为了获取更快的偏振成像探测速率，本文对现有的机械旋转式偏振成像装置进行了改进，设计了连续旋转检偏器的成像方式，并改进图像处理过程，进一步提高了偏振成像速度。该装置克服了传统机械旋转式偏振成像装置体积大、成像速度慢、效率低的不足，利用电机带动检偏器快速匀速旋转，并与相机的曝光同步，能够快速便捷地实现偏振图像的获取。同时为了实现更高的偏振图像采集速率，对偏振图像采用了流水线式的处理方式，利用每相邻的3幅强度图解算得到偏振图像，使偏振图像与强度图像具有相同的成像速率。经过测试，该装置能够很好地完成偏振图像的采集，获取被测目标的偏振度和偏振角，在稳定工作状态下平均获取一幅偏振信息耗时0.033 s，且具有较好的工作稳定性。本文所做工作提升了机械旋转式偏振成像仪的工作效率，也为进一步提升机械式偏振成像仪的成像速度、实现对运动目标探测打下了基础。

扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分，其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中，这两者相互制约。针对这一情况，提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质，将声光可调滤波器（AOTF）和法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽，FFP-TF与之相反，经同步匹配设置后，两者协调工作，能够发挥各自的优势。通过搭建系统，获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出，其光谱是1 235~1 380 nm，调谐范围是145 nm，瞬时线宽小于0.02 nm，扫频速度为1.35 kHz，输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷，实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一，对成像综合性能的优化具有重要意义。

本文主要设计一种新型的可用于机载的紫外-可见-近红外高光谱成像系统，从而为沿海水色环境与污染观测提供一种有效的观测仪器。首先,根据探测目标特点确定了仪器系统的性能设计参数，选择了Dyson成像光谱系统来满足系统在宽谱段上的高信噪比和高光学性能; 但Dyson成像光谱系统的结构过于紧凑，因此对Dyson成像光谱系统进行了研究，调整了狭缝、像面和光学元件的位置，使它们在轴向和垂直轴向上均具备足够的间隔，并在这种大空气间隔下分析了系统的完善消像差条件。通过光程分析和弯月透镜的加入，使改进型Dyson系统在0.278的数值孔径和320~1 000 nm的宽波段上具备良好的成像结果，全视场全波段MTF值在探测器奈奎斯特频率下(38.5 lp/mm)高于0.5，研制原理样机的光谱分辨率为3.375 nm，满足设计要求。该系统可为沿海水色环境的高光谱观测提供良好的工程应用基础。

消光比和探测器噪声是决定纳米线栅偏振成像偏振精度的两个重要参数。为解决两参数在系统优化时的取值问题,本文建立了两参数与偏振噪声的数学模型，采用像元组接收光电子数作为衡量探测器噪声与系统偏振噪声的桥梁量化了两者关系。仿真分析比较了两参数在入射光偏振态变化时对偏振噪声的作用。然后搭建消光比和曝光时间可调的偏振成像系统精度实验平台，验证该数学模型和仿真结果。仿真与实验共同表明，系统消光比大于20后，通过提高像元组接收的光电子数以抑制探测器噪声要比继续提升消光比对提高系统偏振精度的贡献大。

为解决传统胶封传感器普遍存在的蠕变、老化问题,本文提出基于一步超声法的光纤光栅表面金属化封装方法。在相同条件下分别对有聚酰亚胺涂覆层和无涂层的两种FBG进行金属化封装，研究了封装后FBG传感器的光谱、热学和力学特性，并利用扫描电子显微镜对其横截面的微观形貌进行了表征。结果表明: 封装后有涂覆层FBG的反射光谱无明显畸变、边模抑制比大于10 dB，温度灵敏系数达34.63 pm/℃，应变灵敏系数为1.18 pm/με，应变传递效率达98.5 %，线性度达0.999，均优于无涂层的FBG传感器。当温度从14.2 ℃突变到80 ℃经过多次冲击试验，发现金属化封装无涂层的FBG的温度增敏结构被破坏，而有涂层的FBG传感器仍保持优异的温度响应特性。SEM图显示，金属合金与有无涂覆层的光纤和金属基底都结合致密。该方法无需对光纤进行表面金属化预处理，操作简单易行，在恶劣环境、超长服役时间的光纤传感应用领域中具有重要的价值。

