利用凝胶注模成型工艺制备了1.5 m量级轻型碳化硅(SiC)陶瓷素坯。研究了颗粒级配、固相含量、混料时间对碳化硅浆料性能的影响。测试了SiC脱脂素坯的显微结构、力学性能和最终烧结体的机械性能和热学性能。结果表明：在最佳分散条件下，通过合理的颗粒级配，成功制备得到了固相含量高达65%，流动性良好的SiC陶瓷浆料。另外，随着固相含量的增加，SiC陶瓷浆料黏度急剧增大；随着混料时间的延长，浆料黏度出现先降低后升高的现象。将制备得到的浆料注入模具后，得到了1.5 m量级的SiC陶瓷素坯，脱脂后的素坯内部结构均匀抗弯强度为24.6 MPa。

针对基于非线性偏振旋转(NPR)原理的被动锁模光纤激光器稳定性差和不能自行进入锁模状态的问题，本文设计了自动锁模电路,用于对激光器进行实时调控以获得稳定的锁模输出。该项设计利用高速光电探测器(PD)将NPR被动锁模光纤激光器输出的光信号转化为电脉冲信号，经过线性放大、整形处理后输出至单片机进行计数；单片机根据快速锁模判定算法判断该激光器的输出状态，并自动反馈调节加装在光纤激光器上的电控偏振控制器(PC)，从而实现激光器的锁模稳定状态输出。实验结果表明，对于重复频率为6.238 MHz的NPR被动锁模激光器，自动锁模电路能够在6 ms内检测到失锁状态，在最长10.24 s内自动搜索达到稳定锁模工作状态。对于重复频率在16 MHz以下的NPR被动锁模激光器，自动锁模电路都能够快速地实现自行启动或将启动后因故失锁的状态调节回锁模状态，达到预先的设计要求，具有结构简单、成本低、功耗低及性能稳定等优点。

为了提高线偏振相移干涉检测的精度，分析了参考光和测试光的偏振方向正交性对该项检测技术的影响。分析了线偏振相移干涉的原理，提出偏振非正交引起的检测误差与波像差有关，且检测误差峰谷值与测试光和参考光振幅之比以及偏振非正交量成正比。讨论了偏振非正交产生的原因，认为测试光在被检元件表面的折射或者反射都有可能引起偏振非正交。针对不同被检元件，给出了减少偏振非正交的几种方法，包括合理镀膜、选择合理入射角偏振方向等。通过Skip-Flat检测对理论分析进行了验证。结果显示，对于入射角为45°的检测光路，偏振正交性引入的检测误差呈现与条纹一致的分布，峰谷值为0.174 1λ，这与理论分析相吻合。文章指出，进行偏振相移干涉检测时，需要针对不同的被检元件进行分析，以确保偏振非正交产生的检测误差能够满足技术要求。

实验研究了轴向色差测试技术用于动态损伤样品截面形貌测量的可行性，对材料动态损伤的损伤程度进行了高精度的表征与量化。首先，采用基于白光轴向色差的表面轮廓测试技术，对动态冲击实验"软回收"得到的样品截面进行测量；然后，对测试数据进行重构，获得了样品截面二维图像和表面三维轮廓形貌。最后，针对该测试方法获得的数据建立了损伤计算方法,并利用该方法计算了材料的损伤量。结果表明：该技术能对样品截面进行大范围连续测量(6.9 mm×9.999 mm)，获得样品截面清晰的三维形貌，并且将损伤度曲线的分辨率提高到3 m。得到的结果显示：基于白光轴向色差的测试技术能实现材料动态损伤的大范围、高精度连续测量，测试工作量小，计算损伤的方法简单，能有效地提高损伤度曲线的分辨率。

提出了一种数控化学机械抛光技术以实现非球面碳化硅表面硅改性层的高效精密抛光并获得高质量非球面碳化硅反射镜。研究了非球面碳化硅表面硅改性层的化学机械抛光机理，阐述了表面改性非球面碳化硅反射镜的数控化学机械抛光原理。通过与普通数控抛光对比，说明了数控化学机械抛光的优势。通过数控化学机械抛光实验，研究了这种抛光方法的材料去除函数。最后，以材料去除函数的研究结果为依据，采用数控化学机械抛光技术对口径为120 mm表面改性非球面碳化硅反射镜进行抛光。经过几个抛光周期的迭代，表面改性非球面碳化硅反射镜的面形精度由0.253λ(RMS值)(λ=0.632 8 μm)收敛到0.014λ(RMS值)，反射镜的表面粗糙度达到0.538 7 nm (RMS值)，满足光学设计技术指标的要求。

