成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器。从光栅型成像光谱仪的使用要求出发，利用Zemax软件设计了一种光栅型成像光谱仪光学系统。其中，前置望远物镜采用反射式结构，传统的卡塞格林结构在主次镜均采用非球面时校正像差的能力依然有限，设计时采用改进后的卡塞格林结构对像差进行校正，最终设计的望远镜头传函在50 lp/mm处达到0.5，场曲控制在0.078以内，且不存在畸变。针对光谱成像系统通常采用的基于平面光栅的Czerny-Turner结构由于像差校正能力有限、成像质量较差不能满足仪器的使用要求。采用基于凸面光栅的光谱成像系统，该系统结构紧凑、可实现宽波段内像差的同时校正。最终设计的光谱成像系统光谱分辨率<5 nm，MTF在50 lp/mm时升至0.75。将前置望远物镜与光谱成像系统根据匹配原则进行组合优化后光栅型成像光谱仪系统点列图RMS半径随波长的变化均小于0.2，波长的80%的能量集中在Φ6 μm范围内，波长各视场在特征频率50 lp/mm处的光学传递函数均大于0.5。整个光学系统具有结构简单、像差校正能力强、结构尺寸较小的优点。

针对多视场定焦距CCD摄像系统按照传统光机结构设计方法造起各光轴平行性容易偏移和系统占用空间较大等问题，提出多视场定焦距CCD摄像系统的光机结构可以以一个精密铸件为基体，铸造出每个视场的内腔毛坯形状，通过数控机械加工和可靠的装调方法保证各视场光轴的平行性和稳定性。装调完成后进行冲击和振动试验，结果表明：该多视场定焦距CCD摄像系统各视场光轴的平行性误差不大于0.2 mrad；各视场光轴的稳定性误差不大于0.1 mrad。因此，该结构设计方法是可行的，它具有结构紧凑、体积小，各光轴平行性和稳定性容易保证，可靠性高等特点。

防湿热、防霉菌、防盐雾的三防设计是舰载光电设备设计的重要任务之一。针对舰载光电设备的三防问题展开研究，对光学镜头、机械结构和电子组件分别进行了相应的三防设计，具体包括材料的应用、结构形式的优化及防护工艺的合理选择等措施，所采取的三防设计和措施在恶劣的海洋环境下进行了多年的实践验证，结果表明:所采取的设计方法和措施能够保证舰载光电设备具有良好的三防性能，可以在恶劣的海洋环境下长期稳定工作。

针对长波非制冷氧化钒320×240像元焦平面阵列探测器，像元间距25 μm×25 μm，采用变焦距光学系统设计原理，引入非球面和衍射面设计技术进行像差平衡，设计了长波红外连续变焦光学系统。该系统工作波段为8 μm～12 μm，视场为2.86°～50°连续可变，F数为1.2，变倍比为18∶1，在整个变焦范围内，光学调制传递函数在0.5以上，接近衍射极限，并且全视场能量70％集中在探测器的一个像元内。整个变焦光学系统仅使用一种红外材料(单晶锗)进行像差矫正。

利用半导体激光器照射大气气溶胶试样后光强衰减得到大气气溶胶消光系数。光束经过气溶胶后检测透射方向的光强值，经光电转换、信号调理、AD采样后根据朗伯比尔定理计算气溶胶消光系数。采用双通道测量气溶胶消光系数的方法，减小了由于半导体激光器光强不稳定和大气分子对测量结果的影响。对设计的系统以不同浓度的气溶胶进行了检测，其线性度良好，相对误差小于4%。所设计的大气气溶胶检测装置体积小、操作简单、探测速度快，对监测大气污染和能见度等有一定的应用价值。

