将光线追迹方法用于高能激光能量计的系统设计中。针对锥形腔激光能量计后向散射问题, 使用光线追迹方法进行能量仿真模拟, 并将其结果与理论计算结果进行对比, 验证了该方法的可行性。同时将其应用于实际的高能激光能量计系统设计中。

介绍了基于GoogleEarth（GE）开发的飞行导航与航拍测控系统的研究与开发。分析了利用GE软件的航空测控方式, 有效地解决了在利用有人动力伞进行航拍过程中所面临的诸多问题。提高飞行测量的准确性, 减少飞行员的人为操作从而降低了飞行控制难度。利用GE地图资源, 实现了资源利用最大化和成本最小化等优点。

针对体壳单元混合建模过程中的自由度匹配问题, 研究了多点约束（MPC）方法的实现与应用情况, 并通过馈源结构的实例分析了MPC方法存在的应用问题, 验证利用MPC方法计算的精确性。结果表明: 通过MPC方法合理连接体壳单元具有非常高的计算精度, 但在载荷区域进行混合建模将增大误差。

对高功率微波脉冲的大气击穿进行了理论分析和数值模拟, 推导了单脉冲和重复频率脉冲两种情况下电子数密度的变化表达式通过计算给出了在不同大气压强、脉冲宽度以及重复频率的条件下, 高功率微波脉冲大气击穿阈值的变化规律。设计了高功率微波大气击穿实验系统, 并开展了实验研究, 实验的结果与数值模拟结果基本一致。

提出了可应用于3 mm波段回旋管的TE6, 2模式Denisov辐射器。以耦合波理论为基础, 给出Denisov辐射器的设计方法。结合3 mm波段边廊模回旋管的具体参数, 采用编制的数值计算程序, 优化得到该模式 Denisov辐射器, 辐射器全长52 mm。全电磁场仿真表明, 该辐射器切割边缘电流幅值降为汇聚中心点的10%。由其组成的模式变换器, 冷测结果好于Vlasov模式变换器。

理论分析了高阶模抑制型磁绝缘线振荡器（MILO）慢波结构, 推导了其各分区电磁场分布。通过对场分布的进一步分析可以发现, 角向开槽使得原始MILO结构中的两个简并的HEM11模式去简并, 分裂成为极化方向与开槽方向垂直或平行的两个模式; 通过改变慢波结构叶片间开槽角向位置相对关系, 可以破坏高阶模式之间π模谐振关系, 从而抑制高阶模式的起振, 使器件稳定工作在基模。

为了提高射频四极场加速器(RFQ)的束流传输效率, 需要对纵向分布不均匀的极间电压进行补偿, 并且准确测量束流实验中极间电压的绝对数值。考虑到极间电压分布不均匀是由于分布电容和端部效应造成的, 而采用调谐块可以调节分布电感, 通过电磁场数值模拟研究了调谐块对极间电压分布的影响, 最终极间电压的平整度被调整到优于95%。在束流实验中, 通过测量轫致辐射谱测定了极间电压的数值, 通过束流动力学模拟研究了多能峰产生的原因, 并最终标定了70 kV极间电压对应的输入功率值284 kW。

基于场发射的冷阴极微波电子枪兼具光阴极微波电子枪和热阴极微波电子枪的优点, 可望提供低发射度、低能散以及较高流强的电子束, 应用于自由电子激光等领域。介绍了这种电子枪的特点, 以及在中国工程物理研究院应用电子学研究所的研究进展。场发射通常要求非常高的电场强度, 通过对金刚石薄膜进行掺杂, 可以降低其有效功函数, 从而在相对低的场强下获得足够高的发射电流。结合场发射的特点, 从腔型、反轰、加速效率以及束流孔径等方面对冷阴极微波电子枪进行了设计, 并给出了初步的设计结果。利用粒子模拟程序对该电子枪的场发射情况进行了模拟, 结果表明有望获得发射度很低的电子束团。

通过开展测试方法验证实验和测试参数优化实验, 结合高能激光的快速发展要求, 完成了光学元件微吸收特性测量仪的固化设计, 并初步完成了测试系统的研制, 实现了高精度、大口径、多波长、多角度、反射式测量。开展了测试系统性能实验和光学元件的微吸收测试, 从测试结果来看, 研制的光学元件微吸收特性测量仪的测量精度达到了10-6。

