深入分析国内外无人机光电信息装备发展现状，研究并提出新形势下未来无人机光电信息装备发展趋势。在此基础上，从大国体系对抗、现代战争启示和国内行业共识等方面，重点论述新形势下无人机光电信息装备转型发展的需求，同时提出无人机光电信息装备转型发展在体系建设、装备发展、****和基础创新等方面的几点建议。最后，对无人机光电信息装备转型发展进行总结，强调其要走出一条创新发展之路。

为提高无人机在复杂环境下的环境感知和目标识别能力，探索无人机载昼夜单通道自然感彩色热成像技术,基于深度学习技术，构建了两种图像彩色化技术：基于多判别器生成对抗网络的红外图像彩色化网络(thermal image visualization net,TIVNet)、基于区域自分割的语义引导扩散模型的红外图像彩色化网络(region-aware semantic-guided diffusion models，RSDM)。TIVNet通过多判别器的生成对抗网络结构能够将红外热成像直接转化为类似彩色可见光图像，但在部分场景细节部分色彩存在错误。语义引导扩散模型网络通过更复杂的模型生成更加真实的彩色图像，增强了图像的视觉效果和信息传递效率，但目前处理速度还有待提高。实验结果表明，所提出的两种方法在图像转换的逼真度和实时速率方面都各自具有显著优势，TIVNet在无人机平台的实验测试中，达到了不低于40 Hz的实时处理速度，同时保持高视觉逼真度，证明了技术的可行性，并具备针对应用需求开展装备转换应用的能力，为无人机在**和民用领域的应用提供了新的技术手段。

提出一种基于石墨烯膜片的非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪（extrinsic Fabry-Perot interferometer based on optical fiber，EFPI）声传感器，结合卷积神经网络（convolutional neural networks, CNN）和长短期记忆网络（long short term memory network, LSTM）级联模型，用于多种类小型旋翼无人机探测与识别，并对实验过程中的提取特征、采集装置、声源种类数量进行了进一步的细化分析。通过实验对比，发现用梅尔倒谱系数（Mel frequency cepstral coefficient, MFCC）作为特征提取时，识别效果明显优于短时傅里叶变换（short-time Fourier transform，STFT）、梅尔频谱（Mel spectrogram）特征，而且使用该传感器进行无人机探测与识别的效果比电学式麦克风的准确率高约2%。此外，对多种类小型旋翼无人机声源的识别准确率均在95.33%以上，证实该方法可对多类无人机进行有效探测识别。

非法使用民用低空小型无人机事件频发，严重威胁国家和社会和谐发展。针对基于可见光的无人机小目标检测存在漏检、误检和检测平均精度不高等问题，提出了YOLO-SCAT（YOLO-SCConv ATT）算法模型，通过重构ELAN（efficient layer aggregation networks）结构，减少空间和通道冗余特征；同时引入注意力机制CBAM(convolutional block attention module)，训练中在空间和通道维度加强特征提取，提高模型检测平均精度。实验表明YOLO-SCAT模型的精确率、召回率、F₁分数、mAP@0.5和mAP@0.5:0.95分别可达94.4%、94.4%、94.4%、94.7%和52.9%，证实了YOLO-SCAT模型提高了在复杂可见光场景下对无人机小目标的检测识别能力，能更好地满足反无人机系统的实际需求。

高能激光**作为新型定向能**，在反无人机作战中展现出响应速度快、作战效费比高等显著优势。以小型四旋翼无人机为典型研究对象，开展高能激光毁伤效能的建模仿真与量化分析。系统梳理了高能激光反无人机技术的研究现状，建立了包含激光大气传输、辐照响应计算、激光毁伤程度评估等模块的毁伤模型，并基于无人机系统易损性分析，识别出关键毁伤部位，构建了热力场耦合的激光毁伤评估模型，最后通过数值仿真获得了不同作战参数下的毁伤效能数据。仿真结果表明：毁伤时间与作战距离和高能激光功率密切相关，毁伤时间随作战距离的减少和功率密度的增加而增加。