存贮目标所有的视点图像，建立完备的特征库，或者提取能够抵抗视点变化的不变特征，是三维目标识别的常用方法。这两种方案都存在不足：要么特征库规模庞大，识别过程计算量大，识别效率低；要么难以找到鲁棒的识别特征。结合两种方案研究了基于聚类技术建立三维舰船模型特征库的方法。利用仿射传播聚类方法无需事先指定聚类中心的优点，将其应用于两型舰船模型的视点空间聚类。通过提取视点图像的Hu矩特征，进行了仿真实验，给出了聚类结果的有效性分析。

利用数值分析方法，通过建立转镜特征值灵敏度分析模型，根据模态分析计算生成转镜特征值灵敏度循环执行文件，选用Monte Carlo法拉丁超立方抽样对转镜结构尺寸参数在其概率密度分布函数内进行抽样计算，统计分析得到反应转镜结构尺寸与特征值之间的Spearman秩相关系数。根据数值分析结果，修改镜体外接圆半径，并对修改前后的转镜分别进行模态数值分析和试验，结果显示转镜1阶模态增大101.8%，1阶临界转速达到8.7×105 r/m，说明根据转镜特征值灵敏度数值分析结果优化转镜结构尺寸是一种实用、有效的方法。

为了避开复杂繁琐的摄像机标定过程，提出了一种基于CCD摄像机的电子白板系统参数标定新方法，实现了开机自动标定系统参数的功能。采用Harris角点检测算法成功提取了参考点的像素坐标，并直接运用射影变换交比不变性，推导出白板边框图像像素距离与实际物理距离的映射关系式，进而获得了摄像机的光心坐标。简要分析影响系统标定精度的因素，并设计出减小标定误差的方案，最后搭建实验平台标定系统参数。实验结果表明：该标定方法实现简单,应用方便，且对于单位长度为1 cm的标定块而言，标定误差小于0.04 cm。

研究了光学防抖提高相机成像清晰度的原理和效果。从相机成像光路上分析了抖动对成像的影响并给出抖动造成的偏移量的表达式；建立了光学防抖的控制模型，采用PID控制算法，利用MATLAB仿真得出防抖效果；在关闭和开启光学防抖条件下，对成像目标拍摄并经处理后得到2组8幅150×112像素的图像。在基于频率域的直方图上，有光学防抖的图像增加10个左右高频分量；在基于空间域的能量梯度曲线上，有光学防抖的图像数量级从104提高到了105。

基于显微摄影的成像原理，研究了像方扫描以扩大视场的途径，并建立了一个二次成像的设计模型，包括一个大视场的固定前置物镜组和一个运动轨迹为球面的中继透镜组。物镜组所成的一次像面优化了场曲，中继透镜组则根据该场曲进行运动，对一次像面不同区域成像，并采用光学被动消热差以保证不同温度的像质。该模型的相对孔径1∶3，波长3.7 μm~4.8 μm，焦距90 mm，瞬时凝视视场为±4°，扫描视场达±24°，采用7片透镜3个非球面，在全视场范围内具有接近衍射限的像质。

提出基于图像处理技术的航空相机镜头焦面定位的方法，利用光电自准直原理进行焦面定位，并选用两种图像清晰度评价函数实时提取图像清晰度特征，采用优化的爬山算法进行快速检焦。仿真实验结果表明：利用本系统对焦距为750 mm,F数为6.3，CCD像元尺寸为6.8 μm×6.8 μm，成像光谱为500 nm~800 nm的航空相机进行焦面定位精度测定，得到相机的半焦深为0.040 mm，可用于航空CCD相机的焦面检定及航空CCD相机的自动调焦系统。

高效、准确的图像清晰度评价是实现自动调焦的关键。在分析了现有图像清晰度评价方法优缺点的基础上，提出了一种基于图像区域对比度的清晰度评价新方法，建立和分析了评价函数的数学模型，并对航空摄像机采集的系列图像进行实验和仿真。与其他算法比较的结果表明：该方法具有精确度高、对比度明显等优点，能够应用于实际的图像清晰度评价和自动对焦中，克服了单纯依靠计算灰度差带来的不足，具有较高的实用性和可靠性。