对激光投影显示系统中形成散斑的光学系统进行了简化。采用理论与实验相结合的方式，用简化的光学系统分析了复合散斑的形成机理和有效表征方法。基于散斑对比度分析法，对影响复合散斑对比度的4个重要因素，即入射光束的光斑直径，散射片与屏幕之间的距离，屏幕上粗糙散斑颗粒和屏幕表面的精细散斑颗粒进行了系统实验分析，并通过实验数据确定了这些因素与复合散斑对比度的函数关系。基于统计分析，研究了复合散斑的构成成份，提出了粗糙散斑颗粒与精细散斑颗粒对复合散斑的贡献模型，并通过实验验证了其可行性。实验结果为有效抑制激光投影显示中的复合散斑提供了实验依据。

由于光刻投影物镜小比率模型光学系统的光学元件数量较多，用每个补偿量去补偿对应失调量的传统装调方法已不适用。本文利用灵敏度矩阵，通过找出偏心补偿量和倾斜补偿量的内在联系来缩小补偿量的选择范围。然后根据失调量敏感度的分析，提出了选择系统补偿量的方法。利用这个方法，选择4个补偿量便使补偿后的光学系统的成像质量满足设计指标要求，减少了光学系统的装调难度。最后，编写宏模块完成大量仿真计算，验证了敏感度分析的正确性。光学系统初装完成后，对系统进行了预装调。实验结果表明，补偿后系统波像差(RMS)由50.9 nm提高到25.9 nm，优于技术指标要求，证明了本文提出的补偿量选择方法的正确性和有效性。

考虑传统气测录井采用的气相色谱技术分析周期长，辅助设备多，且维修繁琐，本文以差分吸收光谱(DOAS)理论为基础，对石油勘探录井中烷烃气体的实时在线检测开展了系列研究。建立了以PC104为主控制单元的硬件平台，以MFC为框架，并结合最小二乘法、多项式拟合、多线程编程等技术的软件平台，自主研发了SLA-1型红外光谱录井分析仪。利用该仪器实现了光谱信息的采集、显示、保存，烷烃气体浓度的反演，以及串口的实时传输。对该分析仪进行标气的检测其误差小于3%。现场比对实验显示：该仪器运行稳定可靠，能实时反演出烷烃气体的浓度信息，满足录井行业的需求。

利用成像光谱仪图谱合一的特性，研制了一台用于临床诊断及术中导航定位的棱镜-光栅-棱镜式小型医用成像光谱仪。介绍了该成像光谱仪的设计原理，根据应用需求对其光学系统进行了分析，测试了光谱分辨率、谱线弯曲、色畸变等重要光学参数。结果显示，该光谱仪的实际光谱分辨率优于5 nm，满足应用需求。将该仪器与手术显微镜集成，进行了大鼠脑肿瘤在线诊断，获取了大鼠脑部胶质肿瘤的成像光谱数据。通过光谱数据分析，实现了脑肿瘤位置与大小的准确判断。该仪器具有光谱分辨率高、体积小、与手术显微镜有通用接口、可在手术中进行在线诊断等优点。

研究了Lu2Ti2O7薄膜的结构、制备和性能。以Si作为基体，采用溶胶凝胶法研究了各种因素：煅烧温度、保温时间、转速和涂层的数量等对薄膜质量包括表面均方根粗糙度等的影响，并在此基础上研究了薄膜的电学性能。研究表明：在650~1 050 ℃能够形成Lu2Ti2O7相，在750 ℃时能够获得Lu2TiO5含量较少的理想薄膜。研究同时表明：温度对表面均方根粗糙度影响相对较大。Lu2Ti2O7薄膜电学性能研究表明：保温时间有利于Lu2Ti2O7的低温相变和Lu2TiO5相的形成，但是对薄膜电学性能的影响相对较小。采用硝酸镥和二氧化钛作为前驱体，通过溶胶凝胶法可以制备致密的Lu2Ti2O7薄膜，该薄膜制备过程中有中间相Lu2TiO5产生，但该相可通过改变前驱体比例、延长保温时间或者提高煅烧温度来消除。