单光子激光雷达相较于传统线性激光雷达，具备更高的探测灵敏度、时间分辨率和光子利用率，在遥感测绘、**侦查、伪装识别等领域发挥着重要作用。介绍了一种1.5 μm波段全国产化单光子测距系统，自主构建1.5 μm高紧凑光纤光源系统，具备自适应降噪、降频功能，能降低系统暗计数并消除模糊距离，高精度时间数字转换器（time-to-digital converter，TDC）与单光子探测系统进行系统集成以控制整体体积，非共轴收发系统结构简单、调节方便、系统噪声低。在光源输出功率仅为10 mW，单脉冲能量为200 nJ的条件下，实现了1.7 km单光子测距。在多层伪装网覆盖目标探测识别实验中，可透过多层伪装网准确识别目标信息，探测精度优于0.1 m。实验结果表明，目前全国产化系统已具备较高的性能，在功耗、体积、重量方面优势明显，未来有望在众多领域发挥重要作用。

光纤布拉格光栅传感器应用前景广阔，限制其大量实际应用的主要障碍是传感信号的高速高精度解调。介绍了一种匹配光栅滤波解调的方法及系统：数值模拟了反射式匹配滤波解调法，并对表贴式应变传递模型进行了改进，建立了光纤-胶体-压电堆叠三层模型，通过仿真确定了光纤光栅黏接在压电堆叠上的具体参数；搭建了匹配解调系统，探究了在压电堆叠上黏接多根光纤光栅来扩宽解调范围的方法，并以希尔伯特变换寻峰算法实现了光纤光栅中心波长的解调。黏接两根光纤光栅时系统的解调范围为1 540.121 nm～1 541.474 nm，最大偏差为8.6 pm，波动均值为5.4 pm，解调范围、精度、稳定性等性能指标良好，能够满足某些场景波长解调的需求。该解调系统具备一定的参考意义和实用价值。

相位生成载波（phase generated carrier, PGC）技术是多波长光纤位移传感器（multi wavelength fiber displacement sensor, MWFDS）中的核心技术。提出一种基于方波信号相位调制和解调（square-wave phase modulation and demodulation, SWPMD）的方法，研究构建了相应的光路系统，精确控制方波信号对多波长光束进行相位调制，对采集到的干涉信号进行数字处理以实现相位解调，进而复现位移信息。仿真实验部分系统地分析了不同频率调制信号及方波调制信号初始相位变化对位移复现精度的影响，无论调制参数如何变化，位移复原的均方根误差（root-mean-square error, RMSE）均稳定保持在0.15 μm~0.3 μm范围内。通过应用SWPMD方法，对复杂的位移轨迹进行了复现，证明了该方法在提升MWFDS性能方面的普适性和有效性。最后，计算分析了对不同步长方波位移的复现情况，证明了所提方法在理论上能够实现0.1 nm位移测量的分辨率。

介绍了四象限探测器用于激光制导的工作原理，根据激光制导的技术要求和四象限探测器的工作特性，提出激光导引头四象限探测器镜头设计改进方法。针对非线性关系不易求解的难题，利用Zemax在序列模式下对四象限探测器镜头进行设计，通过设置操作数控制光斑的能量分布，使目标的角度偏差与四象限探测器输出信号成线性关系，可以提高实时检测精度。结合应用背景进行仿真分析，验证了此方法的可行性。仿真结果表明：系统全视场为±10°，线性视场为±0.8°，焦距为21 mm，光斑半径约为0.4 mm，入瞳直径为36 mm，光学总长为35 mm。此方法不需要光斑在探测器上能量均匀，也不要每个视场的光斑尺寸一致，大大简化了设计。

针对快照式成像芯片和成像光学元器件视场角度敏感问题，设计了一款基于视场压缩的快照式光谱成像系统。该系统由前置视场压缩系统、光阑、后置成像镜头组和光谱成像芯片四部分组成，通过前置光学系统的Zemax光学设计，实现了450 nm~800 nm波长范围内将±10°视场压缩为±3°，最大波相差小于1/4波长；设计的后置镜头组用于校正光学系统的色差、球差等像差；整个光学系统各个视场的RMS(root meam square)半径接近面阵探测器的像元尺寸，且相对畸变小于2.138%；最后通过实验验证了该视场压缩光学系统的可行性，并通过搭建的成像系统对不同颜色字母目标和外景目标物进行成像。实验结果表明：红色R中心波长为610 nm，绿色G中心波长为500 nm，蓝色B中心波长为460 nm；红色地面和绿色地面中心波长分别为613 nm、517 nm，进一步验证了该系统的准确性。

