紫外可见光图像叠加精确度是评价紫外成像仪定位可见光背景下的紫外信号的关键指标, 体现了紫外成像仪的紫外光图像与可见光图像融合的精确程度。为评估紫外可见光图像叠加精确度这一关键指标, 本文设计并实现了紫外成像仪的紫外可见光图像叠加精确度测试系统。系统选择高均匀性、高亮度、宽辐照度范围的紫外积分球光源照射十字靶标, 在紫外平行光管的作用下, 使紫外成像仪能够观测到一个无穷远的像, 通过测量紫外光图像与可见光图像的十字像中心点坐标的偏移量, 实现了对紫外成像仪的紫外可见光图像叠加精确度的测试。实验结果表明, 该测试系统可为紫外成像仪提供可靠的检测依据, 满足紫外成像仪筛选的应用需求。

建立了工作在一定入射角度范围内的多层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率的分析模型。基于衍射光学元件所具有的独特的消色差和消热差性质, 设计了一个含有双层衍射光学元件的工作在 3.7～4.8 .m和 7.7～9.5 .m红外双波段光学系统。光学系统的焦距为 100 mm, F#为 2, 采用像元数为 640×512、间距为 15 .m的制冷型探测器。该系统在空间频率 33 lp/mm时, 中、长波红外 MTF分别高于 0.52和 0.16, 最大 RMS半径小于 9.88 .m, 波前像差小于 0.0705., 最大离焦量小于焦深, 在－40℃～71℃范围内实现了无热化设计。系统中采用的双层衍射光学元件在红外双波段的带宽积分平均衍射效率高于 99.15%。入射到衍射面上的角度为 0°～10°, 该双层衍射光学元件在中波和长波波段的复合带宽积分平均衍射效率分别为 97.70%和 96.95%。

快速反射镜(fast steering mirror, FSM)的反射镜组件在装配过程中的装配误差会造成反射镜质心偏离系统几何中心, 基座角运动时该装配误差会在系统中产生不平衡力矩。为了研究该力矩对快速反射镜控制系统精度的影响, 建立了装配误差作用下快速反射镜控制系统的等效扰动模型, 并提出了一种改进干扰观测器( disturbance observer, DOB)用于抑制该扰动。仿真结果表明, 无论扰动的频率是否在系统闭环带宽的作用范围内, 不平衡力矩的存在都会降低系统的跟踪精度, 改进 DOB环节的引入可以有效地抑制等效扰动对控制系统性能的影响, 当等效扰动的频率为 116 Hz时, 对扰动幅值极值的抑制可达 14.81%。

针对边界层转捩探测飞行试验需求, 开展飞行条件下的红外热像转捩探测方法研究。通过发射率、辐射入射角及被测件与背景环境的温度差等主要影响因素分析, 实施被测件表面处理、红外光路调整、日照辐射及被测件内部加热等措施, 以试飞方法、数据处理方法和准度考核构建了一套转捩探测试飞应用方法。开展真实飞行试验, 针对干净机翼上表面转捩位置测量进行技术验证, 飞行高度 Hp＝6～7 km, 飞行马赫数 M＝0.55～0.65。试验结果表明, 该技术实用可靠, 可为后续层流机翼或翼套气动力飞行试验提供参考。

基于粗糙面双向反射分布函数( BRDF)模型, 考虑海面的影响, 设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程, 讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性。运用大气传输软件 MODTRAN, 计算了 0.3～0.4 .m波段太阳、天空背景的紫外辐射特性；根据粗糙面散射理论, 分别对海面和目标表面进行 BRDF建模, 并讨论了面元的光散射特性；设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程, 并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度。结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素, 都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响, 为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据。

在盖革模式下工作的雪崩光子二极管( APD)也称为单光子雪崩光子二极管( single photon avalanche photon diode, SPAD)是一种常用于激光测距成像领域的单光子探测器。本文针对 SPAD探测应用中的淬火问题, 设计了一种电容淬火( capacitive quenching circuit, CQC)电路。首先, 根据 SPAD器件的性能参数, 建立了 SPAD的 SPICE等效模型, 并通过无源淬火电路验证了该模型。其次, 基于该等效模型的基础上, 仿真验证了所设计的 CQC淬火电路的淬火效果。仿真结果表明：所设计的 CQC电路不仅具有门控有源淬火电路的优点, 而且具有更稳定的偏置电压和击穿电流。本文设计的 CQC淬火电路的淬火时间和恢复时间分别为 16 ns和 41 ns, 基本可满足单光子测距的应用需求。

武汉高芯科技有限公司从 2014年开始制备基于 InAs/GaSbII类超晶格的长波红外探测器。在本文中, 报道了像元规模为 640×512, 像元间距为 15.m的长波红外焦平面探测器。在 77 K时, 器件的 50%截止波长为 10.5 .m, 峰值量子效率为 38.6%, 当 F数为 2、积分时间为 0.4 ms时, 测得器件的噪声等效温差为 26.2 mK, 且有效像元率达 99.71%。本文通过分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)技术与成熟的 III-V族芯片技术, 成功地验证了在大于 10 .m的长波波段, 用超晶格代替 HgCdTe实现国产化并大规模量产的可行性。

由于红外焦平面阵列成像存在盲元等一系列问题, 为了减少盲元对红外图像的干扰, 本文提出一种基于滑动窗口的红外焦平面阵列盲元检测算法。对像元进行加窗并计算其中的均值中值以及一级梯度等数值, 再进行加权计算并设定阈值与原像元对比进行盲元检测, 最后使用局部中值滤波算法进行盲元补偿。仿真结果表明此种方法可以有效地检测盲元, 拥有比较好的盲元补偿结果, 有效地改善了红外焦平面阵列成像质量。