针对传统颜色迁移算法计算量大、对图像无法准确进行颜色迁移的问题，提出一种基于形态学变换和快速模糊C均值聚类(FFCM)的灰度图像颜色迁移算法。首先对目标图像进行腐蚀膨胀运算，消除亮度不均匀的区域，通过FFCM聚类算法对目标图像进行准确聚类，然后在目标图像与源图像中选取对应样本块，完成样本块的颜色迁移，并以已上色的样本块为参考，完成图像的全局颜色迁移。实验结果表明:与Welsh和FCM算法相比较，本文算法处理时间分别缩短64.29 %和54.25 %，结果图像在类间交界处的颜色过渡更加自然，证明了算法的有效性。

针对超分辨率图像重建的病态问题，设计了一种新的自适应超分辨率图像序列重建算法。该算法在L1范数重建框架下，利用金字塔算法与Lucas-Kanade算法相结合的方法实现图像配准，获得亚像素的运动估计；通过引入移位算子给出了基于正交梯度算子的正则项的实现方法，并从自适应的角度选择正则化参数，最后通过最速下降法求解模型的目标泛函最小值。结果表明：对于模拟实验和真实序列实验，该方法相比于样条插值算法、Tikhonov正则化算法、双边全变差重建算法都有一定的优势，能够取得更好的复原效果，并且由于正则项较为简单，重建所需时间相对减少。

在兵器靶场测试中，为了获得不同位置弹丸炸点同一时刻的图像，需要将多台异地测量站放置的摄像机同步采集图像数据，提出了图像数据异地同步采集方案，采用GPS技术设计了一种高精度时统系统。该系统采用GPS授时，由时统控制电路和计数器电路实现本地时钟功能，记录每个测量站摄像机起拍时间，从而实现图像数据采集的异地同步，同步精度可以达到微秒级。

坦克炮塔相对底盘转角的测量精度直接决定了稳瞄系统与惯导系统的精度。目前，国内的主战坦克所配备的坦克炮塔，其相对底盘的转角测量装置的测量精度低，仅解决坦克车体的转向问题。针对稳瞄系统与惯导系统对坦克炮塔相对底盘转角的精度要求问题，提出了一种由光电定位系统、机械传动系统和旋转变压器组成的动态高精度测角装置，介绍了其工作原理和工作过程，对该测角装置进行光电自准直标定并对误差进行理论分析，最后通过上车实验证明该测角系统能够满足实际需求。实践证明：该测量系统能够在通电瞬间确认位置，具有绝对零位记忆功能，其测角精度为42″。

针对海洋赤潮的实时监测和预报，提出了一种通过检测海水中布里渊散射回波信号，获取海洋赤潮水体温度和盐度分布信息的双参数检测技术。通过分析布里渊散射理论，建立基于机载蓝绿激光雷达的布里渊散射信号频移量和布里渊散射信号能量与海水温度和盐度的关系模型。通过仿真计算，可由海水中的蓝绿激光布里渊散射回波信号的频移量和能量，分别得出海表及海水50 m深度以内温度和盐度的分布情况，从而可以实现海水温度和盐度的双参数实时获取，为实时判断海洋赤潮的消长过程提供理论依据。

静态角标校装置是由若干个平行光管组成测角场，形成角度基准，用于检验大型光电经纬仪静态测角精度。由于大型光电经纬仪对静态测角精度指标要求很高，因此对作为检验基准的静态角标校装置提出很高的精度要求，要求在24 小时内角度基准的稳定精度不大于2″(rms)。针对这一要求，讨论了实验室环境温度变化对角度基准的影响，影响角度基准稳定精度的因素是平行光管光轴指向，通过试验说明实验室环境温度在一定范围的变化不会影响静态角标校装置中使用的卡塞格林反射式平行光管的光轴指向。当实验室温度变化超过规定的范围时，光轴指向会发生变化，静态角标校装置的精度将不能满足要求。为实验室建设提出环境保障的明确要求，确保测量的准确性。同时通过光学设计分析软件计算结果说明：光管制造材料的不均匀性及装配间隙、应力等因素是影响光轴指向变化的主要原因。因此在光管设计时应充分考虑这些因素的影响，合理分配公差，减小装配应力，使环境温度变化对光管光轴指向的影响最小化。