研究了基于氮化铝(AlN)薄膜的压电式风致振动微机电系统(MEMS)能量采集单元的制备工艺。采用脉冲直流磁控溅射的方法制备了具有(002)择优取向的AlN压电薄膜,并通过X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM)表征了AlN薄膜的性能。测试结果表明：种子层材料、气体流量比和衬底温度等对AlN薄膜晶体取向及薄膜性能有重要影响。制备的具有(002)择优取向的AlN薄膜的衍射强度达到105count, 半高宽为2.7°。对硅基AlN风致振动MEMS能量采集单元加工工艺流程进行优化，制备出了风致振动能量采集系统原理样机。风洞实验表明，在15.9 m/s的风载荷作用下，MEMS能量采集单元的最大输出功率为1.6 μW。该工艺亦可用于其他硅基AlN薄膜MEMS器件的制备。

研制了反射式光电编码器。介绍了光栅自成像原理，完善了高密度基准光栅的制作工艺，研制完成了32768刻线对光栅和高集成度光电读数头，最后制成了反射式高精度光电编码器。该编码器采用多参考点编码方式，加快和简化了确定基准零点的操作，初始化转动最大5.625°即可确定基准零点。采用自准直光管和23面棱体检测了编码器的测角精度，其单边读数头均方根误差为1.11″，对径双读数头均方根误差为0.75″；反射式读数使光栅与读数头间隙提高10倍达到2.0 mm。结果表明，研制成功的高精度反射式光电编码器结构简单，反射式读数头光电信号质量较高。该编码器为高精度测角应用提供了一种新的解决方案。

由于现有摆式陀螺寻北仪对初始架设方位要求严格，难以实现全方位的快速寻北，本文提出了一种复合式全方位快速寻北方案。研究了该方案涉及的摆式陀螺大偏北角运动规律、全方位的快速预定向和小偏北角的快速粗寻北和精寻北。根据刚体动力学原理建立了摆式陀螺大偏北角运动方程，运用数值分析和曲线拟合方法求得方程的近似解析解。依据上述运动规律，分析了1/2周期和1/4周期全方位步进预定向的寻北时间和寻北效果，并对寻北策略进行了优化。在分析曲线拟合快速粗寻北和步进快速限幅法的基础上，提出了一种快速步进粗寻北限幅方法。最后，结合上述方法和光电积分法，提出了一种复合式全方位快速寻北方案。仿真结果表明：优化后的步进策略可以在190 s内将陀螺主轴步进到真北± 300′以内；快速步进粗寻北限幅法可以在95 s内完成小偏北角粗寻北和限幅；复合式寻北总时间不超过11 min。结果显示该寻北方案有效克服了对初始架设方位的限制，为摆式陀螺全方位快速高精度寻北提供了理论支撑和实践依据

为了计算斜梁型电热微致动器的输出位移，基于电-热分析和热平衡原理建立了电热微致动器的电热耦合稳态传热方程。对热-结构进行了分析，运用力法原理建立了微致动器的位移计算模型。然后,用有限元法和实际测试对比验证了温度分布和输出位移的理论值，得到了一致性很好的结果。最后，分析了微致动器输出位移的保持性和重复性，以及结构参数和工艺对微致动器输出位移的影响。分析表明：斜梁的长宽比和倾角是影响微致动器输出位移的主要参数，工艺对输出位移有影响。实验结果表明：9 V和18 V电压下，微致动器的最大位移分别为0.85 μm和2.3 μm，与理论计算结果相对误差为2.2%和12.8%，实测值与理论值误差较小，表明本文推导的斜梁型电热微致动器的输出位移计算公式合理，能够为该类微致动器的设计和计算提供理论依据。

由于微纳米几何量计量很难以三维方式高精度地测量较大尺寸的器件，本文基于非硅MEMS工艺，开发了一种可用于微纳米尺度三维尺寸测量的电容式微触觉测头。利用电容频率测量法实现了微弱电容信号的采集。采用宏微结合驱动方式，设计了运动范围为25 mm×25 mm×10 mm，单轴12 μm范围内定位精度达1 nm的三维微位移平台。最后，对测头的测量范围、线性、迟滞及分辨力进行了测试。结果表明，测头的轴向测量范围为4.5 μm，横向测量范围大于5 μm，轴向分辨力优于10 nm，横向分辨力优于25 nm，线性较好。开发的测头结构简单、分辨力高、体积小、成本低，可集成到纳米测量定位平台(NMM)，完成具有大范围、亚微米或纳米级精度要求的测量任务。

