针对捷联成像寻的器,首先给出体视线和弹体姿态到惯性视线的映射关系,然后通过推导映射函数的雅克比矩阵,给出了从体视线和弹体姿态到惯性视线的误差传递公式.通过分析误差传递增益的范数,讨论了弹体姿态和弹目相对位置对惯性视线角计算的影响.由于体视线受到成像寻的器视场的约束,其角度测量值较小,合理简化了误差传递公式,给出了惯性视线误差的近似计算公式.最后应用蒙特卡洛实验,验证了近似计算公式的精度和结论.

半导体激光器发出的光束具有较大的发散角且存在像散,严重影响了其应用.基于对半导体激光器远场分布的准确了解,提出了一种二元光学消像散准直器件的设计方法,并给出了详细的设计原理及过程.依据已知光束等相位面的具体分布(光束的像散因子也包含在其中),可得到二元光学器件的相位分布,使光束经过此二元光学器件后,等相位面成为平面,达到了准直、消像散的目的.此方法简单、直观,具有很高的准确性和可行性.所得二元光学器件表面具有多位相的浮雕结构.

当前对空间望远镜光学系统的要求是:在宽光谱范围内,系统具有分辨率高、质量轻等特点,衍射望远镜可以满足上述要求.利用Schupmann提出的消色差理论可实现系统宽光谱覆盖,采用平面衍射透镜做物镜可使系统轻量化,降低了成本.设计了一个物镜口径为1 000 mm,f/#=100,用离轴三反射镜做目镜的衍射望远镜.设计结果表明:系统在0.65～0.75 μm波段,0.02°×0.035°视场范围内,得到了消色差,接近衍射极限的成像质量.

根据红外成像导引头截取时序红外图像的特点,提出了一种跟踪红外运动图像序列中目标的稳定特征点,利用成像所得特征部分尺寸得到距离信息的被动测距方法.基于红外图像特征点难以提取的特点,在分析典型飞机红外图像的基础上,采用局部自适应插值算法提高图像分辨率,并对飞机图像及尾焰进行双阈值分割.跟踪过程中选择机头部位作为特征点的提取部位,通过分析导引头投影成像模型得到弹目距离估计量,并根据跟踪成像特点对估计结果做了进一步修正.实验结果证明了该方法的可行性和有效性.

在分析了微光图像和紫外图像的特征以及双通道彩色夜视系统信息量的基础上,提出了微光图像和紫外图像双通道彩色夜视理论.在设计并试验了灰度调制法、谱域融合法、特有成分融合法的基础上,提出了微光图像和紫外图像假彩色融合的改进算法以及新算法,包括微光图像和紫外图像分段灰度调制法、图像差别提取法、基于物体对夜天光反射特性的成分分离法,以及体现图像传感器光谱响应和视觉自然感受的色空间映射法,取得了较好的效果.

针对大气湍流退化图像复原问题,提出了一种基于各向异性和非线性规整化的总变分盲复原新算法,该算法主要结合图像和湍流点扩展函数的一些性质采用基于各向异性的空间自适应规整化处理,建立了具有非线性和空间各向异性的规整化函数,使其在恢复目标图像和估计点扩展函数时能自适应地进行梯度平滑.最后,通过交替最小化方案来极小化代价函数和通过定点迭代策略将非线性方程进行线性化处理,快速地估计点扩展函数和恢复图像.在微机上对数字模拟和实际退化图像进行了一系列恢复实验,验证了算法的有效性和稳健性.

随着红外成像制导**与目标不断接近,目标图像在跟踪末端快速增大直至溢出视场,因此必须跟踪目标的局部特征.为了有效摧毁目标,应选择其要害点作为瞄准点,通过分析飞机的红外图像特征,提出了以飞机尾焰为参照确定瞄准点的方法,该方法对飞机机身图像的质量要求不高.仿真结果表明了该方法的有效性.

在大气或流动介质中的折射率分布是无规则非均匀的,由于流动和温度变化的影响,无法用通常的梯度折射率公式来描述.提出采用自适应网格方法来描述无规则非均匀折射率场,将数据以动态八叉树结构存放在内存中,给出了网格划分的折射率判据和折射率梯度判据,并采用插值法来计算光线传播路径上的折射率和折射率梯度.以一种可以用公式描述的梯度折射率棒为例,在折射率阈值为0.005、折射率梯度阈值为0.000 5的条件下,建立了自适应网格并求出了一些位置处的折射率及其梯度,计算结果的均方根误差小于7×10-5,可以用于光线追迹.

对多光谱、超光谱成像技术的原理、特点,以及二者之间的区别和联系等技术问题进行了较为详细的讨论,并重点列举了该项技术在**上的应用,较全面地介绍了多光谱、超光谱成像技术在**应用中的使用方法和研究状况,以及成像光谱仪器的发展水平和有关技术,并对该技术的发展趋势进行了展望.