为了对紫外像增强器的光学成像特性和视场质量进行分析，提出一种紫外像增强器分辨力和视场质量的测试方法。该方法是在具有典型波长254 nm的紫外光辐射光阴极的条件下，给像增强器施加工作电压，将测试分划靶聚焦在同轴反射式光学系统的焦面上，图像被缩小3倍并成于像增强器荧光屏上，通过调节物镜和目镜将图像调节清晰可见，借助放大30倍的视频显微镜观察图像能分辨的最低线对就是分辨力；用数码相机对荧光屏所成像进行拍照，经图像处理软件对所成像进行疵点大小和分区划分，给出视场质量测试结果。通过建立该测试装置，进行试验和结果分析，测量精度约5%。

设计了一种基于棱镜的角度型表面等离子体振荡自动测量系统，建立了共轴双旋转台的机械结构，提出了新型扫描的角度测量法，得到表面等离子体振荡谐振曲线。研究了影响系统多次测量一致性的因素，提出了减少采样点、提高单点数据采集次数，并采用三级变步长的测量方法，测量时间缩短至小于原来的1/10，使系统测量精度从1E-4折射率单位提高到了4E-5折射率单位。

针对测量弹跳弹丸空中炸点高度的难题，提出一种光电测量方法。该方法利用弹丸落地弹跳后在空中做匀减速运动建立数学模型，通过声传感器、光幕靶、火焰探测器和双路测时仪测量弹丸在空中几个特征点的时间间隔，配合光幕靶的靶距等布靶结构参数，利用测量公式计算出空中炸点高度。文中对所提方法进行了测量不确定度分析，经理论分析，系统的测量不确定度小于20 mm。结果证明该方法测量精度高、实时性好、可靠性高，仪器布放简便，所用设备均为靶场常用测试设备，易于工程化实现。文中介绍的方法适用于一类落地后再次弹跳后爆炸和民用礼花弹空中炸高的测量场合。

天空背景辐射亮度在空间目标探测与识别中有着重要作用，为了对其进行研究，介绍了天空背景辐射参数测量系统，与法国CIMEL公司研制的CE318太阳辐射计进行对比实验，取得了较好的一致性。利用天空背景辐射参数测量系统，在空间某目标过境时段，对其运行轨道上的天空背景辐射亮度参数进行了测量，通过对数据分析与研究，初步得出了该空间目标过境时段轨道上的天空背景辐射亮度参数变化特征，为应用研究提供了重要信息。

提出利用啁啾脉冲干涉仪进行高精度空间定位的新方案，该方案利用2个具有强的经典频率关联的正负啁啾脉冲，入射到分束器后经和频晶体产生和频干涉信号，通过探测所得干涉信号精确确定经过不同路径的2个光信号的相对延迟时间，从而精确确定目标位置，实现高精度定位，理论上可以达到微米量级的定位精度。研究正负啁啾脉冲不完全对称即正负啁啾系数大小的差异对定位结果的影响。结果表明：正负啁啾系数大小的差异对定位结果影响很小，定位结果对这种差异有很强的容忍度。该方案除具有量子定位中HOM(Hong-Ou-Mandel)干涉仪的所有优点外，还具有装置简单,抑制损耗等优点。