尝试采用脉冲电晕放电作为离子迁移谱仪中的放射性离子源以简化离子迁移谱仪结构。研究了脉冲电晕放电的特性，测量了单次脉冲电晕放电产生的正离子数，以及正离子数与高压脉冲的关系，正离子数与电极间距的关系以及在不同针尖曲率半径下，正离子数随高压脉冲的变化。确定脉冲电晕放电离子源的各电极参数后，设计了脉冲电晕放电离子源及相应的离子迁移谱仪主体结构。最后，利用自行设计的离子迁移谱仪，探测了空气中反应物离子H+(H2O)n的迁移谱。结果显示：离子迁移谱的峰值对应时间为47.5 ms，峰值半高宽为7.5 ms，由此算出离子迁移谱仪的谱分辨率为6.33。实验验证了脉冲电晕放电作为离子迁移谱仪离子源的可行性。由于脉冲电晕放电结构极易采用微机电系统(MEMS)技术实现，其对应的迁移管和传统迁移管相比去除了离子门，简化了离子迁移谱仪的结构。

为了提高航炮安装的精度和效率，提出了一种基于激光跟踪仪的飞机航炮数字化测量方法，并给出了相应的构建测量精度场及计算安装偏差的策略。首先，将由公共点构建的现场坐标系作测量基准，采用航炮测量工装提取航炮实际瞄准轴线。然后, 根据机身参考点获取机身对称轴线，计算实际瞄准点位置及安装偏差， 并详细说明测量工装设计方案及靶标位置误差补偿方法。最后，利用误差椭球描述空间点的位置精度，建立航炮瞄准轴线的不确定度模型；通过不确定度分析得出工装标定误差及跟踪仪测量误差对测量结果的影响。实验结果显示，测量得到的安装偏差的重复性精度为±4.813 mm，瞄准点的位置精度约为±3 mm。结果表明了所提出的方法可以满足航炮安装速度、精度和实时现场测量的要求。

针对大口径光电经纬仪主镜的支撑结构对主镜面形精度的影响，对大口径光电经纬仪的Φ1 000 mm主镜的支撑结构进行了研究。分析了现有轴向和径向支撑结构的局限性，提出了适用于大口径主镜的新的轴向和径向支撑结构，并阐述了该支撑结构的工作原理和优势。利用有限元分析软件建立了主镜的参数化模型，优化了主镜轴向支撑点和径向支撑点的位置，并分析了主镜光轴在竖直和水平位置两个极限状态下的面形误差，计算得到了主镜在竖直状态下面形误差RMS值为2.52 nm；在水平状态下面形误差RMS值为4.33 nm。对主镜进行装调后，用光学干涉仪检测得到主镜光轴水平时面形精度RMS值为19.87 nm。仿真分析结果和实物检测结果都满足设计指标中面形误差RMS值小于λ/30的要求(λ=632.8 nm)，验证了轴向和径向支撑结构的可行性。

提出了一种基于微机械陀螺仪测控电路进行温度补偿的方法。介绍了本课题组自主研发的SHH17#陀螺结构，分析了温度变化对陀螺的影响，并对驱动和检测模态的谐振频率，品质因数以及标度因数和零偏进行了测试。分析了陀螺结构的动力学方程以及测控电路，指出了标度因数与驱动幅度和检测回路增益成正比，与两模态频差成反比。以热敏电阻为补偿元件在检测次级放大器中补偿标度因数，然后以直流叠加的方法在低通滤波器模块对零偏的温度系数和输出值进行了补偿，并介绍了补偿参数的配置方法。实验显示，经过温度补偿，标度因数和零偏的温度系数分别由393×10-6·℃-1和75(°)·h-1·℃-1减小到了73×10-6·℃-1和20(°)·h-1·℃-1，补偿后0 ℃零偏值由89.59 mV减小到7.33 mV，标度因数和零偏的温度系数分别减小了80%和73%。得到的结果证明了补偿方法的正确性和可行性。

为了控制微米/纳米复合结构逆转变奥氏体组织，研究了冷变形及退火工艺参数对316L奥氏体不锈钢逆转变组织和力学性能的影响。首先，对样品进行冷变形；然后，对不同变形量的样品进行退火处理。利用光学显微镜和扫描电镜以不同尺度对样品进行组织观察，通过X射线衍射、磁性测量进行组成相分析，利用维式硬度和单向拉伸试验对样品进行力学性能测试。结果表明：冷变形量为90%时，钢中应变诱导马氏体含量接近71.72%，硬度由原始试样的193.10 Hv增加到475.77 Hv；在820~870 ℃保温60 s，退火后可以获得微米/纳米复合结构组织，其中850 ℃退火后的样品其逆转变奥氏体组织的百分含量为100%，粒径≤500 nm的晶粒占29.6%，粒径>0.5 μm的约占70.4%，其抗拉强度可达959.24 MPa，延伸率为44.6%，强塑性结合好于原始试样。

