Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTS)材料具有与Cu(In,Ga)Se2(CIGS)材料相似的光学性质和半导体性质, 且原料丰富, 是CIGS薄膜太阳电池重要的后备材料。有关CZTS薄膜制备工艺的研究和电池器件转换效率提升的研究正成为本领域新的研究开发热点。目前, 有实力的薄膜太阳电池研究队伍已经针对CZTS薄膜太阳电池开展了持续的研究, 试图通过不同的CZTS吸收层制备方式和优化电池组装工艺过程, 进一步提高CZTS薄膜太阳电池的光电转换效率。文章阐述了CZTS材料特性, 着重介绍了目前国内外所采用的CZTS薄膜制备方法, 详细讨论了各种薄膜沉积技术的优缺点。最后展望了CZTS 电池的发展趋势。

随着光电振荡器(OEO)技术的飞速发展, 改善光电振荡器的相位噪声成为了一个新的研究和发展方向。文章在对光电振荡器的工作原理和特性进行阐述和分析的基础上, 对降低光电振荡器相位噪声的技术手段和方案进行了总结, 分析了各种方案的基本原理及性能指标。讨论了制约光电振荡器进一步降低相位噪声的因素, 提出了可能的发展方向和改进措施。

利用现有外延材料生长技术和器件工艺技术, 生长了背照式AlxGa1-xNpin外延材料, 并用生长的材料制作了日盲紫外探测器, 测试结果表明器件在0V偏压下抑制比达到了6400。在此基础上, 较详细地分析了偏置电压、p-AlxGa1-xN载流子浓度和Al组分、极化效应对背照式AlxGa1-xNpin日盲紫外探测器抑制比的影响及非日盲光生载流子的限制机制。分析表明, 提高p-AlxGa1-xN载流子浓度和GaN/AlxGa1-xN异质结极化强度是现有技术条件下提高器件抑制比的有效途径。

分析了铌酸锂多功能集成光学器件的偏振消光机理, 设计和制作了高芯片偏振消光比的铌酸锂多功能集成光学器件。器件采用切断部分输入直波导后在切断端面选择性镀阻光膜的结构以截断射入衬底的辐射光, 与芯片耦合后实现了高于85dB的芯片偏振消光比。制作的器件插入损耗小于3.5dB, 分光比为48/52~52/48, 半波电压Vπ小于3.5V, 尾纤偏振串音小于-33dB; 在-55~+85℃全温范围内, 损耗变化量小于0.2dB,分光比变化小于1%, 尾纤偏振串音小于-27dB, 能够满足工程化应用需要。

基于模式耦合理论, 采用基于光纤布拉格光栅(FBG)的二层圆光波导模型, 通过转移矩阵法实现数值仿真得到升余弦变迹FBG在几种典型非均匀温度场下的反射谱。处于非均匀温度场下的FBG其纤芯、包层的有效折射率及光栅周期都会发生非均匀变化, 因此其反射谱结构也会发生相应变化。仿真结果表明: 非均匀温度场中升余弦变迹FBG反射谱与其温度梯度系数ΔTmax有很大关系, 与均匀温度分布相比, 其反射率明显下降, 反射带宽明显展宽, 反射峰出现分裂以至振荡; 最大反射率随ΔTmax的增加呈非线性减小, 其对应波长与温度梯度系数ΔTmax成正比, 且不同的温度场对应不同的变化率, 如线性温度场中其变化率约为0.004nm/℃, 中心对称二次方分布温度场中变化率为0.0065nm/℃。研究结果对于升余弦变迹FBG实现非均匀温度场的测量有重要意义。

设计了一种基于法布里-珀罗(FP)标准具的双环路光电振荡器(OEO), 该振荡器能将连续的光功率转换为稳定的频谱纯净的微波信号。FP标准具具有滤波的特性, 因此可以替代普通OEO中的电滤波器从而降低电噪声, 此外, FP标准具是一种高Q值的光学器件, 可以缩短普通OEO所使用的光纤长度。双环路结构的引入能够更好地保证振荡器的单模输出, 进一步降低相位噪声。仿真结果证明这种新型结构的OEO可以实现20GHz范围内振荡频率为15GHz的单模起振, 边模抑制比超过150dB, 使用的两条光纤环路长度分别为5m和36m。