基于波前测量的图像复原技术成本低,性能优越,广泛应用于各种领域.介绍了这种方法的基本原理、关键技术和发展过程,与传统的自适应光学系统和线性复原技术比较,基于波前传感器测量的图像复原不仅降低了费用,而且图像恢复的性能较高.针对高速飞行器的图像恢复问题,分析了基于波前测量的图像复原技术的优缺点,并提出了改进方法.

传统频域内的运动目标检测算法通常需要设计三维时空滤波器组来实现,存在待选参数多、滤波器设计难度大等问题.文中提出了一种二维频域内的运动目标检测方法,通过对动态图像的行列分解,将三维频域内的运动检测问题转化到两组二维频域内进行,从而降低了滤波器设计的难度.给出了一种提取主运动能量的自适应滤波算法,通过剔除背景和噪声的频率成分,有效地检测出运动目标.仿真结果表明,该方法可有效降低背景配准误差和噪声的影响.

提出了一种基于多小波变换的综合阈值图像去噪方法.该方法通过对含噪图像进行多小波变换,克服了单小波变换中无法同时满足正交性和对称性的缺点.同时,在两种经典的硬、软阈值处理方法基础上,提出了一种综合阈值处理方法.将该阈值方法和多小波变换相结合,根据多小波分解后的能量分布特性,在不同尺度的子带选择不同的最佳阈值,有效地提高了重构图像质量.并且对阈值进行向零收缩处理,防止有用信息当作噪声滤除.实验结果表明,相对于传统的硬、软两种阈值处理方法,文中的去噪方法在输出信噪比和主观视觉效果上都有明显改善.

各种随机噪声是导致激光陀螺产生误差的主要因素,且其性质特殊,很难用传统的滤波方法去除.为了减小激光陀螺的随机误差,提高测量精度,提出了小波域的中值滤波器滤波方法,对激光陀螺零漂数据进行了滤波,并采用Allan方差法对滤波效果进行了定量分析.结果表明,此方法的滤波效果优于中值滤波和小波软阈值滤波效果,能有效地减小激光陀螺零漂信号中的角度随机游走、角速度随机游走、速率斜坡、零偏不稳定性和量化噪声,提高激光陀螺零漂输出的稳定性.

基于凝视红外成像制导工作的原理,论述了凝视红外成像末制导系统虚拟样机及其工作环境建模方法,介绍了红外成像制导仿真系统数学软硬件环境和仿真方法,给出了初步的数学仿真结果,对开展凝视红外成像末制导系统技术研究具有指导意义.

红外焦平面成像系统是红外成像技术发展的趋势,焦平面阵列的非均匀性校正技术是一项正在探索的关键技术.在分析了红外成像系统非均匀性的产生机理及表现特征的基础上,介绍了红外焦平面阵列非均匀性校正的基本方法;基于TMS320C62x DSP为核心的系统硬件平台,采用两点多段的方法,完成了红外图像非均匀性的实时校正;最后给出了实验结果,验证了本系统能够满足红外焦平面成像系统的要求,具有实时性好、实用性强的特点.

光学微扫描技术是微扫描亚像元成像系统中的核心技术之一.研究了基于凝视成像探测器的平板调制式微扫描器的原理和设计方法,分析了微扫描平板的误差对亚像元成像的影响,设计了一种基于凝视型面阵CCD探测器的光学平板调制式微扫描器,并实现了与亚像元成像实验系统的联调成像.设计方法不仅适于可见光成像,也适于基于凝视焦平面探测器的亚像元热成像.

通过对光电成像制导**跟踪制导机理的分析,提出一种干扰欺骗方式--图像变异,即将被保护目标的光电辐射特征不断进行变异,使成像制导导引头所摄得的匹配模板和变异后的目标图像相关性大大降低,紊乱其相关匹配模块的功能,以达到干扰、诱骗的目的.针对此方法进行了计算机仿真,在理论上验证了该方法的可行性,并就相关问题展开了讨论与分析.

海面作为舰船的主要背景,其红外辐射特性对于舰船红外仿真研究具有重大意义.介绍了三种海面发射率的计算模型:灰体模型、经验模型和理论模型,并针对红外仿真中舰船辐射场和海面背景红外热像模拟两方面的计算要求,分析比较了它们的计算结果.结果显示,对于舰船辐射场计算而言,使用经验模型已经具有足够的精度;而在模拟海面背景红外热像时,在天顶角较大的情况下必须使用理论模型.