采用光催化还原法在不同温度热处理的TiO2薄膜表面沉积Ag纳米颗粒，制备了Ag/TiO2纳米薄膜材料。通过UV-Vis吸收光谱表征对比了不同温度热处理的TiO2对Ag粒子光催化沉积的影响，发现500℃退火处理TiO2薄膜较利于Ag纳米粒子的光催化沉积；在650 nm红色激光照射下，500℃退火处理的Ag/TiO2样品具有明显的光致变色现象，对此变色过程中涉及的机理进行了讨论，且发现随着Ag纳米颗粒光催化沉积时间的增长，Ag/TiO2薄膜光致变色的响应速率提高，但Ag纳米颗粒过多会抑制Ag/TiO2薄膜的变色响应速率。

基于Collins公式推导了余弦平方高斯光束通过无光栏透镜光学系统聚焦后的光强分布及梯度力，采用数值模拟分析梯度力分布及光阱的数量、位置及尺度随光束参数、光束入射距离及系统菲涅耳数的变化。结果表明：光束相关参数b越大光阱的数量越多，光阱的位置随光束入射距离而改变，大小随系统菲涅耳数的增加而减小，但不影响其位置。

传统的透射型头盔显示器虽然可以显示虚拟图像，但当眼睛调节焦距时无法清晰显示虚拟图像,研究一种新型的透射型头盔显示技术，其特点是既可以看到外部景物，也可以同时看到微型显示芯片上所显示的虚拟图像，并且虚拟图像独立于人眼的调节。介绍显示技术的原理,用光学设计软件Zemax完成整体光学系统设计，优化后系统达到衍射极限，滤波投影系统中MTF在60 lp/mm处达到了0.7；用Autocad软件设计了头盔显示器结构。光路成像实验结果表明：设计的系统可以看到外界图像和虚拟图像，当眼睛对外界景物聚焦时，外界景物与虚拟图像都保持清晰，眼睛对外界景物离焦时，外界景物变得模糊而虚拟图像仍然保持清晰。

为适应半导体产业的迅猛发展和环保节能的迫切要求，将LED作为一种新的能源方式应用到照明产业中。选取几种有代表性的LED路灯作为研究对象，根据各自不同形状的配光曲线，利用照明仿真软件Dialux对这些LED灯具在不同的布灯方式下在道路上的光照度分布情况进行模拟和分析比较，总结出适合于道路照明的LED路灯应具有的配光曲线特征，为LED灯具设计提供参考。

光子晶体的禁带特性为伪装材料的光谱控制研究提供了一条新的技术途径。利用传输矩阵的方法建立了一维光子晶体光谱透射、反射的理论模型，针对伪装材料近红外高反射、中远红外低发射的要求，优选Ag，MgF2和ZnS等材料作为光子晶体的薄膜材料，采用真空蒸发镀膜的方法制备出Ag/MgF2,Ag/MgF2/ZnS 4种不同周期结构的一维光子晶体，并实验研究了一维光子晶体的光谱反射和透过特性。结果表明：材料和周期结构对一维光子晶体光谱特性有不同的影响，通过优化设计可以实现在伪装波段内的光谱特性要求。

分析了双通道投影系统光路，介绍了准直投影光学系统的设计。此投影系统由目标源和干扰源2个通道组成，2个通道共用一个光学系统。光学系统采用二次成像结构来满足外形及质量的要求，在光学系统的最后一面和焦平面之间插入分束镜来引入目标源通道，并通过减小分束镜的厚度来控制干扰源通道的像差。光学系统工作波段为8 μm～12μm , 焦距315.69 mm，视场8.5°，入瞳距900 mm，最后的像质表明此光学系统能够满足使用要求。

对双波段红外扫描成像光学系统进行了研究，结合三次成像技术和100%冷光栏效率技术，设计了一个共口径双通道红外扫描成像光学系统。该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道(3 μm～5 μm)和长波红外通道(10 μm～12 μm)，经准直镜组及成像镜组会聚探测器上，实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。设计结果表明，长波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.4以上，中波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.78以上，满足实际应用的要求。

