利用激光反馈来测量物体的三维形貌, 根据物品表面的离焦量与激光器输出功率的关系, 给出一种深度信息的测量算法, 并建立一种物体三维形貌测量系统。系统扫描物体表面的每一个点, 通过对每点最大电压信号的测量判断并记录扫描平台运行的距离, 从而实现每点的深度信息测量, 最终完成三维形貌测量。通过实验, 完成了对样品局部的三维测量, 证明了深度方向测量的可行性, 并分析了实验中的影响因素。

为优化双程后向结构的掺铒光源, 分析了光纤长度、泵浦功率和温度的变化对光源平均中心波长的影响, 初步确定了掺铒光纤长度的优化范围, 并在全温度范围内进行实验验证。实验选用的980 nm泵浦源电流为110 mA, 掺铒光纤的长度为12.5 m, 该装置的输出功率为13.26 mW, 光源的平均波长稳定性为0.6 ℃-1。通过建立光谱分布优化仿真模型, 实现输出光谱的近高斯分布, 3 dB带宽达到32 nm。经过优化后得到的掺铒光纤光源具有输出功率高、平均波长稳定性好、输出光谱呈高斯分布等优势, 是高精度光纤陀螺的理想光源。

鉴于人工鱼群算法(AFSA)具有收敛速度快, 易于寻址寻优等特点, 在光网络节点休眠技术中引入人工鱼群算法。以光路由域中的网关节点作为研究对象, 选用业务量作为搜索函数, 执行算法中的各种寻址行为找到最优解, 休眠不符合条件的节点, 并根据传输的繁忙与空闲状态转换限定值, 从而节约传输过程中的能耗。通过2组7个节点进行计算机仿真, 并分别设定最大值的40%和50%为限定值, 得到原始能耗与后期能耗的对比结果。由此可知, 当限定值为最大值的40%时, 2组数据均节能14%, 当限定值为最大值50%时, 能耗节约比例分别为28%和42%。证明该方法可有效节能。

以普通单模光纤作为振动传感媒介, 利用振动在单模光纤中引起的弹光效应对光纤周围环境中的振动信号进行监控。通过Sagnac干涉的方式, 将由弹光效应引起的光信号相位变化解调成为光强变化, 再进行光电转换。对光电转换解调出来的信号通过归一化处理、预加重处理等一系列的算法方式作进一步分析处理, 提取出不同振动事件的振动特征数据, 以实现对单次冲击信号和连续振动信号的区分。以此实现对铁路沿线落石防护网上巨石滚落状况的监控。

由于测控成本和有效载荷的限制, 一般采用微机电系统(MEMS)惯性传感器来测量小型无人机的飞行姿态。在MC9S12XS128单片机上通过嵌入式软件编程实现了卡尔曼滤波算法, 并在JZJ-1型自准直仪转台上对MEMS加速度计和陀螺仪的输出信号进行了数据融合试验, 较好地解决了MEMS惯性测量系统的零漂和机械振动干扰问题。

对内调焦望远物镜进行设计, 利用二元透镜独特的色散特性, 在提高成像质量的同时对传统结构进行简化。选取合适的初始结构, 通过CODE V软件对物镜进行设计、优化及像质分析, 得到成像质量颇佳的系统。在此基础上, 对系统进行了调焦及优化, 实现了对1.5 m到无穷远物距在分划板上清晰成像的目的。在所有变焦范围内，系统各视场在50 lp/mm处的MTF值均大于0.4, 且各视场的畸变均小于0.5%。

设计了一种用于红外光电系统性能测试的目标模拟器的光学系统。原理上采用一个无焦系统与后聚焦系统的组合系统, 利用Zemax光学设计软件进行优化设计, 最终设计结果为工作波段8～12 μm, 焦距230.599 mm, 视场12°, 入瞳距600 mm, 入瞳直径100 mm。整个光学系统有9个光学透镜, 最大口径229.77 mm, 光学系统达到衍射极限, 全视场MTF均优于0.39, 80%的能量集中在23 μm的弥散圆内。各项指标都满足设计要求, 能很好地应用于红外光电系统的性能测试。

介绍环形稀疏孔径的结构, 分析环形光瞳的填充因子, 并推导出环形稀疏孔径调制传递函数(MTF)的解析式。用MATLAB软件对其进行模拟, 并利用Zemax光学设计软件设计环形稀疏孔径光学系统, 得到调制传递函数图像, 与理论推导的结果相吻合。采用标准分辨率板, 在不同填充因子的环形稀疏孔径光学系统下进行模拟成像;利用分数阶微分算子对模拟所得的图像进行图像加强, 改善环形稀疏孔径光学系统成像质量。

为分析光学平面面形偏差, 以直径100 mm光学平晶为检测对象, 利用斐索干涉仪采集了被测光学平面的波面干涉图, 按照美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)标准方法, 通过分析, 能够定性反映出被测光学平面的面形偏差。计算并分析了波面偏差指标峰谷值PV和均方根值RMS, 将计算结果与利用ZYGO斐索干涉仪测得的数据对比, 偏差为10-3λ, 符合光学检测要求。综合考虑可操作性和计算精度, 这种基于ASTM的方法是一种行之有效的光学检测分析方法。