根据红外成像导引头角跟踪系统控制回路各部分的线性化数学模型,建立了导引头的数学 模型.对导引头角跟踪回路进行了仿真和分析,从跟踪回路的跟踪性能、参数变化对回路性能的影响、考 虑射手模型时角跟踪回路的性能、隔离度测试等方面进行了分析和验证.仿真结果表明,导引头跟踪回路 的超调量、上升时间、隔离度等性能已基本满足设计要求,且具有较好的抗干扰能力.对导引头角跟踪系统进一步优化提出了建议,为红外成像导弹制导系统总体方案的确定和总体参数的设计提供了依据.

大气传输特性对成像红外和目标识别研究具有重要意义.在"漫射灰体"的假设条件下,忽略传输路径上的气温变化,给出了大气传输计算的数值方程,并分析了使用等效黑体辐射光谱分布代替目标有效辐射光谱分布进行大气传输计算的可行性及其带来的误差.结果表明,在8～12 μm波段,使用等效黑体辐射光谱分布进行大气传输计算已经具有足够的精度,并且可以大大节约计算时间;但是在3～5 μm波段,反射太阳辐射对目标表面辐射光谱分布的影响不可忽视,使用等效黑体辐射光谱分布进行大气传输计算将带来较大的偏差.

从对激光光束质量研究进展开始,讨论了在傍轴和非傍轴范畴内激光光束质量的一些问题,主要是非傍轴光束的光束质量评价.光束传输的非傍轴矢量二阶矩理论可用于计算多种非傍轴光束的M2因子,但对M2因子的物理解释却有困难.例如,在非傍轴范畴,M2因子依赖于束腰宽度与波长之比,并可小于1.但远场发散角之值可趋于90°,这将导致很大的M2因子值.另一方面,若将公式中的光强用时间平均坡印廷矢量z分量代替,桶中功率(PIB),或等价地,β参数可推广用于评价非傍轴光束的远场光束质量.PIB表征了光束功率的可聚焦能力,是一种简明、直观评价不同激光光束的方法.然而,在β参数的公式中的束宽是按功率含量百分比定义的,因此双曲线传输规律不再严格成立.

介绍了大气层外空间目标动态红外图像仿真的实现.对空间目标进行了几何建模和运动特性建模.在此基础上,着重研究了空间目标的红外辐射特性,简化了通常使用的计算航天器温度的节点网络法,建立了空间目标外表面的红外热辐射模型,并将计算结果量化,形成灰度值.最后,利用计算机图形学的方法生成了动态红外图像.

介绍了一套基于双边缘检测技术的1 064 nm Mie多普勒测风激光雷达系统.采用Farbry-Perot标准具作为频率检测器,分析了风场中大气气溶胶运动造成的多普勒频移.利用转盘硬目标的速度校准系统对接收机校准,在±40 m/s的径向速度范围内,校准精度小于1%.给出了从2006年4月23日起连续八天的风场测量结果.

针对某伪码调相PD引信点目标视频回波模拟器的要求,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)与片外精密数控可编程延时线两级延时技术的引信点目标视频回波模拟器距离模拟电路的设计及实现方案.该距离模拟电路具有调整动态范围大、精度高等特点.调试表明,该电路能够满足精密测试引信截止距离的要求.

对激光多脉冲探测理论进行了分析,在考虑了影响探测的各种噪声及其分布特性的基础上,得到了激光多脉冲探测信噪比与脉冲积累次数的定量关系.利用计算机仿真模拟多脉冲探测,其结果与理论分析相符;在实验室条件下对多脉冲探测进行了研究,实验结果表明,在脉冲叠加数较少时,实验与理论符合得很好,当脉冲叠加数较多时,实验数据明显小于理想的数值,分析了出现这种偏差的原因及解决方案.激光多脉冲积累探测可以有效地提高激光探测的信噪比,应用积累探测的方式能有效地将激光探测的弱信号从强噪声背景中检测出来.

**装备的设计原则是力求实现装备与作战环境的最佳匹配.只有把目标放到特定环境中研究,所得结果才有实用价值.激光近炸引信目标特性测试包括目标与背景激光反射的空间特性和时间特性测试.从工程实际出发,分析了激光引信目标特性测试的原理、方法、数据与建模技术,并重点介绍了对地面目标激光引信目标特性测试的有关问题.

介绍了直接探测多普勒激光雷达的系统结构和主要参数,给出了该系统进行大气风场测量的光束扫描方法,详细推导了三维风场的计算公式,给出了其风速和风向误差的求解方法.在径向风速均为1 m/s和扫描角度误差均为1°的情况下,水平风速和风向的误差分别为1.155 m/s和0.707°.给出了合肥地区对流层风场的测量结果,结果表明,采用该方法测量大气风场是切实可行的.