为开展自由电子激光太赫兹技术研究, 研制出利用两路微波馈入的独立调谐热阴极微波电子枪, 建立了热测实验装置, 并进行了束流测试和电子反轰效应的热测实验研究。实验结果表明, 该微波电子枪出口处束流强度可超过500 mA, 电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化。

介绍了实验物理及工业控制系统EPICS与历史数据存档工具Channel Archiver。通过对Channel Archiver数据存档与检索模型的分析, 建立适用于THz-FEL装置的数据采集系统, 完成对实验数据的快速存取, 并使用Archive Viewer等数据恢复工具, 实现对历史数据的检索。为装置经过长时间运行而产生的大量数据提供方便快捷的存储与检索方式。

基于汤姆逊背散射的激光丝扫描（LW）方法作为无阻拦电子横向尺寸测量手段, 近年来广泛应用于高能对撞机和能量回收环直线加速器。为在连续模式下测量高平均功率相干强太赫兹源的直流光阴极电子枪（DC-gun）电子束横向束斑, 本文提出了一种基于驱动激光器分束的高重复频率, 较低脉冲功率的新型LW系统。通过理论及模拟分析, 证明该系统相对于常规LW系统具有成本低、精度高、探测时间短、对电子束影响小的优势, 并给出了用于自由电子激光太赫兹（FEL-THz）装置DC-gun出口电子束LW系统的实验设计。

根据光阴极直流高压电子枪超高真空和高电压工作特点, 采取技术措施, 金属腔体采用大通径、短管设计, 利用非蒸散型吸气剂(NEG)泵的抽气, 封闭储气空间预置排气通道, 电极系统增加中间电极, 降低系统峰值场强, 采用均压环非均匀分布, 在绝缘子内表面获得更加均匀的场分布。结果表明, 腔体真空度已小于5×10-9 Pa, 电压可升至300 kV。

根据波荡器物理参数的要求, 主要设计了磁块与磁极的尺寸公差、装配方式、永磁性能指标及永磁测量系统。束流方向上磁块与磁极尺寸公差分别为0.05 mm和0.02 mm, 磁块与磁极独立装调, 利用亥姆霍兹线圈和磁场积分法测量磁块性能。最后设计了机械与控制系统。其中, 横梁与支架形变分别为1.5 μm和7.5 μm。间隙调节范围18~32 mm, 调节精度和锥度分别为0.01 mm和0.015 mm。

讨论了高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器的物理设计, 在确定了波荡器周期、周期数、峰值磁场强度范围和调制参数范围等总体参数后, 选用混合型Halbach结构为波荡器的基本结构, 永磁块长宽高为8 cm×1.3 cm×6 cm, 磁极长宽高为5 cm×0.6 cm×4.8 cm。波荡器工作在变间隙模式下, 间隙为1.81~3.05 cm时, 波荡器峰值磁场为0.529~0.184 T, 好场区为3.02~2.13 cm。同时, 考虑到波荡器磁场误差对自由电子激光的影响, 提出了波荡器各参数误差, 并对波荡器端部设计进行了重点讨论。

GaAs光阴极在进行Cs-O激活前, 激活层表面必须达到原子级洁净。最常用且最有效的洁净方法是高温热清洗法。然而, 在热清洗过程中对处在真空系统中的光阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。采用ANSYS软件对GaAs光阴极热清洗过程进行热分析, 得到光阴极表面的温度分布, 并讨论该温度分布情况下激活得到光阴极的量子效率分布。

采用氧过量YOYO激活工艺对经高温清洁的砷化镓（GaAs）晶片进行激活, 测量其量子效率和在激光及背景光照射下的使用寿命, 得到了4.66%的量子效率; 在电子枪中的实验获得了平均流强大于1 mA的束流。分析了真空度、高温清洁温度、铯氧激活工艺等因素对GaAs光阴极初始量子效率和使用寿命的影响。