运用模式理论研究分析了单模光纤法布里-珀罗传感器(EFPI)在白光条件下的输出干涉谱, 理论推导出反射光干涉光谱的归一化函数表达式, 分析得到输出干涉谱受法布里-珀罗腔的腔长和耦合系数的相位变化的共同影响, 并与传统几何光学的方法相比较。通过计算机仿真, 可以清晰看出各参数与输出干涉谱的关系。其研究结论为高精度和高准确度的法布里-珀罗系统的实现提供了更为精确的理论基础。

对光纤陀螺(FOG)中的光纤环建立了三维柱坐标模型, 通过ANSYS Workbench 软件, 结合实际检测到的光纤环温度, 采用有限元分析法对光纤环在各种温度条件下的内部温度场分布进行了模拟仿真, 得到光纤环中各层、各圈的时间-温度变化曲线; 利用光纤环中温度场分布的仿真结果, 及温度瞬态效应相关的热致非互易相位变化理论, 编写相关算法,计算出光纤环由温度变化带来的温度漂移; 将模拟仿真的温度漂移与陀螺实际输出进行对比, 验证了所有模拟仿真工作的正确性, 从而对绕环工艺起到理论指导的作用。

采用有限元方法模拟了LED集成封装光源和LED远程荧光集成封装(LED RPIP)光源各部分的热量分布。通过结合模拟和实验数据分析得到: 随着LED结温升高, 荧光粉温度随之上升, 发光性能不断衰退, LED硅胶板和LED远程荧光板温度从室温35℃分别升高到73.794和73.156℃, 光源光通量分别降低了30.53和22.39lm。最后得出硅胶板和远程荧光板中荧光粉发光性能分别下降了0.943%和0.78%。

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱外延结构, 高分辨率X射线衍射测量结果显示, 量子阱结构界面清晰, 周期重复性很好, InGaN阱层的In组分约为 0.2。利用该外延结构制备的InGaN/GaN多量子阱太阳电池的开路电压为2.16V, 转换效率达到了0.64%。器件的I-V测量结果显示, 在光照条件下, 曲线的正向区域存在一明显的“拐点”。随着聚光度的减小, I-V曲线的“拐点”逐渐向高电压区域移动, 同时器件的开路电压也随之急剧下降。通过与理论计算对比, 发现器件开路电压的下降幅度明显大于理论计算值。进一步分析表明, InGaN量子阱的极化效应不仅是I-V曲线产生拐点以及器件开路电压下降过快的主要原因, 也是影响氮化物太阳电池性能的关键因素之一。

在简要分析二维位敏探测器工作原理的基础上, 详细介绍了一种大面积枕型二维位敏探测器的结构设计和制作工艺。对器件响应度、暗电流、位置分辨率, 以及位置线性度等性能参数进行了分析。测试结果显示, 器件在峰值波长λp=930nm处的响应度达0.63A/W, 暗电流小于300nA(VR=10V), 位置分辨率小于10μm, 位置非线性度小于5%。

简要介绍了基于故障物理的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems, 微电子机械系统)可靠性研究方法和技术路线。以电容式RF MEMS开关为例, 介绍了基于故障物理的MEMS可靠性研究方法的主要步骤, 包括: 采用多物理场3D有限元模型研究MEMS器件的行为, 应用MEMS器件的行为模型和失效物理试验技术研究其失效机理, 引入优值建立了通用的MEMS器件失效预测模型。

研制了一种高速高灵敏的光电耦合器芯片, 其中含有以Nwell-Pepitaxial-Psubstrate为模型的光电探测器(PD)、跨阻运放(TIA)以及后续的处理电路。详细分析了PD的模型, 并对其频率响应做了理论推导和仿真, 设计了跨导运放的电路, 并对其进行了仿真验证。实测结果表明, 当光电流为12.2mA时, TIA模块的灵敏度可达2ns, 整片的响应时间为205ns和155ns。该光电耦合器适用于高速、高灵敏度的智能控制仪器及通信系统。

强流技术的基本问题之一是它的空间电荷和束流的稳定性。利用片状束在周期场中的聚焦和输运可将问题减至最小。引入非线性和运动阻尼, 在经典物理框架内, 把周期场中片状束的冷腔运动方程化为广义的Mathieu方程。利用Melnikov方法分析了系统的次谐分叉和 Smale 马蹄混沌; 并对系统的临界条件进行了讨论。结果表明, 系统稳定性与它的参数有关, 只需适当调节参数原则上可以保证系统的稳定性。