同步辐射光束线上存在的碳污染是影响光束线特别是软X光束线传输效率的重要原因,污染的生成与镜箱腔壁上存在有少量的油有关。为了获得更加洁净的真空室，通过辉光放电对镜箱真空室壁进行清洗，力争从源头上减少光学元件碳污染的产生。设计并搭建了一套应用在同步辐射光束线镜箱上的辉光放电清洗系统，并研究了装置在不同真空度下辉光的伏安特性。利用四极质谱对辉光放电前后及过程中镜箱内的残气进行分析。研究得出，真空室表面残留油分子的初步裂解产物主要是分子量为69的粒子。通过辉光放电清洗，真空室内残存的微量油大分子的（分子量为39,41,43,55,57,69,71）减少幅度达到50%。辉光放电清洗对真空腔体内表面油分子有明显的去除效果。本文研究的内容对于减少光束线站特别是软X射线光束线上碳污染具有重要意义。

极紫外(EUV)宽带多层膜的光谱性能对膜厚控制精度要求较高，仅由时间控制膜厚的镀膜系统难以满足其精度控制要求。本文提出了基于进化算法的宽带EUV多层膜离散化膜系设计方法，与传统膜系设计相比，离散化膜系所制备多层膜具有更为优良的EUV反射光谱性能。为验证离散化膜系设计在宽带EUV多层膜研制中的优越性，采用磁控溅射方法对具有离散化膜系的宽带多层膜反射镜进行了制备和测试。测试结果表明: 研制的宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°~17°，高于41%的反射率; 研制的堆栈宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°~18.5°，高于35%的反射率; 研制的宽光谱多层膜反射镜可实现波长带宽为12.9~14.9 nm，高于21%的反射率。

Yb∶LuScO3晶体作为固体激光器的新型增益介质，其面形和表面质量严重影响激光器的光束质量，因此探索Yb∶LuScO3晶体的超精度光学加工工艺参数具有重要意义。本文系统开展了Yb∶LuScO3晶体超精密光学加工的工艺参数研究,针对Yb∶LuScO3晶体在加工过程中容易破裂和表面质量较差的问题，提出了拼接上盘和树脂铜盘抛光垫的关键技术。首先，使用COMSOL Multiphysics有限元软件对拼接工艺中选取的不同保护垫料的应力进行仿真。接着，研磨阶段逐步减小B4C磨料的粒径。然后，粗糙阶段使用树脂铜盘作为抛光垫，并对树脂铜盘抛光垫的作用进行了分析。最后，使用激光二极管泵浦加工好的样品进行激光输出实验。实验结果表明: 基于该技术加工后的晶体表面粗糙度RMS=0.296 nm，面形精度 PV=53 nm。在1 086 nm处获得了8.3 W的连续激光输出，斜效率为58%。该加工方法可以广泛应用于Yb∶LuScO3晶体的高精度加工。

激光跟踪仪多边测量是大型高端装备制造现场溯源的重要手段，正确评定其不确定度是确保制造过程量值统一、结果可靠的关键。本文提出了一种准确、快速的激光跟踪仪多边测量的不确定度评定方法。从仪器误差、环境干扰及靶球制造误差等方面分析激光跟踪仪多边测量的不确定度来源。针对多边测量的输出量为多维向量的特点，重点研究基于多维不确定度传播律（GUM法）的不确定度合成方法，同步评定目标点坐标和跟踪仪站位的不确定度。最后，介绍了点到点长度的不确定度计算方法。实验表明: GUM法评定的不确定度结果与蒙特卡洛法（MCM法）的结果相比，坐标不确定度偏差小于0.000 2 mm，相关系数偏差小于0.01，满足数值容差，且GUM法用时仅为MCM法的0.08%; 点到点长度测试的En值均小于1。因此，基于GUM法评定激光跟踪仪多边测量的不确定度具有可行性及高效性，且评定结果正确、可靠。

精密柔索传动是一种通过主、从动轮之间有适当预紧的传动介质实现的摩擦挠性传动方式，具有轻质、高效、简洁等特点，在轻量化光电侦察吊舱等系统中得到了广泛的应用。张力是精密柔索传动系统的一项关键设计参数，可以有效调控传动特性。但是，由于空间结构尺寸所限，现有的张力测量方法难以进行精确测量。本文提出了一种改进型三点弯曲张力测量方法。建立了张力对传动特性的灵敏度关系，推导了基于抗弯刚度的张力测量修正模型。为了验证修正模型的有效性，将精密柔索传动单元下两种不同规格的传动柔索应用在三种不同跨距下，进行张力测试。实验结果表明，修正模型下的张力偏差均值大幅度减小，张力偏差能够缩小到5 N以内，满足柔索传动系统的张力测量精度要求。