为了提高机载光电测量设备定位精度，搭建了机载光电测量设备目标自主定位系统。利用齐次坐标转换的方法，构建了机载测量系统跟踪目标时的目标定位方程和定位误差方程，并利用蒙特卡洛法分析目标自主定位误差。引入小波分析理论对定位误差进行优化以提高目标自主定位精度。对实验数据和飞行实测数据进行了分析，结果显示，采用小波分析理论优化目标自主定位误差可以大幅提高目标自主定位精度，提高幅度达到70%，得到的结果验证了目标自主定位技术的可行性和优越性。文中的分析方法和内容同样也适用于地面跟踪测量平台和舰载跟踪测量设备。

微流控设计技术对于提高微流控设计效率，降低研发成本具有重要意义。微流控设计技术中的系统级建模与仿真是实现微流控快速设计、优化、验证的重要方法。本文首先对微流控设计 的原理和方法做了简要介绍。在此基础之上，重点论述了微流控系统级设计中的两种主要方法——节点分析法和等效电路法，对两种方法的建模与仿真理论进行了分析，并总结了两种方法近十年来在国内外的研究发展概况和最新进展。最后，分析总结了这两种方法的优缺点，并对微流控系统级设计技术进行了总结与展望，指出微流控系统级建模与仿真技术在解决大规模、复杂性、多功能微流控系统的设计方面有巨大的优势。

采用自增强技术与硅压阻效应研制了超高压力传感器，该传感器能够消除封装残余应力的影响并保证其在进行大量程压力测量时具有较高的灵敏度输出。该传感器的弹性元件为圆筒结构的高强度弹簧钢，敏感元件为平膜倒杯式硅压阻芯片。传感器工作时，超高压力作用在圆筒结构的金属弹性元件使其发生轴向位移，该位移量通过弹性元件顶端的传递杆施加到周边固支的硅压阻芯片上，使置于此处的4个电阻条阻值发生线性变化，从而输出与被测压力成正比的电压值。在研究弹性元件在1 000 MPa超高压力下的工作性能时，理论与仿真相结合研究了弹性元件的承载强度，确定采用自增强处理技术提高弹性元件的承载能力。最后，对封装好的传感器静态性能进行了标定实验。实验结果表明，该传感器能够承受1 000 MPa以上的工作压力,线性度为0.52%，满足工业领域的应用需求。

针对标准粒子群优化(PSO)算法容易陷入局部最优的缺点，提出了一种基于标准PSO算法的新算法。该算法通过引入新的更新函数和精英选择策略，可在保持较高收敛速度的同时，降低陷入局部最优的可能性。与标准PSO算法相比较，不仅扩大了搜索空间，并且复杂度也不高。研究结果证明该算法更容易引导，而且具有更高效的全局搜索能力，展示了较高的效率和鲁棒性。将该算法用于解决机器人路径规划问题并进行了仿真实验，结果显示，与传统的方法相比，新算法在机器人路径规划问题上能获得更加准确的路径，而且计算时间可以缩短15%， 比其他算法更有效。

考虑温度适应性是大口径反射镜组件设计过程中的重要因素，本文研究了温度影响空间相机大口径反射镜组件的机理，讨论了进行温度适应性分析与试验的必要性。结合其设计流程，总结了大口径反射镜组件温度适应性分析的方法。采用有限元方法，建立了研究对象的物理模型，进行了结构-热耦合的优化设计，确定了最终设计状态。对优化设计结果进行了在轨状态及地面检测状态的温度适应性分析。结果显示：在轨工作状态下的温度适应范围为±4 ℃，温差适应范围为X向5 ℃、Y向4 ℃、Z向7 ℃;地面检测试验状态温度适应范围为±3 ℃，温差适应范围为X向4 ℃、Y向3 ℃、Z向4 ℃。在实验室进行了组件均匀温变的温度适应性试验，并与相应分析结果进行对比，结果表明：±5 ℃内PV值误差优于4%，RMS值误差优于7%。

为了推动电活性聚合物(DEAP)的发电产业化，本文根据电活性聚合物材料的电致大应变特性，分析了该材料的应力应变及本构模型。在此基础上，分析电活性聚合物的有效工作区域，揭示电活性聚合物在静电场中机电耦合及能量转换的内部机理，并研究了该材料的发电机理。最后，仿真研究了能量转换效率与应力应变的关系。根据能量循环过程，提出了恒电荷能量收集模型。采用丹佛斯生产的硅树脂超弹性材料，构建了DEAP发电实验平台，采用仿真及实验研究验证了电活性聚合物发电机理。仿真结果表明：电活性聚合物工作在应变为25%，激励电压为1.3 kV时，能到达最大的能量密度，约为5.8 mJ/cm3。实验结果表明：应变越大，收集能量越大，与理论分析越吻合.