随着巡飞弹**系统的发展，巡飞弹载光电载荷小型化、多功能、高集成度要求越来越高，伴随而来的散热问题也日益突出。为了解决巡飞弹载光电系统散热性能差的问题，建立了一种基于参数化建模的风冷散热系统优化设计方法。首先确定风冷散热系统的可设计参数，然后基于拉丁超立方采样方法选取多组样本点，并通过ICEPAK仿真计算得到每个样本点对应输入参数的输出响应，进而建立风冷散热器Kriging代理模型；之后基于代理模型，通过ASA(adaptive simulation annealing)自适应模拟退火算法对风冷散热器进行优化设计；最后将优化结果代入热仿真模型，验证其准确性。以某小型巡飞弹载光电系统为例，对经验设计下的风冷散热器进行热仿真分析，以热源芯片温度最小化为目标进行优化。仿真结果表明：优化后的风冷散热器相比经验设计，可使热源温升降低28.5 %，有效提高了巡飞弹载光电系统的散热水平，满足系统设计要求。

根据中高层大气风场探测需求，设计了一款可对557.7 nm氧原子绿线气辉及630.0 nm氧原子红线气辉同时进行探测的非对称空间外差测风干涉仪，探测范围为90 km~300 km。为实现对双波段的探测，根据干涉条纹调制度与最优光程差的关系，选择对双波段兼容的光程差。通过对扩视场棱镜的顶角及材料进行设计和选择，提高了干涉仪的视场范围。为减少热偏差对测风精度的影响，推导了热偏差与垫片材料、垫片厚度、干涉仪偏置量的关系式，并通过该式计算出相应的参数。此外，采用一种中阶梯光栅作为反射光栅，实现双波段同时探测。根据地基探测的需要，设计了前置镜组及后置镜组。最后对整体系统进行仿真并获取模拟条纹图，验证系统是否满足双波段探测需要。仿真结果表明：干涉仪的干涉模块在557.7 nm气辉波段的光程差的热偏差为3.22×10^?6 mm/℃，相位热漂移为0.03 rad/℃；630 nm气辉波段的光程差的热偏差为9.45×10^?7 mm/℃，相位热漂移为0.00942 rad/℃，证明了该系统相较于早期的设计降低了热偏差对测量精度的影响，满足90 km~300 km测风要求。

航空光电装备平面光学窗口在确定构型尺寸和组合形式后，窗口厚度对装备成像性能影响至为关键。从设计变量、组合形式、作用载荷3个方面对窗口设计问题进行分析，确定了基于结构刚性和RMS（root mean square）波前误差的平面窗口厚度设计目标；从光学窗口一阶结构谐振频率及其在温度和压力载荷作用下的RMS波前误差量化求解出窗口厚度尺寸范围11.9 mm ~18.4 mm；提出针对光学窗口组合工况性能计算的集成分析流程，计算得到光学窗口一阶谐振频率为 151 Hz，在飞行工作时各向组合工况?流场/重力/振动作用下光学窗口RMS波前误差不大于1/10参考波长。实验测试结果表明：光学窗口RMS波前误差小于0.07参考波长，实物样机振动和飞行条件下成像清晰、稳定，证明窗口厚度尺寸设计分析方法正确有效。

针对电气设备内六氟化硫（SF₆）分解物中二氧化硫（SO₂）浓度检测问题，对紫外吸收光谱分析模块设计和数据处理方法进行了研究。采用低功耗脉冲氙灯光源缩短预热时间，设计了多次反射的长光程气体吸收池，有效缩短响应时间；光源和微型光谱仪与气室直接耦合，减少用气量，稳定性更好。在280 nm~320 nm谱段进行SO₂浓度反演，采用偏最小二乘回归多元校正方法对SO₂谱段差分吸光度与SO₂浓度建立回归模型，模型误差小于0.5 μL/L。设计了检测仪原理样机，试验验证了设计方案的可行性。