针对机械臂全工作空间域位姿误差估算，提出了非参数化约束的运动学误差综合解算与动态估算方法。基于误差等效微分变量和多关节运动的连杆坐标系误差等效微分变换，构建了机械臂运动学动态非参数化约束的位姿误差模型。将多因素产生末端位姿误差归结为与关节转角变量有关的周期性动态函数变化，实现了机械臂综合误差的动态函数化描述。根据多连杆坐标系关节运动耦合规律，设计了多关节运动空间坐标系位姿在线解耦变换与补偿算法。全工作空间域验证实验中，误差估算值与测量值之间的位置坐标的最大绝对值偏差小于0.01 mm，姿态角的最大绝对值偏差小于0.03°。实验结果表明，该方法可提高机械臂全工作空间域位姿误差估算的精度与可靠性。

为了实现工件圆度误差的不确定度评定，对基于三坐标测量机的工件圆度轮廓数据的采样策略、圆度评定方法及不确定度评定方法进行研究。首先，根据工件圆度轮廓特征进行实验测量，获取不同工件的多个样本。接着，基于最小二乘法和微分进化优化算法对样本的圆度误差进行了误差评定。然后，在分析比较误差大小的基础上，说明了采用的采样策略和微分进化评定算法。最后，基于圆度误差评定结果运用了测量不确定度表示指南（GUM）和蒙特卡洛方法（MCM）进行不确定度评定。实验结果表明: 微分进化算法与最小二乘法相比均值差最大达到1.1 μm， MCM方法比GUM方法得到的标准不确定度均值小0.02 μm。合理的采样点数、微分进化算法及MCM不确定度评定方法可以得到更稳定可靠、精度高的评定结果。

为了分析可变截面节流器对空气静压轴承性能的影响，提出了变截面节流器的空气静压轴承模型，通过轴承承载表面弹性薄板的挠度变形实现节流器截面形状的动态变化。建立固体薄板变形和气体润滑的耦合偏微分方程，采用有限差分法和超松弛迭代法对耦合方程进行离散和数值求解。计算结果表明: 节流器的截面形状直接决定了数值计算过程中喷嘴系数的大小，与刚性节流器的空气静压轴承相比，变截面节流器的空气静压轴承刚度提高了15%,在较高承载力的情况下能够获得更大的刚度。实验测试结果和理论分析基本一致,变截面节流器的设计方法能够有效提高空气静压轴承的静特性。

为了实现对基因测序仪运动平台的高精度定位控制，建立了基因测序仪运动平台控制系统。对该系统所采用的数学建模、模型辨识、控制器设计、输入整形等方法进行研究。根据运动平台动力学方程和永磁同步直线电机电压-推力关系构建了运动平台数学模型，利用频域扫描法在实物实验的基础上辨识出运动平台的模型参数。最后，基于运动平台模型设计了双闭环控制器和前馈控制器组成的复合控制器来保证运动平台的稳定性和高精度，同时根据整个系统的主导极点设计了输入整形器以抑制运动平台的残余振荡。实验结果表明: 加入了输入整形的复合控制器将运动平台的稳态重复定位精度从±1.47 μm提高到±0.354 μm。较传统复合控制器，本文提出的方法能使基因测序仪运动平台更快进入可用重复定位精度范围，并基本满足基因测序仪采集图像时所需的稳定性强、精度高等要求。

为了明确由损耗导致航天器应用中的磁悬浮控制力矩陀螺温升问题，需要对损耗和温度分布进行分析计算。本文针对额定转速12 000 r/m，最大角动量200 N·m·s的单框架磁悬浮控制力矩陀螺，通过建立理论模型进行分析计算，得到了框架力矩电机、径向磁轴承、轴向磁轴承和转子高速电机的铁损以及铜损;对陀螺三维有限元模型进行了热场仿真分析，得到在各类损耗影响下的温度分布，并进行了热-结构耦合仿真分析。分析得到最大温度位于高速电机定子，最大温度是48.3 ℃;最后，进行了样机温升实验验证，检测温度最大值位于高速电机定子，最大值为51.8 ℃，与计算值误差为6.8%。通过温升检测实验验证了损耗计算和有限元热场分析。实验结论为整体结构优化提供了理论参考。