设计一种紧凑型重复频率快前沿Marx发生器, 采用3.3 nF陶瓷电容器作为储能电容, 螺旋形空芯电感作为充电电感, 通过各级气体火花开关迅速放电在负载上建立了陡化前沿的输出电压波形。将电容器、气体开关、充电及隔离电感设计为同轴一体化结构, 整个Marx发生器放置在一个密封的金属圆筒内, 通过充氮气或者六氟化硫气体来绝缘。在考虑开关电极分散电容、回路电感等因素基础上, 利用自击穿火花开关模型建立了等效放电电路模型, 并利用PSpice电路模拟软件进行了数值模拟。在理论分析的基础上, 通过优化电路结构, 完成了12级Marx发生器的设计与研制。在50 Ω电阻负载上获得了电压150 kV、脉宽30 ns、上升时间10 ns的脉冲波形, Marx发生器可60 Hz重复频率运行, 与模拟结果基本一致。

Marx发生器作为高功率微波辐射系统的驱动源, 较易实现高输出峰值电压、结构紧凑、体积小, 在系统小型化研究方面占据优势。介绍了紧凑型重复频率Marx发生器的结构特点, 通过理论分析和实验研究, 研制1台14级重复频率Marx发生器。采用正负双边恒流充电及全电感隔离, 减小了能量损失, 提高了Marx发生器工作重复频率。采用火花间隙开关和Marx绝缘一体设计, 省略电容充电对地回路, 使整个系统结构更加紧凑、简便, 整个Marx发生器被放置在一个密封的金属圆筒内, 圆筒内充SF6气体进行高压绝缘。通过调试, Marx发生器实现稳定、重复频率工作, 充0.16 MPa的SF6时, 输出电压约为475 kV, 脉冲前沿约为20 ns, 可以在重复频率1~20 Hz下稳定运行。

设计了一种辉光放电触发双级赝火花开关, 主要是阴阳电极、中间栅极和辉光放电腔的设计。通过增加中间栅极, 构成双级结构, 选用平板形结构, 板厚1.5 mm, 栅极孔尺寸1 mm, 三个栅孔均匀分布在直径5 mm的圆环上。辉光放电腔设计工作区域为Paschen曲线最低点左侧, 具有放电电流大、触发电压低等特点。实验表明: 双级赝火花开关需采用RC外均压电路, 使阳极电压在两间隙中均匀分配。在充电1~57 kV条件下, 开关均能可靠触发导通。当阳极充电57 kV时, 在50 Ω负载上获得了约56 kV、抖动1.4 ns的输出。

研制了一套紧凑型脉冲功率源系统, 用于驱动低阻抗磁绝缘线振荡器（MILO）。脉冲功率源采用Marx发生器技术路线, 由10级电容和开关组成, 单级电容为100 nF/100 kV电容, 开关采用环形轨道气体火花间隙开关, 通过紧凑型结构设计, 降低系统回路电感, 采用电阻作为级间放电的隔离元件, 整个Marx发生器系统放置于变压器绝缘油中, 以实现高压绝缘。Marx发生器系统充电电压为±50 kV, 总储能5 kJ, 在12 Ω的水负载上可以获得600 kV, 50 kA的脉冲输出, 脉冲上升时间小于100 ns。系统尺寸为1.2 m×0.5 m×0.6 m。基于该低阻抗脉冲功率系统, 直接驱动低阻抗磁绝缘线振荡器。在二极管电压约450 kV, 电流约40 kA 条件下, 测得辐射微波功率约400 MW, 微波脉宽约 60 ns, 微波频率1.23 GHz, 辐射微波模式为TM01模。

为实现快速高分辨的哈特曼波前测量, 研究了基于Fourier变换的波前重构方法。在软件设计和代码实施基础上进行了时间性能统计分析, 采用模拟数据和实际斜率数据进行波前重构, 并将重构结果与VMM方法获得的结果进行了比较, 分析其误差产生的原因及噪声的统计特性与误差空间分布的关系。仿真和实验结果表明, FTR方法具有从斜率数据准确重构出波前的能力; 相对VMM方法FTR拥有更优的时间性能; 基于相同的斜率FTR方法重构出波前与VMM方法的差别主要分布在孔径的边缘, 在附加在斜率测量上的噪声具有零平均的性质时, 最有可能获得一致的波前。

在对动态目标闭环跟踪过程中, 目标中心线的提取对目标的定位以及实时姿态判定有着重要影响, 是实现高精度定位以及姿态判定的重要依据。根据Hessian矩阵在微分几何中的意义以及动态目标的成像特点, 提出一种基于Hessian矩阵本征分解的目标中心线提取算法。算法在分割出目标的基础上, 进行欧氏距离变换并建立关于目标的灰度Hessian矩阵, 对Hessian矩阵进行本征分解, 获取目标中心的初始点集, 对这一点集采用随机采样一致算法进行野值剔除, 最终拟合出目标的中心线。为了验证算法的有效性, 设置了评价机制, 并和前人提出的若干算法进行了对比, 仿真实验表明该算法具有较高的稳定性和准确性。