介绍了两种长期储存寿命的考核方法, 通过对晶体管输出型光电耦合器进行加速寿命试验, 记录数据并进行统计分析, 利用寿命模型推算出了晶体管输出型光电耦合器常温下的储存寿命。

通过沉积SiNx薄膜和H2退火表面处理工艺对低成本多晶硅太阳电池进行了处理, 对表面处理前后的电池效率进行了对比测试, 详细地研究了这两种表面处理工艺对电池的短路电流、开路电压、填充因子和转换效率的影响。实验发现, 沉积了SiNx薄膜的低成本多晶硅太阳电池的效率在原有基础上提高了1.8%左右; 而经过H2退火后的电池效率则出现了效率衰减。与此同时, 对成本相对高的太阳能级多晶硅电池也进行了H2退火, 与低成本多晶硅电池相比, 其效率增加明显, 与低成本太阳电池呈现了相反的现象。最后分析了两种表面处理工艺对电池性能造成影响的原因。

利用半导体材料波长易调节的特点, 设计了AlGaInAs/GaAs/AlGaAs压应变量子阱结构, 得到760、800、860、930和976nm 5个波长激射的半导体列阵激光器, 同时设计了4个短波通滤波片参数, 开展了半导体列阵激光器的多波长光束复合技术的实验研究, 最终实现了5个波长的半导体列阵激光器的光束复合, 得到112W的激光功率输出, 总体效率为88.5%, 其中波长复合效率达92.4%, 输出聚焦光斑尺寸为136μm×1330μm, 聚焦光功率密度达6.43×104W/cm2。

利用光纤光栅反射偏振相关损耗对外力场信息的变化进行监测, 提高了测量性能, 并研究了光纤布拉格光栅(FBG)反射偏振相关损耗(RPDL)随外界条件的变化。运用耦合模理论得出外界条件变化量与反射偏振相关损耗间的关系式, 并模拟了温度、应力、压力的改变对反射偏振相关损耗谱线的影响。仿真结果表明: 光纤光栅反射光的偏振相关损耗对外界温度、应力的变化不敏感, 但却明显地依赖外界压力的变化。

采用自适应遗传算法对pin光探测器小信号等效电路模型的参数进行了提取, 用提取到的模型参数计算得到的S参数与实际测试的S参数进行了比较,为进一步说明提取到的数据的合理性, 采用ADS仿真得到了高频处的S参数。

针对大功率LED阵列的热控问题, 提出了一种内凹形(“Ω”形)铜基微通道热沉, 并采用数值模拟(CFD)方法分析对比了其与常见矩形微通道热沉的性能。此外, 还对其在不同流速、进口水温、热流密度下的单相对流传热、流动性能进行了研究。结果表明, 该内凹形微通道较常见的矩形微通道热沉, 通过减少泵功损失获得了更高的综合性能; 采用较高的流速和较小的进口水温能够提高其换热性能, 增大热沉底面温度均匀性, 从而提高LED的寿命和稳定性; 雷诺数约为300时, 层流向湍流转捩。

采用真空热蒸发(VTE)的方法制备了CdS多晶薄膜, 研究了不同衬底温度对其微观结构与光电性能的影响。结果显示, 不同衬底温度下制备的CdS薄膜均属于六方相多晶结构且具有(002)择优取向; 随着衬底温度的升高, (002)特征衍射峰强度增加, 半高宽变小, 相应薄膜结晶度增大; 由CdS薄膜的透射光谱可知, 在500~1000nm波段平均透过率均超过80%, 光学带隙随着衬底温度的升高而增大(2.44~2.56eV), 表明真空热蒸发方法制备的CdS薄膜可以作为CIGS薄膜太阳电池的缓冲层。将真空热蒸发法制备CdS薄膜与磁控溅射法制备CIGS薄膜太阳电池相结合, 在同一真空室内得到了CIGS薄膜太阳电池器件, 为CIGS薄膜太阳电池的工业化推广提供了新途径。

以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原材料, 采用水热法合成了BiVO4可见光催化材料, 并采用XRD、SEM和UV-Vis等对合成产物的物相结构、形貌、光吸收性能以及光催化性能进行了研究。研究表明,反应体系的pH值对合成产物的物相结构具有重要的影响, 在酸性和弱碱性条件下可获得具有不规则纳米片状形貌的单斜白钨矿结构BiVO4晶体。合成产物对波长小于525nm的光具有强烈的吸收。水热条件的不同直接影响着产物对甲基橙溶液的可见光催化降解性能, 在Bi∶V比例为1∶1, 同时pH值为3.08并于160℃下水热处理1h所合成的BiVO4晶体对甲基橙溶液具有最佳的可见光催化活性。