分光元件是光谱成像系统的重要光学元件，滤光片分光是一种常见且有效的分光手段。提出了基于角度调谐窄带滤光片分光的光谱成像系统，通过调整滤光片与入射光之间的夹角，使得透射光谱的中心波长发生偏移，从而实现特定波长范围内的光谱成像。该系统主要由可调滤光片的光学镜头、角度调谐装置、CMOS相机和上位机构成，系统的视场角为17.5°、F#为8、焦距为26 mm、总长为200 mm，各波段MTF曲线在96 lp/mm处均大于0.3，畸变控制在2%以内，光谱分辨率约为3 nm。经过实验测试验证，本系统可以在0°~46°入射角范围内进行角度调谐，实现连续分光功能，能够捕捉在一定光谱范围内任意中心波长对应的光谱图像。

TC4钛合金具有优良的耐蚀性、低密度、高比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天领域起到越来越重要的作用。以有限元分析方法为基础，利用热传导方程对TC4钛合金圆盘温度场进行了数值计算。分析了脉冲激光加工金属材料的工作特点，建立了符合实际加工特点的热模型，数值分析了TC4钛合金温度场随激光功率、光斑半径及激光脉宽的影响规律。研究结果表明：若使用中心激光波长为1064 nm，激光功率为2 kW，光斑半径为2 mm，激光脉宽为8 ms，脉冲重复频率为1 kHz，尺寸直径为Φ5.0 cm，厚度为5 mm的TC4钛合金，其在50 ms间具有的峰值温升为1209.80 K；在相同条件下，当光斑半径分别为1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm、5 mm时，钛合金端面的最高热形变量为30.033 μm。研究结果将为激光加工钛合金时准确设置激光加工参数提供理论依据。

对遥感图像进行语义分割是一项具有重要理论意义和实用价值的任务。遥感图像中含有丰富的地物信息，边界处的像素信息也较难判定，分割难度较大。基于Mask2Former架构，提出了改进的多尺度特征交互架构Mask2Former-MS和边界优化架构Mask2Former-BR。前者利用双线性插值法进行上采样和下采样，来达到特征融合的效果，并引入通道注意力机制减少冗余信息的影响；后者通过空洞卷积金字塔池化模块(atrous spatial pyramid pooling, ASPP)进行特征提取，ASPP的每个并行空洞卷积分支使用不同的空洞率捕捉不同尺度的特征信息，利用ReLU层和BN(batch normalization)层进行激活和归一化处理抑制梯度消失，使边界处的像素更加准确。实验结果显示，在GID(Gaofen image dataset)数据集上，通过对比U-Net网络和Mask2Former架构，所改进的Mask2Former-MS架构和Mask2Former-BR架构的最优精确度和最优准确度分别为88.82%、85.90%和89.56%、87.46%，改进架构的分割效果更优。

为了提高光栅衍射型激光告警系统参考位置的定位精度，提出了一种基于索引圆环灰度差值最小的光斑中心逼近法。根据给定光斑中心的初始坐标生成3×3中心坐标矩阵，使用Lagrange插值法求出以中心坐标矩阵为中心的索引圆环上各点的灰度值，通过二分法逐步逼近索引圆环灰度差值最小的中心坐标，即光斑中心真实坐标。在准确性对比实验中，所提出的算法在3组理想光斑模型样本中x方向、y方向平均误差分别为0.0013像素、0.0011像素。在稳定性对比实验中，该算法在3组实际光斑图片样本中x方向、y方向平均标准差分别为0.1653像素、0.1860像素。基于索引圆环灰度差值最小的光斑中心逼近法在两个对比实验中均得到了最低的平均误差或标准差，具有更高的精度和更好的稳定性，提高了激光告警系统参考位置的定位精度，为光斑中心定位算法提供了新的解决思路。