采用工字型光学平台、调平支腿与钢丝绳弹簧进行有机组合, 设计了一种分体型COIL光学谐振腔支撑致稳系统。首先建立了工字型光学平台的有限元分析模型, 以提高系统的第一阶固有频率、最大化材料利用率为目标, 开展结构优化分析与设计, 并对光学平台优化设计结果进行了验证, 结果表明, 优化设计是有效的, 提高了光学平台的第一阶固有频率, 优化了材料的分布情况。进一步, 建立了支撑减振致稳系统的动力学模型, 对平台系统的减振致稳性能进行了评估, 分析了钢丝绳弹簧大阻尼比特性对平台系统减振致稳性能的影响, 结果表明, 钢丝绳弹簧较大程度上提高了平台系统的减振致稳性能。

提出一种小波域的维纳滤波方法对锥束牙科CT断层图像进行降噪。该算法以db4小波作为分解小波对CT图像进行分解, 在分解后的每个子带再进行维纳滤波, 并根据图像的区域统计特性对每个子带的局部均值和噪声方差估计参数进行了调整。利用降噪后的小波系数重构图像, 得到降噪后的CT断层图像。通过计算机仿真及锥束牙科CT的真实数据测试表明, 本文采用的方法有效抑制了图像噪声, 提高了图像的信噪比, 明显改善了图像的视觉效果。

按照激光放大器能量传输和转化过程, 利用激光速率方程和氙灯辐射方程、光线追迹软件等理论方法和分析计算工具, 对氙灯泵浦钕玻璃激光放大器进行储能效率和能量转换环节的理论分析以及定量、半定量计算, 系统分析各种能量转化与损耗因素对放大器储能效率的影响。理论研究的成果与放大器实验考核的结果相一致。

通过对EPOLL机制的特点和应用方法进行研究, 提出了一种Linux下基于EPOLL机制的海量网络信息处理模型, 着重讨论了多线程情况下的线程同步和数据访问机制问题, 并给出了Linux/QT平台上模型的具体实现步骤。在大规模网络连接的应用场合, 本模型具有较好的时效性和数据安全性。

推导了偏振相干合成后任意方向检偏的光强受束间相位差调制的解析表达式, 并通过实验验证了表达式的正确性。开展了基于偏振鉴相的相干合成实验研究, 用梯度下降算法锁定了两束激光的相位, 获得了稳定的输出功率, 验证了基于偏振鉴相的相干合成技术可行性; 分析了基于偏振鉴相的相干合成技术的优点和对激光器的要求; 提出了一种基于偏振鉴相的可定标放大全口径相干合成方法, 采用多探测器和多级并行相位调制的方法, 解决了随机并行梯度下降（SPGD）算法闭环带宽随合成光束数增加而快速退化的问题。

光学成像和光信息空间传输等领域需要对天空背景特性进行定性或定量的研究。Modtran等模拟计算方法无法有效模拟复杂多样的气候条件和地理环境。建立专门的测量装置获取天空背景光谱特性参数, 与理论模型计算结果进行了比对, 分析了两者的一致性和差别。通过观测数据得出: 在天空比较均匀的环境中, 天空光谱亮度通常随着太阳角的增大而减小, 当观测方向接近地平面时（大约同地平面夹角小于30°）, 天空亮度随着太阳角的增大而增大; 在晴朗无云的天空中, 光谱亮度分布偏蓝, 天空亮度主要集中在短波段部分; 在阴天和有云天观测到的天空亮度光谱明显红移。

简要叙述了机载激光雷达系统的各个组成部分, 并分析了系统的误差因素, 在此基础上结合绵成乐城际铁路牵引站线路工程实际数据对不同基站数与机载全球定位系统(GPS)进行差分处理, 对得到的飞行航迹的正反算离差值均值、分布图以及照片位置精度进行详细比较分析, 最后得出提高数据精度的地面基站布设方案。