引入正弦平方势, 把掺杂超晶格中电子的运动问题化为带有大参数的Schrodinger方程。利用WKB近似和Langer变换, 找到了系统的本征值和本征函数, 并计算了掺杂超晶格电子的带内跃迁。结果表明, 电子在相邻能级之间的跃迁能量大约在毫电子伏量级, 而相应频率位于太赫兹附近。

基于热电制冷热力学循环分析了热电制冷器正常工作的温度条件, 以及两种极限工况性能受工作温度条件的制约关系。优值系数是热电制冷器性能的内在制约, 散热和温度条件则是热电制冷性能的外在制约,热电制冷元件工作的温度特性与电子元件工作的理想温度条件是非常适应的。基于热电制冷的主动冷却技术对高热流密度电子集成部件的封装散热具有重大意义。

为了研究多掺杂一维各向异性光子晶体的光学特性, 采用传输矩阵法计算了光波通过多掺杂一维各向异性光子晶体的透射率。经数值模拟得到: 光通过该结构光子晶体后, TE波和TM波的透射谱中随掺杂层个数的变化出现了单、双及多缺陷模, 禁带中缺陷模的个数随掺杂层数的增大而增多, 缺陷模的位置随掺杂层光学厚度的变化向短波方向移动, TE波和TM波的缺陷模能完全分开, 透射谱的这一特点为设计制作单、双通道滤波器提供了理论依据。

基于介质薄膜理论, 设计了含对称缺陷的一维光子晶体结构, 用传输矩阵法研究了该对称缺陷晶体的带结构及缺陷模的变化特点。结果显示, 随缺陷层个数增大, 缺陷模的峰值会增大, 宽度会变窄; 随缺陷层厚度增大, 缺陷模会向长波方向移动, 在一定厚度下会出现多缺陷模特点。随周期单元个数变大, 缺陷模个数会减少, 最终获得一窄带缺陷模。随周期单元厚度增大, 禁带宽度明显变宽, 缺陷模会变宽并出现右移特性。这些结果对设计新型光子晶体器件有着重要意义, 如实现光波滤波器的可控选频、频带缩放功能等。

研究了倒装芯片中UBM制备和焊球回流工艺流程。通过改变阻挡层Ni和浸润层Cu的厚度, 结合推拉力测试实验, 探究了SnAgCu焊点剪切强度的变化规律。研究结果表明, UBM中阻挡层Ni对SnAgCu焊点的力学性能影响最大, 而浸润层Cu厚度的增加也能提高SnAgCu焊点的力学性能。进一步对推拉力实验后的焊点形貌进行了SEM观察和EDS分析, 得到了焊盘剥离、脆性断裂、焊球剥离、韧性断裂四种不同的焊点失效形式, 代表着不同的回流质量, 而回流质量主要由UBM的成分和厚度决定。研究结果为倒装焊工艺的优化提供了理论指导。

应用不同频率的YAG激光分别对单晶硅及多晶硅衬底上的非晶硅薄膜进行了退火处理。晶化后的非晶硅薄膜的物相结构和表面形貌用XRD和AFM进行分析。XRD测试结果表明: 随着激光频率的增加, 两种衬底上的非晶硅薄膜晶化晶粒尺寸均出现了先增加后降低的现象。所有非晶硅样品的衍射峰位与衬底一致, 说明非晶硅薄膜的晶粒生长是外延生长。从多晶硅衬底样品的XRD可以看出, 随着激光频率的增加, 激光首先融化衬底表面, 然后衬底表层与非晶硅薄膜一起晶化。非晶硅薄膜最佳晶化激光频率分别为: 多晶硅衬底20Hz,单晶硅衬底10Hz。

在利用电迁移现象制备铝纳米线的过程中, 铝纳米线的生长位置取决于铝原子的积聚位置。为实现铝原子积聚位置控制, 基于纳米压痕技术改变试样中铝膜的横截面结构, 制备了铝膜试样。通过输入并调节直流电大小使铝膜内产生电迁移现象。试验结果表明, 纳米压痕技术可有效提高局部区域的电流密度, 显著增强铝原子的电迁移强度, 并在压痕区域出现铝原子积聚现象。