图像彩色化是计算机视觉领域备受关注的核心问题之一，近年来吸引了越来越多的研究者。彩色化技术提高了人眼对灰度图像，特别是微光图像中目标的识别率和场景的理解力，但目前彩色化方法仍然存在颜色溢出、颜色偏差和边界模糊等问题。为解决上述问题，提出了一种结合语义分割的灰度图像彩色化方法。该方法设计了一个由分类子网络、语义分割子网络组成的彩色化网络，将语义分割子网络和分类子网络提取的特征融合到彩色化网络中，引导彩色化网络为图像中每个对象和背景赋予准确的颜色；将结合空间和通道的注意力机制引入语义分割子网络，获得更准确的语义分割结果，提高彩色化网络对图像边界的感知能力和对细节的处理能力。为验证本文方法的有效性，通过多像素光子计数器实验平台，在低照度环境下拍摄了多组不同场景的微光图像，并对其进行彩色化验证。结果表明，所提方法在峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio，PSNR)、结构相似性(structural similarity index measure，SSIM)、感知相似度(learned perceptual image patch similarity，LPIPS)上分别提升6.12%、11.65%、4.99%。

为解决金属表面缺陷检测中传统算法类型单一、调试难度大的问题，设计了一种分布式孔径检测成像系统以实现超分辨重建。在此基础上，提出了一种改进模板-差分检测算法。首先，应用自适应非局部均值滤波和大尺度中值滤波预处理后，进行差分运算；其次，基于结构相似性指数实现自适应二值化；最后，利用缺陷的面积、形状和颜色等先验特征信息，将划痕、空洞缺陷和铆钉进行分类。实验结果表明，改进模板-差分方法在召回率和精确率上都达到了最佳水平，划痕缺陷的平均召回率高达98%，平均精确率为62.57%，显著优于传统算法Sobel，Prewitt和Laplacian（其对应平均精确率分别为53.74%、47.78%和25.72%）。该系统方案提高了金属板缺陷检测的效率和准确性，具有重要的应用价值。

道路损伤检测在道路维护过程中至关重要，针对目前的道路损伤检测依赖于大型车载检测设备导致其成本过高且普适性差的问题，提出了一种应用于边缘设备的超轻量化路面裂纹检测模型。首先构建轻量化的道路损伤检测网络，在此基础上基于特征映射贡献度剪枝策略，删除网络中的冗余参数，保证在边缘设备中进行实时监测的同时不降低检测精度。通过实验对提出的模型进行了验证，结果表明本文所提出的模型大小仅有2.06 M，在帧率40的情况下准确率达到了68.6%，相较于原始的YOLOv5s模型，在准确率仅降低3.4%的情况下，参数量降低了70.8%，在边缘平台推理延时降低175 ms。综上所述，所提出的模型在能够更有效地检测道路特征的同时，可以保持高水平的准确性，对于道路损伤检测具有良好的鲁棒性。

针对飞行试验中机载**投射试验测试需求、测试条件与现有弹体运动参数测量方法的不足，提出了一种基于三维模型的弹体运动参数精确测量方法。首先，简要论述了基于三维模型的弹体运动参数精确测量的方法原理和系统构成。其次，详细论述了弹体高精度几何与纹理建模、弹体三维模型与动态序列影像的自动配准，以及自动寻点、转点跟踪与高精度位姿解算等方法。最后，构建了地面试验验证系统，进行了静态测量数据准确性和动态测量数据有效可靠性的验证试验。试验结果表明，所提方法有效提升了测量精度与可靠性，实现了基于弹体模型运动过程的三维重现。

研究太阳光谱对于科学发展和人类社会有着深远的意义。根据该要求设计出的星载太阳成像光谱仪，其在地面定标时，直接进行辐亮度响应度定标后得到的辐亮度响应度信噪比较低，不确定度较大，难以实现对辐亮度响应度的精确测量。因此构建了太阳辐亮度高光谱响应度定标系统，进行系统整机辐亮度响应度测试。提高了待测太阳成像光谱仪定标试验的定标精度，获得了2.8倍动态范围提升，产生的扩展不确定度可以达到4.60%。该辐亮度响应度定标系统测试对比直接进行辐亮度响应度定标，显著提高了太阳成像光谱仪定标试验的信噪比，满足太阳成像光谱仪辐亮度响应度定标的要求。