针对结构优化技术对于产品设计的重要性进行了概述, 并以某个光学平台台面为研究对象, 分别以其静变形位移和第1阶固有频率作为优化约束条件, 开展了优化分析, 得到了一种成功的优化模型。通过几种优化结果的比较, 对于开展结构优化设计工作有了明确的认识, 为今后的工作提供了新的方向。

针对实际安装和实验的光腔盒底座, 以两种约束方式对真实边界条件进行模拟, 通过仿真计算分析两种约束边界对结构动力特性的影响。开展模态实验分析, 测得前六阶模态参数, 与仿真结果对比, 分析底座结构的振型特点以及底部固定情况与顶端波纹管的连接效果。结果表明, 光腔盒底座的连接刚度较低, 小波纹管对光腔盒的约束作用相对底面约束弱很多, 不会改变模态规律。

建立了一种嵌入式波前处理与控制系统的架构模型, 实现对波前畸变的实时测量、重构与校正, 并给出了重构与控制算法的理论分析。针对系统设计, 引入全数字化设计思想, 利用数字电路在底层硬件中完成海量数据计算处理与控制参数生成, 讨论了高速波前处理模块与驱动控制模块设计。系统利用嵌入式自适应控制手段, 可完全工作于无人值守模式, 实现对激光系统光束质量的实时闭环控制。

采用ANSYS有限元方法分析了光学平台的自由模态, 并以有限元结果作为参考, 完成了实际工况下的模态实验, 识别了平台整体结构的模态参数, 得到了平台在垂向和横向的一阶频率, 频率值分别为126.77 Hz和361.427 Hz。根据分析, 该平台的刚度满足光学试验的要求。

基于激光惯性约束聚变对冷冻靶燃料冰层质量的要求和红外光热效应原理, 研究了红外光对球形冷冻靶燃料冰层结构和空间分布的影响。研究结果表明: 在波长为3140 nm, 输出功率为100 μW的红外光辐射加热作用下, 冷冻靶燃料冰层在结构上逐渐由多晶向准单晶转变, 在空间分布上逐渐变得均匀, 其光学图像上的表现为出现了背光亮环。通过对亮环的分析计算, 获得了其冰层的均方根粗糙度值。

介绍了某测控系统半实物仿真平台的设计方法。硬件平台采用通用计算机和PCI接口板卡组建, 真实模拟测控接口的电气特性。系统按测控系统实际通信机理, 包括基于共享内存通信、CAN通信等工作, 模拟了相关分系统的控制接口功能。该平台成功应用于测控系统的集成调试/测试, 为控制系统提供了很好的调试检验平台, 达到了完善系统功能, 提高系统研制质量的预期目的。

软件测试是保证软件产品质量的一个重要手段, 其中测试用例的设计是软件测试的关键。以指控分系统软件测试为例, 详细介绍了软件黑盒测试的几种方法, 以及如何采用黑盒测试技术来设计切实可行的测试用例, 实践证明, 应用这些黑盒测试技术在该系统软件测试的用例设计中, 极大地提高了测试效率, 取得了较好的效果, 具有一定的推广价值。

对激光发射系统内的衍射效应进行了模拟计算, 利用菲涅耳衍射积分公式的二维傅里叶变换形式, 并采用快速傅里叶变换计算方法, 讨论了使用快速傅里叶变换计算时二次相位因子满足采样定理的条件, 提出了适用于不同传输距离的计算方法, 重点对初始光束强度调制对激光传输的影响进行了详细分析。

介绍了MVC模式各部分的功能和关系, 针对指控系统的业务需求特点, 提出了一个基于MVC模式的指控系统关系模型。基于此模型, 针对某试验指控系统软件的研制需求, 进行了软件总体架构设计, 并在Linux环境下, 利用QT开发平台完成了指控软件的设计与实现。

在需要对目标进行实时跟踪瞄准的火控系统设计、论证与分析中, 经常要估算目标运动的角速度、角加速度及其变化规律, 以作为跟踪系统设计的依据, 但目前很难找到针对此类问题的系统性论述。为此, 以经常涉及的空间远程目标为对象, 从理论上对地平式跟踪系统中目标运动的角速度、角加速度、最大角速度、最大角加速度等物理量进行了严格推导, 给出定量的计算公式, 并将理论计算结果与对某目标的实测数据进行了比较, 证明了理论公式的正确性。从推导过程看, 所得公式同样适用于近程目标。