由于水冷散热器体积小, 流体在散热器内流动形式复杂, 使散热器设计加工和性能测试在常规条件下有一定局限性。通过建立微通道水冷散热器三维模型, 运用ANSYS软件对影响散热器性能的因素(进口水温、环境温度、进口流速)进行了模拟分析, 得出了不同条件下芯片工作时的温度场分布, 为后续微通道水冷散热器的优化设计提供了理论依据。

基于SCG(4,k)码的构造方法对SCG-LDPC码进行优化改进, 构造一种适用于光通信系统的新颖LDPC(3969,3720)码, 通过增大其码长, 构造码率为95.1%的新颖SCG-LDPC(6561,6240)码, 使其码率更符合光通信系统的高码率要求。并用SCG-LDPC(6561,6240)码与码率为94.5%的BCH(127,120)码进行级联, 构造出一种新颖的BCH(127,120)+LDPC(6561,6240)级联码。仿真分析表明: 在误码率为10-7时, 新构造的BCH(127,120)+LDPC(6561,6240)级联码的净编码增益比已广泛应用于光通信系统的经典RS(255,239)码和SCG-LDPC(6561,6240)码分别提高了2.27dB和0.49dB。因而该级联码更适合于光通信系统。

针对移动信标光跟踪系统的高精度和高稳定性的要求, 设计了移动信标光跟踪仿真系统。采用双DSP和两轴精密转台搭建了粗跟踪的硬件平台。采用中值滤波来消除光斑图像的噪声干扰, 质心算法实现对光斑位置的精确提取。采用仿人智能PID控制来改善系统动态跟踪性能, 增强了系统对不确定因素的适应性。进行了模拟仿真台运动下的二维动态跟踪实验, 实验结果表明跟踪系统有较好的跟踪精度。

分析了在弱湍流信道模型下基于开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的多输入多输出自由空间光 (MIMO-FSO) 通信系统模型。首先推导了各调制方式下单输入单输出(SISO)系统的误时隙率(SER)计算公式, 以此作为参考, 在独立同分布的条件下, 推导出MIMO-FSO系统的平均SER计算公式, 并用数值仿真的方法, 分析了它们的平均SER性能。仿真结果表明, 在弱湍流信道模型下, PPM可获得最好的SER性能, 采用MIMO方法能有效提高FSO系统的平均SER性能。

研究了四象限精跟踪光轴检测模型, 推导出大气环境下系统固有分辨精度与细分精度的关系, 在此基础上指出提升检测系统固有分辨率的方法, 有效降低光强闪烁影响; 同时, 讨论了大气湍流误差、背景光学误差、电子干扰误差产生的原因以及与系统信噪比之间的关系, 针对不同误差给出相应补偿办法并进行仿真。仿真结果表明, 背景光误差与信标光信噪比、光轴偏差量直接相关; 减小系统滤波器带宽, 可抑制电子干扰误差; 弱大气湍流条件下, 增大接收光学口径, 能有效抑制信号衰落。

对光分组交换中波长共享(SPC)、链路共享(SPL)和节点共享(SPN)的结构进行了理论分析, 推导出三种结构的丢包率公式, 并对其系统丢包率与负载、输入光纤端口数和每纤波长数的关系进行了数值计算。结果表明: 在相同的波长转换器数目(没有达到极限值)时, SPN结构的丢包率低于SPL的丢包率, 并且在接近极限值时, SPN结构所需要的波长转换器数目也小于SPL结构所需要的波长转换器数目。

针对无线传感器网络节点能耗不均匀, 容易形成网络分区的问题, 提出了一种基于博弈论的无线传感网络路由选择策略, 建立传感器节点之间以剩余能量为效用的博弈模型, 求解并确定节点剩余能量最优的路由。仿真结果表明, 所提出的路由选择策略可以有效地最大化节点的剩余能量, 同时当该模型处于纳什均衡解时, 每条路径的能耗处于均衡状态, 有效地利用了传感器节点的能量资源, 避免了网络能量的空洞, 延长了网络的生命周期。

由于光色散以及电子器件速率的限制, 自由空间光通信(FSO)系统传输速率受限, 误码性能不理想。为了充分发挥FSO的潜力, 支持更高的信息传输速率和改善系统误码特性, 将OFDM与FSO这两项较成熟的技术相结合, 对系统进行建模并利用Matlab软件对FSO-OFDM系统进行性能仿真, 验证了FSO-OFDM系统采用不同调制阶数、不同子载波数、不同保护间隔长度下系统的误码性能, 为系统参数的合理选择提供了理论依据。