针对弹光调制器（photoelastic modulator， PEM）在高精度旋光检测中对小延迟量测量的需求，提出了一种旋光检测高频小延迟PEM方案。通过COMSOL（COMSOL multiphysics）有限元仿真模拟驻波模式下的谐振频率在120 kHz附近的PEM，进行振动模态分析和尺寸确定，并设计加工高频小延迟PEM样品。对PEM样品进行实验验证，通过FPGA（field programmable gate array）提取出1~4倍频信号幅值作为主要研究对象，实现了小延迟PEM相位延迟幅值的自动计算以及待测旋光角度测量。实验结果表明：测量系统的高频小延迟PEM频率达120.32 kHz，相位延迟幅值平均值为0.11 rad，重复性为0.0007，相位延迟幅值较传统单PEM减小2.9倍，对微弱高精度旋光检测具有较大的现实意义。

电子轰击有源像素传感器（electron bombardment active pixel sensor, EBAPS）的光响应非均匀性是指EBAPS中光电阴极被均匀光源照射时，不同像素输出灰度不一致的现象，尤其是在低光环境下，图像的非均匀性会使细节识别变得困难，影响后续图像处理和分析的准确性。光响应非均匀性主要由光电阴极不同区域对光响应的差异、电子敏感互补金属氧化物半导体不同区域的电子倍增特性差异、各像素间对同一激励的响应差异以及读出电路中传输信道的差异性等因素导致。针对EBAPS的非均匀性问题，提出了一种基于EBAPS光电阴极响应、电子倍增以及像素响应非均匀性协同适配的测试方法。实验结果表明，该方法能够有效评价EBAPS的非均匀性，并且能够对器件的测试筛选和算法校正起到指导作用。

在CMOS（complementary metal-oxide-semiconductor）图像传感器表面形成具有Delta结构（delta-doping）的势垒可以有效地解决传统CMOS图像传感器在辐照环境中的性能变化问题，势垒宽度、高度参数直接影响CMOS图像传感器表面暗电流，以及表面探测信号的效率。假设电子的总能量和横截隧穿方向满足薛定谔方程，计算了隧穿概率以及隧穿高度与宽度的关系，得出Delta掺杂势垒的最小宽度应该在1 nm以上，进而设计掺杂结构和掺杂浓度。讨论了Delta掺杂的CMOS具有高效、稳定和均匀的量子效率，能够提高低能电子探测，并在微光成像以及太空探测中做出贡献。

现有的图像超分辨率网络大多针对可见光图像，对红外图像超分辨率的研究较少，且大多沿用可见光图像超分辨率。针对红外图像分辨率低、边缘模糊等问题，提出了一种基于梯度引导的红外图像超分辨率重建网络。该网络充分利用低分辨率红外图像中的梯度信息，将梯度图与提取出的特征相融合，使最终生成的高分辨率图像边缘更加清晰、对比度更高。对比实验与消融实验的结果表明，本文方法在红外图像超分辨率重建中优于其他对比方法，生成的高分辨率图像质量更高。

微光遥感影像被广泛应用于社会经济估算、城市监测、生态环境评估以及公共健康等领域。利用微光遥感在夜间和晨昏时段等低照度条件下进行地物探测，可与传统的日间遥感形成互补，形成全天时的对地观测能力。但是在低照度环境下，遥感相机的成像质量会随着相机进光量的衰减而急剧衰退，因此，如何提高图像信噪比是微光遥感需要重点关注的。针对前期研制的某夜光遥感相机的信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）进行了详细分析和建模，在面阵凝视模式下，分析信噪比与积分时间、地面辐亮度之间的函数关系，结果表明：当积分时间大于2 ms时，信噪比优于10 dB；当积分时间大于15 ms时，信噪比优于20 dB。在条带成像模式下，分析信噪比与行频及TDI级数的关系，结果表明：TDI级数一定的情况下，行频越高，信噪比越低；行频一定的情况下，TDI级数增加，信噪比增大，但是信噪比增大的速率随着TDI级数增加逐渐减缓。