采用混合像元分解方法提取“黑土滩”信息以实现玛多县“黑土滩”的遥感识别。以Roberts提出的多端元混合像元分解(MESMA)模型为基础，分析玛多县的地物组成并提取端元；针对MESMA在本研究区应用存在的不足，优化了分解策略和机制，并利用改进后的MESMA，结合"黑土滩"的形成机制提取研究区的“黑土滩”信息。最后，采用实测数据对本文“黑土滩”识别结果进行精度验证，得到的精度为82.81%，较MESMA方法的71.09%有明显提高，说明改进后的MESMA可以有效识别“黑土滩”。利用本文方法得到玛多县“黑土滩”面积为1.592×103 km2，主要分布在玛多县北部。该方法在保证"黑土滩"提取精度的同时，效率较传统的目视解译方法有了明显改善。该方法亦适用于其他复杂环境地表组分信息的提取。

传统的压缩感知目标跟踪算法在光照变化剧烈、目标与背景存在一定相似性的情况下容易产生跟踪偏差，故本文提出了一种基于梯度方向直方图特征进行压缩感知跟踪方法。该方法用梯度方向直方图特征替换原来的广义类Haar特征进行压缩感知跟踪。首先，将梯度方向直方图作为原始特征，并利用压缩感知理论得到稀疏表示的特征子空间；然后，在后续帧中用朴素贝叶斯分类器进行目标位置的搜索；最后，对分类器进行在线更新。由于梯度特征能更稳定地表示目标，所以这种跟踪方法具有更好的鲁棒性；另外在计算时采用了积分直方图技术，有效克服了计算量大的问题。对不同视频的实验结果表明，该方法在实验环境Intel Core2 2.93 GHz，matlab R2010a，图像大小320×240下，跟踪速率可达到10 frame/s。在目标姿态、环境光照变化剧烈，背景中存在与目标有一定相似性的物体等情况下跟踪准确。

针对现有车牌识别方法中车牌二值化和车牌字符识别效率不高的问题，提出一种基于分形维数和隐马尔科夫特征的车牌识别算法。该方法基于分形维数和隐马尔科夫特征并利用联合OC_SVM和MC_SVM的方法进行车牌识别。实验中，基于分形维数进行车牌的二值化处理；利用隐马尔科夫特征办法进行字符特征提取，然后利用多重分类器进行字符识别。对字符、英文字母和阿拉伯数字分别进行了800幅、800幅和1600幅图像的识别，得到的结果显示该算法对字符、英文字母和阿拉伯数字的识别率分别为98%、98.5%和98.9%,对各种不同的车牌整体识别的平均识别率高于90.60%。该方法识别效率高、鲁棒性强，为车牌识别的准确性提供了保证。

提出了一种定量计算红外与可见光图像融合系统目标探测概率的方法，建立了该融合系统的目标探测概率计算模型。首先，研究了影响目标探测概率的主要因素:目标与背景的光谱对比度、红外与可见光探测器的特性、环境照度条件、融合图像质量、目标大小与距离。针对这些影响因素，分别构建了5个影响目标探测概率因素的数学模型。在此基础上，设计了基于红外与可见光图像融合系统的探测概率计算模型。最后，针对两组实际任务进行了实验。以第一组为例，其对于单一探测系统目标为树木的探测概率pvis为0.294 8，pIR为0.136 0，而采用不同算法的融合系统探测概率为0.414 2，远高于单一探测器的探测概率。得到的结果验证了融合系统的目标探测概率计算方法的有效性，证明了融合图像质量以及目标自身的光谱特性对融合系统目标探测概率起着重要作用。该模型实验结果符合人眼视觉特征。

在PID控制器稳定参数域的研究中，要求控制系统具有一定的稳定裕度，以便补偿被控对象模型的不确定性和PID控制器的参数漂移特性。本文扩展了传统稳定裕度(幅值裕度和相位裕度)的定义，定义了被控对象在PID控制下的4种稳定裕度。针对含有右半平面(RHP)极点和不含有RHP极点的两种被控对象，讨论了它们必然存在的稳定裕度。对于以这些稳定裕度作为性能指标约束的两类PID闭环控制系统，利用扩展Hurmite-Biehler定理给出了其PID稳定参数域的详细构建方法，并通过两个仿真实例对该方法进行了验证。结果表明，利用本文提出的方法可以得到满足稳定裕度条件的PID参数稳定域。