高功率、超远距离的光通信需要选择合适的调制解调方式, 调制方式的选择是由系统的信道特性来决定的。PPM(Pulse Position Modulation)调制由于其功率利用率较高、传输效率高和抗干扰能力强等优点在光通信系统中被广泛应用。介绍了PPM的三种调制形式, 并且对PPM调制系统的组成进行了研究, 着重分析了PPM的调制性能, 包括信号功率谱密度、信号的传输效率及误码率, 证明PPM调制在保证一定的速率和传输功率尽可能小的要求下, 是空间激光通信系统的最佳选择。

针对存在动态前景目标的抖动视频序列, 提出了一种以块匹配为基础的块差分平方前景目标去除的电子稳像方法。首先, 将图像分成大小为16×16的特征块, 通过设定阈值筛选出具有足够梯度信息来估计运动矢量的特征块, 从而减少参与计算的特征块数量以提高处理速度; 然后, 采用归一化互相关(Normalized Cross Correlation, NCC)匹配算法和迭代搜索策略来完成特征块的匹配; 最后, 采用牛顿迭代法计算仿射变换模型下的帧间运动参数, 并根据这些参数完成运动补偿, 实现图像序列的稳定。实验表明, 算法成功地去除了视频序列中动态前景目标的干扰, 对存在平移及旋转运动的视频序列, 能够快速有效地去除抖动, 获得稳定的视频序列。

针对离散余弦变换(DCT)只能提取面部表情图像的全局特征, 而忽略了临近像素之间的关系、不能提取纹理特征信息、不能准确区分相似表情等问题, 提出一种融合离散余弦变换方法和局部二值模式(LBP)特征的表情特征提取方法。该方法首先将人脸图像经过DCT获得的低频系数作为表情的全局特征; 然后用LBP对贡献率较大的嘴部、眼睛区域进行局部纹理特征提取, 通过将LBP提取到的局部纹理特征与DCT提取到的全局特征进行融合, 从而得到更有效的表情特征; 最后利用支持向量机(SVM)进行识别。实验结果表明: 该方法比单独使用DCT方法提取的表情特征更有利于识别, 提高了表情识别的准确性, 并将这个表情识别方法用于智能轮椅的控制上, 收到了良好的效果。

针对传统二维Otsu算法忽略边界信息对图像分割结果有一定影响、计算时间长的问题, 研究提出了一种基于平均方差和邻域信息的改进型算法。新算法先利用中值滤波来重新构建一个二维直方图, 再用平均方差定义一个新的二维阈值选取函数, 最后对图像进行二值化处理。实验结果表明, 与传统二维Otsu法及其快速递推算法相比, 新算法有效提高了分割精度, 减少了算法的运行时间, 其运行时间仅为传统二维Otsu算法的1.55%, 大约是快速递推算法的40.69%。

针对动载体摄像系统中视频序列受载体姿态运动及抖动的干扰而出现的不稳定现象, 提出一种基于光流算法的多分辨率电子稳像算法。首先, 通过划定有效的运动估算区域取代对整帧图像的计算以降低计算量; 然后, 利用基于光流算法的多分辨率分层运动估计快速并精确地计算出包含平移、旋转以及缩放运动的相邻帧间仿射变换参数; 最后, 采用固定帧补偿算法, 利用求得的仿射变换参数, 对图像进行运动补偿, 消除或减轻图像序列帧间的随机抖动, 达到稳像的目的。实验结果表明, 针对包含运动目标的动态场景, 该算法可以精确地检测出视频序列帧间平移、旋转以及缩放等复杂的抖动, 水平和垂直方向的稳像精确度小于1 pixel, 保证视频序列的稳定输出, 可应用于目标跟踪系统中。

为了将同一场景中具有重叠区域的序列图像合成一幅宽视角、高分辨率的图像, 提出了一种结合尺度不变特征变换(SIFT)算法和Canny特征边缘提取的方法进行图像拼接。实验结果表明所提方法与SIFT算法相比, 其参考特征点及待拼接特征点所需个数分别降低了26.56%和51.71%, 匹配点对数降低51.65%, 图像拼接用时降低了9.49%。此方法提高了图像拼接的精确性和实时性, 能较好地解决图像间存在光照、旋转、尺度变换、仿射等问题, 实现无人工干预的自动拼接。

