比较满意的结果。

限于常规波长定标的局限性，构建了高分辨率紫外?可见成像光谱仪波长定标装置。该系统主要由具有高稳定性的300 W 氙灯系统、前置施瓦兹型聚光镜、高光谱分辨力的中阶梯光栅单色仪以及后置光学系统组成。利用ZEMAX 光学设计软件，对该中阶梯光栅单色仪光学系统进行了优化设计。对设计结果进行了分析，设计结果表明，所设计的高分辨率紫外?可见成像光谱仪波长定标装置满足设计指标要求，扫描光谱范围270～500 nm，光谱分辨力小于0.05 nm，波长精度小于0.05 nm。

在分析成像型绝对式轴角编码器工作原理的基础上，设计了用于成像型绝对式轴角编码器的角度读取算法。在论文中，从图像预处理和角度检测两个方面详细阐述了算法的具体实现。首先，对码盘图像实施灰度化、平滑和二值化等预处理以获得合适的二值化信号；然后，分别沿码盘的径向和切向读取粗码和细分码，并由它们构成最终的角度值。最后，用实验验证了成像型绝对式轴角编码器算法的可行性和正确性。