为解决传统的模拟时间内插法测量回波飞行时间时存在温度非线性及长死区时间的问题，提出了一种基于时间放大技术的时间电压转换器。讨论了电压转换器电路的设计和电容参数不同配置对转换器性能的影响。选用分立元件设计了一款时间电压转换器原型电路，搭建了电压转换器性能测试平台，并进行了性能测试实验。结果表明：提出的新型时间电压转换器能从原理上减小测试死区时间，消除时钟抖动、PVT(Process, Voltage and Temperature)参数变化对电路性能的影响。在有效输入范围内，微分非线性误差小于 0.45 LSB，积分非线性误差小于 0.6 LSB，满足高精度和实时测量回波飞行时间的需要。

针对无线传感器网络时间同步技术对采集时间数据依赖性强的问题，提出一种跨层服务优化时间同步机制。该技术首先对无线传感器网络链路层MAC层协议帧报头进行有效分片，利用区域划分技术重新定义网络覆盖范围。然后，对MAC层超帧结构进行调整，通过时隙退避算法解决网络中存在的隐藏节点问题。在完成MAC层优化后，在网内区域节点发送广播消息帧结构中加入时间戳，通过时间戳记录接收消息时间数据。最后，通过聚类技术对所有接收误差数据进行过滤，得到时间同步有效数据，进而补偿同步时钟漂移。仿真结果显示，在不同网络规模下与传统同步方案相比，该机制同步精度提高了8 μs，收敛时间降低了10%，能量消耗不到150 mW。上述结果表明，该技术在保证时间同步精度的同时，缩短了同步收敛时间，降低了网络能量消耗。

针对近景摄影测量中对编码标记点进行精确定位并对具有唯一编码值的编码标记点进行解码识别的要求，提出了一种环状编码标记点自动检测和识别算法。该算法首先对图像进行canny边缘检测，通过一系列限制条件和计算封闭轮廓质心来过滤噪声和非编码标记点。然后，采用最小二乘椭圆拟合进行编码标记点定位，结合椭圆拟合误差判断分割编码标记点轮廓并进行填充。最后，提出一种将局部同心椭圆变换为平行直线的ALPC (Affine LOG Polar Coordinate)变换，对分割出的编码标记点进行ALPC变换，利用变换后的图像特征进行解码。实验结果表明，利用本文算法对于编码标记点的定位可以达到亚像素级别；且当相机光轴与编码标记点法线夹角小于60°时平均识别准确率能达到98.8%，当夹角达到70°时识别准确率仍然能达到90.2%；在复杂背景下的识别准确率能够达到96.46%。

构建了一种发光二极管(LED)显示屏灰度等级调制模型以实现其灰度调制并获取优选扫描时钟。根据脉宽调制的特点，将灰度调制过程分为基本灰度等级调制和扩充灰度等级调制来构建灰度等级的调制模型。通过分析模型各参数关系，提出一种优选扫描时钟的选取方法和扫描时钟富裕系数的概念，并在此基础上总结了LED显示屏显示控制优化途径。最后，通过硬件平台验证并实现了该灰度等级模型。实验结果表明：对于4扫的LED显示屏，选取最小响应脉宽小于等于40 ns的驱动芯片可使刷新率为300 Hz、移存长度为128个像素点、灰度等级为14 bit的优选扫描时钟为10 MHz，同时其亮度利用率达到90%，最大扫描时钟富裕系数达到3.5。采用该模型实现灰度等级调制，可以满足LED显示屏的显示要求，可应用于实际工程项目。

人眼定位采用的传统投影算法对人脸边缘、表情及光照适应性差，易受眉毛、刘海及皱纹的干扰，故本文提出了一种应用自适应图像分割与曲线融合(AISCB)的人眼定位算法。首先,分析了眼睛灰度分布的特殊性，利用特定梯度算子及形态学膨胀元素的方向选择性定义了一种自适应图像分割方法，用于克服边缘及光照干扰；其次，借鉴混合积分投影思想，利用人眼灰度变化和灰度均值双重特点，给出了自适应权值投影曲线融合方法来增强算法的鲁棒性；最后，通过分析融合后曲线特点，分别实现了人眼区域的划分及眼睛精确定位。基于YaleB和JAFFE人脸库的实验表明，评价标准为derr<0.25时，该算法的平均定位正确率达到98.92%。表明AISCB算法对复杂光照及人脸边缘等适应性强，对眉毛、刘海及睫毛等头部部位不敏感，鲁棒性强。