为了研究离心熔铸反射镜制造技术中热历史状态（成型温度及冷却速度）对成型效果的影响，采用有限元分析软件Abaqus对不同的成型温度及冷却速率进行仿真分析，确定成型温度为950 ℃、冷却速率为1 ℃/s时可以完成反射镜在模具中的充模和成型; 之后进行离心熔铸试验并对成型结果进行测量。在冷却速度大于1 ℃/s时，反射镜由于冷却后局部残余应力过大，导致其发生碎裂。同时通过对仿真结果、理论计算结果以及试验结果的分析对比，得到反射镜边缘的轴向高度与理论值相差10.12 mm，具有较大的面型误差，产生面型误差的原因是由于在高温成型冷却后反射镜体积收缩导致面型发生变化。

压电陶瓷作动器被广泛应用于精密定位和控制中，但其本身存在的非对称迟滞非线性特性，严重影响了系统的定位和控制精度。针对这一问题，提出了一种基于广义Bouc-Wen模型的非对称迟滞建模方法，并利用差分进化算法辨识模型参数; 基于所建的广义Bouc-Wen模型构建了其具有解析形式的迟滞逆模型，并设计了内模控制方案实现对压电陶瓷作动器的精密跟踪控制; 最后在压电陶瓷作动器实验平台，对所提出的建模和控制方案进行了实验验证。对压电陶瓷作动器的建模结果表明，系统建模误差均小于0.051 0，比经典Bouc-Wen模型的建模误差降低约21%～46%; 对100 Hz内幅值为20 μm的期望位移信号的控制实验结果表明，所提出的控制方法具有良好的实时跟踪性能和跟踪控制精度。对100 Hz期望信号的跟踪控制均方根误差为0.491 6 μm，相对误差为0.040 2 μm，可以很好地满足实际工程需要。

针对大型光机结构的结构特性，为抑制宽频噪声对结构指向稳定度及精度的影响，设计了一种可以在全频段提供高阻尼低轴向刚度的液体阻尼器。首先，对液体阻尼器的参数设计理论进行了分析; 其次，通过微振动一体化集成仿真分析了引入液体阻尼器对整机的影响，由分析结果可知，在内外框架之间安装阻尼器，可以达到抑制宽频噪声的目的，一般情况下光轴指向精度（Line of Sight）可以改善50%以上，同时对结构特性改变较小; 最后，设计了测试系统，对阻尼器参数的特性进行了实验研究，可知该液体阻尼器的阻尼系数随频率升高降低，在低频时可以达到18 574 N·s/m， 300 Hz时阻尼系数在300 N·s/m以上，轴向刚度约为28 659 N/m，随频率变化基本保持不变。结果表明: 试验测试结果与仿真结果相符，液体阻尼器的刚度及阻尼参数的设计都达到了技术要求，根据仿真与试验的分析验证了阻尼器对大型光机结构振动抑制的有效性。

针对卫星特殊部件的装配需求，为了使机器人具有适用不同工况的柔性并在卫星多变的装配工况中获得较高的应用效率，本文研究视觉引导与力反馈控制下的机器人装配技术，给出一种视觉与力觉结合的机器人装配方案: 在装配孔位安装辅助销钉，通过视觉引导将部件引导至销钉的锥面导向范围内，而后在销钉导向下对机器人采用力反馈控制，实现工件的准确装配到位。采用红外相机结合合作靶标的方式实现稳定地视觉识别与目标定位，设计了探针式测量工具，并给出测量方法，实现了目标点位的柔性便捷测量。给出了一种已知空间对应点对条件下，求位姿变换矩阵及机器人目标位姿的计算方法。采用力/位混合控制方法实现柔顺销钉导向控制。实验结果表明: 装配对应孔位的测量匹配误差在2.9 mm以内，机器人在视觉引导下，可以将工件运送至销钉的导向范围内，并在销钉导向及力反馈控制下将工件准确装配到位，力控制阈值为30 N。证明了本文所采用的技术可以满足卫星部件装配的工程实施要求。