对于大增益声光调Q的二极管端面泵浦固体激光器,衍射效率延迟速率对输出脉冲特性的影响不再像小增益系统那样可以忽略不计.主要讨论了衍射效率延迟速率对输出脉冲的建立时间以及脉冲形状的影响.首先根据实验测得的衍射效率延迟速率情况对输出脉冲的特性进行了模拟,然后模拟了常数衍射效率延迟速率变化对输出脉冲的特性的影响.实验结果表明,在一定范围内增大衍射延迟速率可以缩短脉冲建立时间,缩短脉冲宽度,增加峰值功率.因此,可以根据实际应用的需要选取符合要求的衍射延迟速率.

简述了红外场景产生的技术背景以及基于液晶光阀实现可见光到红外视频图像转换的模拟器的总体结构.重点介绍了一种适用于两种不同视场的红外光电系统测试与评估的动态红外场景模拟器光学系统的设计,其中包括变倍透镜的选择和准直投射光学系统的设计.从理论上分析了利用变倍透镜的变化写入不同放大倍率的可见光图像,来满足视场变化需要的方法;从光学指标的确定,结构、材料的选取到最终光学性能,阐述了准直投射光学系统的设计.此投射光学系统工作在8～12μm,焦距271.69 mm,视场为±4°,入瞳距150 mm,后工作距离139.2 mm,点列图和传递函数曲线表明此投射光学系统像质达到理想状态.最后分析了光学系统性能参数与指标要求的符合.在满足设计指标的前提下,和变焦系统相比,该光学系统结构简单、成本低、可行性高.

用二维快速傅里叶变换(2D FFT)方法处理干涉图时,由于该算法只能处理数字化的离散数据,且要求采样的数据序列长度必须是2的n次方,则数据分布区域必须是矩形区域,而一般干涉图的数据范围是圆形域,因此必须设法将圆形区域干涉图扩展延拓成矩形区域.提出了一种基于样本匹配的干涉图延拓的原理和方法,利用该方法对一幅实际干涉图进行了空域延拓,取得了满意的结果.结果表明,该原理方法具有较高的处理精度,为波面相位复原奠定了基础.

当前对由热效应引起的激光器及其光学元件变形和破坏问题的研究越来越受到国内外学者的重视.控制镜子温升的方法通常有改进水冷铜镜、采用半导体制冷、相变技术等.文中对这些方法进行了比较,重点阐述了多层水冷这一新技术.工程实践结果证明,该方法能有效地控制镜子温升,将镜面变形控制在一个很小的范围内,为解决阻碍高功率激光器发展的"瓶颈"-热效应问题,提供了有力的参考依据.

为了测试风云四号气象卫星扫描成像辐射计的扫描镜的动态运动精度,设计了一种高精度动态测角仪.该测角仪利用了扫描成像辐射计的可见光通道,采用622 nm的LED可见光,经过菲涅耳透镜投射到目标板上,然后充满投影光学系统的入瞳,利用光学成像分析像点位置及相互关系的方法来评价扫描镜的运动精度.介绍了该测角仪的投影光学系统、照明系统和系统总体的设计.

以红外空空导弹为背景,分析了导引头光轴稳定对导弹精确打击目标的重要性,介绍了动力陀螺、速率陀螺和捷联三种稳定导弹导引头光轴的典型稳定方案,并将前两种方案与捷联稳定方案进行比较,同时根据国外空空导弹的发展趋势和捷联稳定原理,运用横滚/摇摆伺服系统结构,提出了一种半捷联稳定方案,并在理想状态下进行了数学仿真验证.结果表明,该方案稳定导引头光轴的性能良好,可行性较强.

光学加工中边缘问题很难处理,数控加工也是如此.计算机数控能动盘光学加工技术具有高加工效率和抑制中高频能力,而小磨头光学加工技术则有很强的局部误差修正能力.介绍了将这两种数控光学加工技术处理大口径非球面镜面边缘区域误差修正的加工模型算法,并进一步结合二者特点提出大口径边缘加工组合工艺方法.首先使用能动盘加工技术初步磨削工件边缘,接着用小磨头技术进行局部修磨,再使用能动磨盘技术进行表面平滑.这种加工策略能够有效地实现工件边缘区域的定量磨削去除加工.对圆对称工件的细磨试验证明了这一点.

湍流是流体力学中公认的难题,目前仍缺乏可靠的湍流模型对复杂流场进行准确数值预测,使真实飞行器外绕流流场对所载光学系统的气动光学效应分析相当复杂和困难.在湍流球涡模型的基础上,结合湍流物理几何特性和计算流体力学结果,引入真实流场条件,建立了一个新的气动光学效应仿真模型,分析了部分光学系统参数、流场参数对气动光学效应的影响.该仿真模型能根据不同的湍流状况调整参数,并能得到气动光学效应的多种仿真输出.结果表明,该模型能直观快速地分析气动光学效应随光学系统参数和湍流部分动力学行为的变化规律,其结论能为系统设计、试验指导和后期图像校正提供理论依据.