根据四象限探测器的工作原理,激光半主动导引头光学系统所成光斑需均匀分布在探测器靶面上。首先分析此类光学系统像差特点，提出像差的设计方案,然后通过使用CODE V设计一套光学系统，利用痕迹图、包围能量等定性评价系统光斑质量。在不同视场时，通过LightTools光机分析软件追迹1×106根光线，得到探测器靶面的光线分布，利用Matlab处理数据并绘制角度-输出响应曲线，利用该曲线可精确评价探测器靶面的光斑性能。

基于内腔式虚共焦非稳腔的理论优化结果和理论远场发散角4.05 mrad，对光参量振荡器(OPO)激光器的光束质量进行了检测实验，输出激光能量可达70.6 mJ/脉冲，远场发散角最小达5 mrad；分析了影响OPO光束质量的可能因素，验证了经过优化设计的OPO激光器能够获得高光束质量的1.57 μm激光。

根据ABCD传输矩阵理论，对激光二极管侧泵的Nd∶YAG/KTP腔内倍频固体激光器Z型谐振腔进行了理论分析，采用Matlab对腔参数进行了理论计算。通过理论计算，选择适当腔参数进行了实验研究，当重复频率为9 kHz，输入电功率302.5 W时，获得了17.27 W绿光输出，输出不稳定性小于0.9%，电光转化效率为5.7%，光束质量因子M2x=3.351, M2y=3.759，发散角为0.68 mrad。

为了提高机场泊位引导系统中激光测距的精度和频率，对测距方法、脉冲展宽的影响、系统接收信噪比、接收带宽、阈值设定方法等几个方面进行了研究。通过改进自触发脉冲飞行时间激光测距法，提高发射信号峰值功率，采用合适滤波器、减小接收系统带宽、设置自适应阈值等手段有效提高了测距系统对近程运动目标的测距性能。采用半实物仿真手段进行动态测距实验，结果表明，测距机的动态测量精度小于2cm，满足泊位系统测距性能的要求。

光纤环是光纤陀螺的核心器件，其稳定性和抗干扰能力直接影响光纤陀螺的整机性能。以光纤环的温度特性为研究对象，通过有限元分析确定光纤环中各单元点的温度梯度，以其为数据输入；以Shupe效应理论为数学模型，设计了光纤环温度特性分析软件，实现了有限元分析结果与陀螺输出(即正反两束光的相位差)两者的有机结合。根据不同的热辐射方式、有无缓冲层、不同的绕环方法以及光纤环不对称性等情况，对光纤环的温度性能进行了具体分析。

采用自由空间耦合的方法，激发双面金属包覆波导中的超高阶导模，通过在双面金属包覆介质波导的两个金属膜上加不同的电压，改变导波层铌酸锂的厚度和折射率，得到不同参数下的衰减全反射谱，从而验证超高阶导模的偏振不灵敏性及对导波层厚度和折射率十分灵敏的特殊性质，实验结果与理论相吻合。比较相同条件下反射率的变化，得到铝包覆波导的灵敏度要高于金包覆波导。所得结果对集成光电子器件的研制有一定的参考价值。

利用经验公式计算了星地光链路在雾、雨、雪、云天气中的衰减，仿真结果表明：波长越长，雾对激光的衰减越小；雪对激光的衰减量高于雨对激光衰减量1～2个数量级；当光学厚度达到4.7时，云层对激光的衰减已达到20 dB以上。综合考虑我国的地理分布和气候特点以及云层覆盖情况，建议我国星地光通信地面站选址可以考虑西北地区的塔里木盆地-内蒙古西部戈壁沙漠-黄土高原西北部一带。

针对近年各国对无线激光通信的应用越来越多，设计一款快速组网的无线激光通信基台。主要介绍了移动式无线激光通信基台的结构设计和5条光轴平行度的装调方法，满足系统通信的需要，同时对通信接收系统中直角棱镜的固定和调整机构做了介绍，并对5条光轴的平行度进行了简单的误差分析，可以满足系统的10″平行度的要求。