提出一种新的多尺度改进加速鲁棒特征(SURF)分块特征匹配算法，定义为Modified-SURF(M-SURF)。此方法在运用图像积分技术的SURF基础上进行分块特征匹配，使计算速度进一步加快；同时使用了基于二阶多尺度模板生成的特征描述子，提高了特征点匹配的鲁棒性。文中首先推导了M-SURF算法二阶多尺度模板公式；然后，介绍了分块匹配的方法，解决了匹配计算速度与精度不能兼得的矛盾，通过实验获得了分块模板的最佳参数；最后，采用欧氏空间最近距离比次近距离的方法衡量匹配的优劣度，利用LMedS方法剔除误匹配点，使匹配精度有较大的提高。对多组图像进行了匹配实验，结果表明：与SURF和尺度不变特征变换(SIFT)算法比较，M-SURF的计算速度提高了28％，匹配精度提高了3％。该算法能够很好地实现特征点的正确匹配，具有很高的使用价值。

针对传统的基于反锐化掩模法的红外图像增强方法噪声干扰较高且有光晕现象，提出了基于广义线性运算和双边滤波(BF)的红外图像增强方法。首先，通过双边滤波得到图像的基础层部分。接着，设计了广义线性运算模型，并在这个运算模型下对图像细节进行了非线性分割、去噪和自适应放大。最后，将经过动态范围压缩的图像基础层和自适应增强的图像细节层非线性叠加，得到最后的增强图像。另外，针对传统评价增强图像质量的平均对比度指标的缺点，提出了由局部到整体的改进平均对比度评估方法。3组对比实验观察和定量分析表明，本文提出的方法在对红外图像有效动态范围压缩和细节放大的同时，很好地抑制了红外图像的干扰噪声和光晕现象，得到的结果非常适用于实际红外热像仪的后端图像处理。

考虑对脑血管进行三维分割具有一定难度，提出了一种基于全局LBF (Local Binary Fitting)水平集模型的脑血管层次化粗分割方法。首先，应用定向加权中值(DWM)滤波和各向异性扩散滤波去除脑图像噪声，同时保存血管边缘信息，在多尺度条件下局部梯度最大(LIGM)算法，应用灰度和梯度信息提取备选血管，基本实现脑灰质去除。然后，改进全局信息LBF水平集算法实现最大强度投影(MIP)图像分割，采用形态信息提取备选血管，剔除干扰组织。最后，融合两种方法实现脑血管粗提取。实验表明，层次化的分割方法可去除大部分不相关脑组织，包含直接双高斯统计模型中的所有分割血管信息。本项研究基于时飞磁共振血管造影(TOF_MRA)数据，相关研究结果可扩展到其它相似系统中。

针对复杂的列车横向模型，设计了半主动悬挂变论域模糊控制器。介绍了变论域模糊控制的基本原理，推广了它的收敛条件，并证明其适用于列车横向悬挂系统。给出了17自由度的列车动力学模型，利用Simulink软件建立了列车横向模型。最后，以列车横向速度和加速度作为模糊控制器的输入变量，以阻尼器电流作为模糊控制器的输出变量，设计了潜遗传变论域模糊控制器，并进行了仿真实验。根据实验结果计算了列车横向加速度的最大值、均方根值和功率谱密度最大值，并对变论域模糊控制、普通的模糊控制和被动悬挂进行了对比。仿真结果表明：变论域模糊控制降低了列车横向加速度最大值、均方根值和功率谱密度最大值，控制结果好于普通的模糊控制和被动悬挂。

为实现通信保障航天器的大范围轨道机动，提出了融合遗传和蚁群算法的通信保障航天器机动路径规划方法。首先，建立了空间飞行器的轨道运动模型，在此基础上研究了遗传算法和蚁群算法的融合策略，利用遗传算法在初期的快速收敛性以及蚁群算法在后期的高效性，分别设计了融合算法中的遗传算法和蚁群算法，并给出融合算法的运行过程。最后，对本文提出的路径规划进行了仿真验证。结果表明：融合算法完成100次迭代后，目标函数即可达到稳定区间；安全路径平均长度为4.055 3×104 m。结果验证了基于遗传-蚁群融合算法的机动轨道规划具有更快的收敛速度，能够在更短的时间内规划出到达故障航天器的飞行路径，显著提高了规划效率。