图像的边缘是图像最基本也是最重要的特征之一。实际应用中, 光学系统离焦和图像传感器噪声源引起图像模糊, 导致边缘自动定位算法无法精确确定边缘点。从边缘检测理论出发, 根据噪声及图像模糊模型, 提出了基于空间域和频域的滤波方法对模糊边缘图像去噪, 从而消除模糊图像对于边缘定位的影响。实验表明, 各种滤波方法对于边缘点的自动提取都具有一定的效果, 离焦模糊和噪声可以得到有效抑制, 尤其是频域低通滤波器能够精确地提取出模糊边缘位置。

对一种无损压缩算法进行了研究, 该算法采用整数小波对图像数据进行变换, 对小波子带数据进行多级树集合分裂排序(set partitioning in hierarchical trees, SPIHT)编码, 实现图像的无损压缩。探讨了图像无损压缩的极限问题, 并对图像信息熵进行了估算。采用六幅标准灰度图像对该算法的压缩效果和时间消耗进行测试, 结果证明, 该算法运算速度快, 并能获得较高的压缩比具有一定的实用价值。

为了精确地提取焊接缺陷, 进一步提高缺陷检测的准确性, 提出了一种基于改进Chan-Vese(CV)模型和脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural network, PCNN)的非下采样Shearlet变换(non-subsampled Shearlet transform, NSST)域焊接缺陷提取方法。首先, 对焊接缺陷图像进行NSST分解, 对得到的低频分量采用PCNN提取出缺陷的主要区域;然后, 利用背景抑制后的低频分量和高频分量构造出高频特征图像, 并对其进行粗分割, 再利用改进的CV模型寻找最优轮廓, 提取出缺陷精细轮廓;最后, 融合缺陷的主要区域和精细轮廓信息得到最终的结果。实验结果表明, 与其他缺陷提取法相比, 所用方法提取的缺陷结构更为完整, 缺陷轮廓更为精细。

选取一个超混沌Qi系统, 详细分析其动力学性质。采取基于观测器的方法来实现系统在不同初值条件下的同结构投影同步, 并采用反馈法的思想设计合适的控制器, 以实现Qi系统和Liu系统不同结构之间的完全同步。通过Lyapunov稳定性定理证明控制器的合理性，并对两种同步方法进行数值仿真来证明其可行性和有效性。

参数编码是针对提取的语音信号特征参数进行编码, 主要目的是使重建的语音信号具有尽可能高的可懂度。线性预测编码(LPC)是一种有实用价值的经典方法。通过对线性预测编码地原理分析, 选择自相关算法中的莱文逊-杜宾算法求得预测系数;在确定预测阶数和增益后, 对一段实际的语音信号进行了预测仿真分析。实验结果表明, 预测波形最大残差小于0.3%。

基于傅里叶变换和Gyrator变换对图像进行加密。将原始图像和第一个随机相位函数叠加后做傅里叶变换, 然后将频域信息减去第二个随机相位函数后得到一个复函数。复函数经过Gyrator变换得到加密图像, 将第二个随机相位函数作为相位密钥, 同时将Gyrator变换角度作为密钥, 由此增大了密钥空间和增强了系统安全性。通过数字方法对图像进行加密, 解密过程用光学装置实现。计算机模拟结果表明, 该加密方法解密图像质量好, 系统安全性良好。

分布式光纤测温系统是一种新型的线型感温探测器, 以光纤作为传感器, 可实现沿光纤分布的温度实时测量。理论分析了分布式光纤测温系统的原理以及影响空间分辨率指标的因素, 并给出了0.5 m高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计以及测试情况。将高空间分辨率分布式光纤测温系统应用于电缆温度测量, 测量结果表明0.5 m空间分辨率下对小区域电缆过热点的探测更为显著, 可及时发现潜在的火灾隐患。

介绍了温度场和应力引起光纤陀螺误差的机理, 通过对光纤陀螺的结构细分, 采用不同材料分别建立有限元模型, 进行模态分析、热应力分析和瞬态温度分析, 选取具有代表性的新型材料铍铝合金和因瓦合金与传统铝合金进行对比。结果表明, 铍铝合金可以提高光纤陀螺的固有频率, 同时提高光纤陀螺的温度性能, 因瓦合金可以大幅度降低光纤陀螺光纤线圈的应力变化, 将光纤陀螺结构细分, 进行材料优选, 可以显著提高光纤陀螺的温度性能和动态输出精度, 并得到试验论证。

激光干涉仪引力波观测器已经完成建设，该观测器称为高级LIGO或aLIGO，与2002-2010年间使用的引力波搜寻设备相比，预期灵敏度可以提高一个数量级。目前aLIGO的调试正在试运行。为了达到提升灵敏度的要求，探测器中的所有元件需要提升水平。在此将讨论光电调制器和法拉第隔离器在平均功率百万瓦级分离高质量光束能力的发展，并详述它们在aLIGO输入光学系统中的作用。

采用电化学腐蚀方法, 将不同比例的乙醇和质量分数为40%的氢氟酸混合, 并以此混合液为腐蚀液, 在光照条件下, 制备了N型轻掺杂的多孔硅。讨论了不同电化学腐蚀条件对多孔硅结构的影响。研究表明, 电流密度、腐蚀时间和氢氟酸质量分数越大时, 制备的多孔硅越深, 孔径也越大, 当以上三者数值过大时会导致多孔硅机械强度急速减弱。由表面形貌可知, 当多孔层孔径小于500 nm时其机械强度良好, 当孔径超过这一阈值尤其是大于800 nm时, 多孔层骨架则极易断裂。