鉴于高斯拉普拉斯(LoG)算子具有各向同性且在有方向性差异的场合并不适应的不足, 提出在梯度方向进行零交叉的边缘检测方法。首先使用自适应平滑滤波原图像; 然后在水平和垂直两个方向上分别计算图像的一阶梯度分量; 使用梯度算子分别对两个求得的一阶梯度分量进行操作, 计算两方向上的二阶偏导数; 分别对两个方向上的二阶偏导数进行零交叉检测, 并合并零交叉点得到边缘图像; 最后使用形态学图像处理方法去除边缘图像中面积较小的孤立点区域。结果表明, 该方法在噪声环境中具有良好的边缘检测效果, 且运算时间与LoG算子检测方法相当。

激光半主动制导系统通常是光电对抗的主要对抗对象, 因此, 其真实的作用距离就成为了光电对抗中最为关心的指标。定义了激光半主动制导系统的极限作用距离, 考虑大气湍流对激光传输的影响, 推导出了激光半主动制导系统照射方程的一般形式, 并参考激光测距系统测距性能的测试方法, 通过改进消光比法和最大测程法的转换, 得到了激光半主动制导系统的极限作用距离测量模型。最后, 分别进行了改进消光比试验和最大测程试验, 验证了极限作用距离测量模型。实验结果表明: 依据模型只需在一定天候条件下进行改进的消光比试验即可得到任意天候条件下激光半主动制导系统的极限作用距离, 且相对误差较小, 不超过1%。

固体激光器在实际工作过程中会因腔镜热变形而产生球差效应, 使激光的光强分布发生变化、聚焦能力下降、光束质量变差, 因此需要校正。基于这一目的, 利用梯度下降算法进行了初级球差的校正仿真。首先, 建立了初级球差和变形镜模型, 变形镜模型针对初级球差选取分立式环形阵列, 镜面利用率高。然后, 设计出算法的具体实现过程, 算法以变形镜单元的位移量为控制对象, 以离散化的各部分球差的方差为性能指标。最后, 仿真并给出了性能指标与迭代次数的关系、校正后的球差等结果, 结果显示达到了预期的校正效果。

为了改善四频差动激光陀螺环形腔内光束的传输质量, 基于差分损耗理论, 结合数理统计方法, 研究了石英晶体光轴失配角和旋光角变化对环形腔内左、右旋光场偏振态的影响, 分别探究了差分损耗在各自集合内均方根、取值范围和方差的变化规律。结果表明: 为了达到理想的左、右旋对称性偏振光和稳定的腔结构, 光轴失配角需接近0°, 旋光角也只能在90°附近波动。差分损耗统计参量的不同限定值也为激光陀螺腔结构稳定性的定量描述提供了依据。

为了提高现有光纤电流传感器的性能, 提出了一种再入式光纤电流传感器。借助琼斯矩阵对再入式光纤电流传感器的偏振误差进行了研究, 通过建立各主要光学器件的琼斯矩阵表达式, 推出了再入式光纤电流传感器的干涉表达式, 并分析了各光学器件的不完备性对其测量精确度的影响。

理论上分析了谐振式陀螺系统中的传输特性和正弦波调制特性。为了实现谐振频率的跟踪锁定, 设计并搭建了谐振频率跟踪锁定试验系统。通过正弦波调制、解调得到了谐振频率跟踪锁定需要的鉴频曲线。利用PID反馈控制电路和得到的鉴频曲线实现了谐振频率的跟踪锁定, 并进一步评估得到了谐振频率跟踪锁定的精度和稳定度。为光学微谐振腔的谐振频率跟踪锁定技术的深入研究提供了参考。

针对滑动窗算法计算量较大的问题, 提出一种多级粒子窗算法。首先构造一个目标分类器级联结构, 然后在全图像域随机产生一组粒子, 每一个粒子对应一个目标分类器。分类器的响应作为统计特征修正目标的似然概率密度函数, 用于指导下一级的粒子生成, 直至粒子收敛到稳定区域, 从而实现对目标状态由粗到精的定位。分别将该方法用于单幅图像和图像序列中的目标检测, 并与滑动窗算法进行了比较, 结果表明, 多级粒子窗算法能够快速精确实现目标检测。