能够直观地“看到”半导体材料中制作的 p-n结, 对于半导体器件的设计和制造工艺很有意义, 知道 p-n结的厚度及其在样品中的位置, 有利于设计器件的结构、保护膜的厚度、电极的尺寸等, 也可以优化离子注入、表面处理、电路互联等工艺参数。本文用 EBIC(电子束诱生电流)法观察了 InSb半导体器件中的 p-n结。同时观察到了器件中的肖特基结, 其中肖特基结显示出明显的温度特性：温度降低, 肖特基结响应区域扩大, 温度降至 80 K, Cr-InSb肖特基结响应区域可扩展至 47 .m。用离子注入法在 InSb材料中制成的 p-n结其空间电荷区并不呈对称的空间分布, 靠 n区一侧的空间电荷区较薄, 电荷密度较大, 靠 p区一侧的空间电荷区较厚, 电荷密度相对较小。作为一种常用的观察分析工具, EBIC法在观察分析半导体器件结构方面有透视和显微等优点。

本文依托于某专项任务研制的热红外高光谱设备开展了部分研究工作, 该设备于 2016年 3月开展了海南东方市的功能飞行试验。针对背景辐射信号恢复, 非均匀性两点校正后仍残余光谱维非均匀性的问题, 提出了针对热红外高光谱数据谱段内差值均衡的处理方法, 进一步提升了热红外高光谱数据立方体的质量, 得到不影响原始光谱曲线的图像。

为了实现高光谱图像的有效压缩采样与重构, 对分布式压缩采样的高光谱数据应用线性混合模型进行重构。首先, 在图像采集阶段, 针对高光谱图像的空谱特性, 应用分布式压缩采样策略对高光谱数据进行采集；在数据重构阶段, 应用高光谱图像的线性混合模型假设, 先对压缩数据进行端元数目的估计, 再利用估计的端元数来估计丰度矩阵, 根据端元特征信号的稀疏性质提取端元矩阵, 从而重构出原始的高光谱数据, 抛弃了压缩感知重构算法中高计算复杂性的欠定问题求解。实验结果表明：在压缩采样数据为总数据的 20%时, 重构的平均信噪比比压缩投影主成分分析算法提高了 15 dB以上, 同时该方法还便于获得端元和丰度信息。所设计的压缩感知方案采样方式简单, 重构速度快、精度高, 可应用于星载或机载的高光谱压缩感知成像。

如何在没有先验信息的情况下从复杂噪声背景下快速检测到远距离进入的弱小目标, 提高整个装备系统的响应能力, 是目前 IRST热门研究课题。本文通过引入视觉注意机制, 提出了一种结合尺度自适应的局部对比度测量的红外弱小目标检测方法。本文首先采用拉普拉斯金字塔尺度空间理论对所有像素点局部对比度进行分析, 获得对应的自适应尺度信息；然后在跳出效应的基础上设计了一种基于改进的局部对比度测量模型, 最终生成一个显著图来突出目标特性, 该方法能够在增强目标对比度同时, 抑制背景杂波。定性定量实验结果表明, 本文提出的方法相比于对比算法具有较高的红外小目标检测性能, 能够对对比度不低于 5%的目标稳定检测, 适合防空**装备工程应用。

提出一绉.于改进双边滤波徘运动多尺度目标检测方法, 以提高对苦小目标徘检测能力。首先对视频莸序列红外图像进行改进双边滤波处理, 提高目标徘对比度, 同时抑制背景徘边缘噪声及随.噪声。然后对目标进行三维匹配滤波, 获得若干组速度匹配叠加强度图像。最后, 在这些图像中进行.于 NNLoG(归一化负 LoG算子)徘多尺度目标检测, 得到序列图像莸视频段徘最佳匹配速度及增强后徘图像。可最终计算出目标在序列图像莸视频中徘运动方程。通过大量徘实验及对比实验可知, 改进双边滤波、三维匹配滤波及 NNLoG算子综合处理效果都较好, 可有效检测序列图像莸视频中徘目标。

为了实现对矿井有害气体的有效监测和控制, 本文基于非色散红外( NDIR)原理, 设计了一种双组分气体传感器。重点提出了一种反射式气室, 然后利用光学仿真软件 LightTools对腔体内的光线传播方向进行了光线追迹分析, 并对到达探测器 4个接收面的光强分布进行了模拟分析, 验证了该气室的可行性与优越性。在器件上选用电调制红外光源和热释电探测器, 由单片机处理电信号并输出气体浓度信息, 大大提高了检测精度。实验结果表明, 该传感器能够准确检测 0～2000 ppm范围内的甲烷与二氧化碳气体浓度, 满量程精度可达 4.5%。可以满足矿井内甲烷、二氧化碳气体浓度检测的需要, 具有广阔的应用前景。

螺栓连接由于可靠性高、承载能力强等优势广泛应用于复合材料连接, 但螺栓孔处的应力集中作用使其易产生损伤破坏, 且工程应用中很多复合材料螺栓连接件无法卸载, 传统检测方法较难对螺栓孔损伤进行识别。本文使用超声红外热波检测的方法对复合材料螺栓连接件进行损伤识别, 通过仿真研究复合材料螺栓孔裂纹和分层损伤的生热特征, 分析了螺栓以及螺栓预紧力对螺栓孔损伤生热特征的影响, 并设计实验对仿真结论进行了较好的验证。研究显示当螺栓孔损伤区域超出螺帽覆盖的范围, 超声红外热波检测法能快速有效检测螺栓紧固件损伤, 结合图像识别方法可以有效提取损伤信息, 而且该方法对不同大小的螺栓预紧力以及螺栓与被连接件之间的摩擦生热影响有着良好的适应性。