超精密慢伺服车削可加工出高精度的连续和非连续自由曲面，但是在微透镜阵列的加工过程中，不同位置的透镜加工精度也不同，个别子透镜的质量降低可能引起整个功能部件的失效。为了研究曲面上微透镜阵列超精密慢伺服加工精度的影响因素，本文采用实验的方法分析基面几何形状和子透镜位置对球面上微透镜阵列慢伺服车削加工精度的影响，通过在三种不同球径的基面上加工微透镜阵列，并使用Bruker GT-X白光干涉仪测量所加工的基面和微透镜阵列，分析了不同基面上不同位置的子镜表面粗糙度和形状精度的变化趋势。实验结果表明，同一基面上不同位置的子透镜，慢伺服车削加工表面微观形貌不同，表面粗糙度和形状精度也不同; 基面的几何形状也会影响子镜的加工精度，当基面球径从50 mm增大至150 mm时，外圈子镜的表面粗糙度从75.78 nm(Ra)变小为69.08 nm(Ra)。在超精密慢伺服加工微透镜阵列过程中，必须考虑基面几何形状和子透镜位置两个因素对加工精度的影响，这将有助于提高微透镜阵列加工精度的一致性并保证微透镜阵列功能的有效性。

针对力传感器标定系统难以精确加载微牛级微力的现状，设计了一种二级杠杆式微力发生机构。首先，在比较了常用柔性铰链精度性能的基础上，介绍了微力发生机构的工作原理。然后，在考虑杆件变形和柔性铰链中心偏转的基础上，分析了各级杠杆和各柔性铰链的受力和能量传递情况，推导了二级杠杆式微力发生机构力缩小倍数的理论计算方法，并以实现某一力缩小倍数为设计目标，据此提出了微力发生机构的优化设计方法。接着，进行有限元仿真分析，得到了不同输入力下的力值响应特性。最后搭建了微力发生机构的性能实验测试平台。结果表明，有限元分析、实验结果与理论力值间的最大误差分别为5.501%和7.391%，实验非线性误差为2.89%，可实现0~500 μN的微力加载。认为力缩小倍数满足设计要求，验证了采用该优化设计方法准确设计二级杠杆式力柔顺机构、提高微力加载精度的有效性。

为了克服传统机器人手眼标定方法求解手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系对标定参照物的依赖，提出一种基于二阶锥规划的无标定参照物手眼标定改进方法，并搭建相关实验系统进行验证。首先，利用运动恢复结构算法解算定义在一个尺度因子基础上的相机运动矩阵; 然后，引入对偶四元数理论参数化标定方程中的旋转矩阵和平移向量; 最后，通过二阶锥规划方法同时求解相机运动矩阵尺度因子、手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系的最优解。仿真和实测结果表明，在没有标定参照物作为测量基准的情况下，标定结果中旋转参数相对误差为3.998%，平移参数相对误差为0.117%。与其他标定方法相比，该方法提高了无标定参照物模式下机器人手眼标定精度，扩展了手眼标定方法的应用范围。

为了实现87Sr原子光钟的闭环运行，根据将超稳激光频率锁定在钟跃迁超精细能级自旋极化谱双峰中间的锁频原理，设计和实现了锶原子光钟闭环控制系统。首先，详细分析了87Sr原子光钟闭环运行的具体需求, 包括冷原子制备及钟跃迁探测、闭环锁定等阶段中所需要的控制信号及其时序; 然后，根据该需求设计了时序控制和频率控制的物理系统; 最后，利用LabVIEW虚拟仪器开发平台和NI硬件系统设计了87Sr原子光钟的闭环运行的自动化控制程序。实验结果显示，采样时间为3 000 s的光钟频率稳定度为5.7×10-17，拟合得到的环内稳定度为5×10-15/τ1/2，表明该控制系统的精度符合锶原子光钟的闭环运行要求。

在针对深孔类零部件内表面检测过程中因曲面特性引起的结构光图像几何畸变校正问题，一直是深孔内表面检测领域的难点。本文提出了一套针对结构光条纹图像的几何校正算法: 该算法首先针对无差别建模的深孔内壁模型内表面进行结构光检测; 然后基于离散映射理论搭建深孔内壁模型和内壁展开模型内表面之间的几何位置对应关系; 最后基于映射关系校正深孔内表面结构光图像存在的几何错位（畸变）。检测结果表明，所提算法能够有效提高几何错位的校正精度，在不考虑图像边缘的基础上，校正偏差达到亚像素水平; 并且因条纹斜率不一致造成的对应条纹最大间距（即距离偏差）控制在1.5 pixel范围内，即0.135 mm。

景象匹配对匹配算法的运行速度和内存占用均要求较高。为提升归一化互相关算法的运行速度并降低其内存占用率，本文重点对其中的基准子图能量计算步骤进行了加速研究。经过详细分析，积分图法具有灵活、快速的优点，但缺陷为其在快速计算的同时需花费较大内存，并不适合直接应用在嵌入式系统中。本文提出了一种快速递推算法。该算法利用相邻像素值的能量进行连续递推，计算时可以不必像积分图法那样给所有的图像能量都分配空间，只需预留1行的像素空间便能完成整个能量计算过程。实验结果表明: 在时间花费方面，快速递推法具有和积分图法相当的运算速度，耗时均只为传统归一化互相关算法的1/2; 在内存占用率方面，快速递推法约为积分图法的1/3以下，且实时图尺寸越大，快速递推法占用的内存越小。综上所述，在归一化互相关算法中利用经典积分图法和本文提出的快速递推法计算基准子图能量，均较传统NCC算法有所加速，两种算法各具优点，经典积分图法快速、灵活，适用于对速度要求高，但对内存占用率要求不太高的应用场景; 而快速递推法快速、省内存，更适用于嵌入式系统的应用。

在视觉同时定位与地图构建问题中，ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征由于其高效、稳定的优点而受到广泛关注。针对ORB特征提取过程中存在的像点量测精度较低、特征聚集现象明显等问题，提出了一种适用于高精度SLAM的均衡化亚像素ORB特征提取方法。分析了精确特征定位的原理，对误差方程进行合理的简化并采用一种基于模板窗口距离的权函数计算方法，大幅降低了计算负担; 设计了一种基于四叉树结构的特征均衡化方案，对包含特征的像平面空间进行有限次数的迭代分割，然后选取具有最优响应的特征。试验表明，本文方法进行特征提取的额外计算负担小于2.5 ms，在运行TUM和KITTI数据集时，ORB特征的量测精度分别为0.84和0.62 Pixel，达到亚像素水平，可以降低误差初值，提高光束法平差效率，并能够在满足特征总体分布规律的情况下，显著改善特征聚集的现象，有利于后续问题的稳健、准确求解。

为提高基于人体骨架(Skeleton-based)的动作识别准确度，提出一种利用骨架几何特征与时序注意递归网络的动作识别方法。首先，利用旋转矩阵的向量化形式描述身体部件对之间的相对几何关系，并与关节坐标、关节距离两种特征融合后作为骨架的特征表示; 然后，提出一种时序注意方法，通过与之前帧加权平均对比来判定当前帧包含的有价值的信息量，采用一个多层感知机实现权值的生成; 最后，将骨架的特征表示乘以对应权值后输入一个LSTM网络进行动作识别。在MSR-Action3D和UWA3D Multiview Activity II数据集上该方法分别取得了96.93%和80.50%的识别结果。实验结果表明该方法能对人体动作进行有效地识别且对视角变化具有较高的适应性。

为改善荧光分子断层成像的重建结果，本文采用联合稀疏-流形正则模型进行光源重建, 该联合稀疏-流形正则模型能同时利用重建光源聚集性和稀疏性的先验信息。为有效求解该联合稀疏-流形正则模型，本文通过重新推导变量分离近似稀疏重构算法对其进行求解。为加快变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型的速度，本文在光源重建过程中采用了热启动策略。实验结果表明，相比变量分离近似稀疏重构算法求解范数模型，变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型将重建结果的对比噪声比从6.45 提升至9.18。另外,相比没有采用热启动策略，采用热启动策略的变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型的时间从101.84 s减至50.10 s。本文方法显著提高了光源目标重建的精度和速度，取得了更优的重建结果。

提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先，分析了EMCCD输出噪声的组成，根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系，给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法; 讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题，并给出了改进方案; 使用高频系统时钟实现了驱动相位和脉宽的微调，解决了驱动时序波形幅度重叠率不足的问题; 最后,给出了使用CCD201-20搭建的水下相机结构和实验结果。实验结果表明，系统产生的常规驱动信号频率为时钟频率10 MHz，串行转移时钟的幅度重叠率优于50%，并行转移时钟的幅度重叠率优于90%，驱动信号的相位调整精度为18°,脉宽调整精度为5 ns，驱动波形稳定、平整，电子倍增驱动信号高电平可调，功耗相较于优化前降低7.2%。本文所介绍的EMCCD驱动系统设计方法充分兼顾了驱动系统的噪声、体积和功耗问题，可以广泛应用在水下微光成像乃至常规CCD领域。