摘要：针对临近空间激光雷达所使用的离轴抛物面反射镜在低温下会发生形变导致反射光耦合进光纤时效率下降的问题,通过研究自调焦技术,设计了自动补偿激光雷达组件,用于抵消温度对系统的影响。利用有限元法分析了接收系统在热载荷作用下的变形,获得镜面离散变形数据,使用Zernike多项式拟合镜面变形后的面形,通过光学设计软件模拟得出该激光雷达接收系统优化后的焦距变化与温度呈线性关系,经过光学设计软件确定补偿位置。使用温度自适应调整机构降低热变形带来的离焦量影响。分析结果表明,补偿后均方根半径从26.495μm下降至15.93μm,光斑半径减少39.9%,耦合效率提升至80%以上。

摘要：针对深水清淤机械臂阀控非对称油缸因高阶非线性特性以及水下大干扰工作环境导致的控制困难问题,本文提出一种加速干扰自适应滑模控制方法。通过整理系统的高阶非线性模型,建立液压油缸的分层控制模型。使用反步法设计了滑动模态指数收敛的滑模控制器,在此基础上提出了一种加速的干扰自适应方法,并使用李雅普诺夫稳定性理论验证了该复合控制方法的稳定性。通过Simscape平台进行多物理域仿真验证,仿真结果表明:所设计的加速干扰自适应滑模控制方法能实现快速准确的位置跟踪,相比于比例积分微分控制具有响应速度快、超调量小的特点,相比于普通干扰自适应滑模控制方法具有稳态误差更低,干扰估计速度更快的特点。

摘要：针对宽波段同时偏振高分辨率成像需求,提出一种基于反射式自由曲面光学系统和数字微镜器件的分孔径同时偏振超分辨率成像系统,其具有可用于任意光学波段、多个偏振态同时成像、单探测器、高分辨率、易轻量化等优势.给出了这种成像系统光学结构的像差校正原理及设计优化方法,将Wassermann-Wolf理论进一步发展,推导了可消除多种像差的反射式Wassermann-Wolf微分方程;同时结合赛德尔像差理论,在求解Wassermann-Wolf方程时加入消畸变的边界条件,通过迭代方式,得到同时消除球差、彗差、像散、畸变的光学初始结构.对该初始结构进行离轴处理并进一步优化,编写自定义优化评价函数,严格控制各子孔径和各视场在中间像面和最终像面上主光线落点位置,从而有效地抑制最终系统中的畸变,避免超分辨重建过程中的镜元和像元失配误差,提高重建质量.最终完成了四子孔径自由曲面离轴反射式超分辨成像光学系统的设计,其相对孔径大(F#=2.5),结构紧凑,各个偏振通道成像质量接近衍射极限.以上像差校正原理及像质优化方法可有效指导超宽波段同时偏振超分辨率成像光学系统的设计.

摘要：针对传统透射式光学系统初始结构优化设计效率低、结构选取过度依赖经验等问题,提出了一种基于深度学习的透射式光学系统初始结构自动优化设计方法。通过监督训练学习公开光学镜头库中参考镜头的结构特征数据,构建基于光线追迹的无监督训练模型,提升深度神经网络(DNN)模型的泛化能力。通过训练生成的网络模型输出包含真实玻璃的光学系统的结构参数,从而实现透射式光学系统初始结构的自动优化设计。设计结果表明:利用该网络模型优化设计的光学系统初始结构在全视场、全谱段下的像面点斑半径与参考镜头接近,并且能够根据不同焦距要求分别设计出光学系统初始结构;所设计的1×106组初始结构的成功率优于96.403%,表明所提网络模型具有良好的泛化能力。

摘要：开展了多谱段信息融合的偏振成像探测方法和技术研究,提出了多谱段偏振成像仪器总体方案;深入分析了目标起偏和传输特性建模与测试、高消光比金属微纳格栅偏振元件的优化、多谱段偏振成像探测系统光学设计、多谱段偏振信息处理等关键技术方案。提出一种新颖的深度网络,通过自学习策略来解决偏振图像融合问题,为研制多谱段偏振成像探测实验样机提供技术支撑,以满足偏振光学成像中目视辅助和引导的实际应用需求。

摘要：针对溢油、赤潮等典型海洋生态环境污染和灾害,传统监测手段在海雾、耀斑、复杂光照等复杂海况干扰下存在“看不远”“辨不出”“认不清”三大难题。通过对比多种光学监测手段的优缺点,提出“光谱+偏振+红外探测”的多维度光学监测方法,梳理了典型海洋目标多维特性生成、传输、获取、处理与识别反演方法的现状与不足,提出了海洋目标多维度光学信息获取机制、复杂海况下多维度光学特性生成机理和传输演化机理、海洋目标多维度高分辨信息解混、重构与增强方法,以及目标识别反演方法等5个重点发展方向,指明了技术路线和解决途径,设计了多维度光学监测系统总体方案。最后,在室外开展了5种溢油种类、2种赤潮优势种的定性和定量化可控试验,利用偏振探测实现了油种的分类和赤潮优势种的区分,这为机载多维度高分辨海洋光学监测系统的深入研究与应用奠定了基础。

摘要：针对现有基于无线通信的无人机蜂群协同控制在电磁拒止环境下无法使用的不足,提出了一种仅利用机载视觉传感器进行无人机编队的端到端控制算法。对经典YOLOv3目标检测识别网络进行了神经网络剪枝,使之适应于嵌入式系统。采用剪枝后的深度神经网络设计了无人机视觉跟随控制算法,利用深度神经网络提取目标无人机的边界框,计算该边界框与期望边界框之间的坐标误差与尺寸误差,并以坐标误差信号作为偏航角控制的反馈输入,以尺寸误差信号作为速度控制的反馈输入,控制协同无人机完成对目标无人机的跟随。与基于无线电的领航跟随算法进行了仿真对比,结果表明,采用视觉跟随的无人机跟随控制在通信干扰、全球定位系统拒止等某些特定环境下具有更好的控制性能优势。利用两架bebop2无人机进行了实测实验,结果表明:所提算法可以在2s内实现对目标无人机的状态跟随,速度控制稳态误差在5%以内,偏航角控制稳态误差在3%以内,具有良好的应用前景。

摘要：目前正交级联液晶偏振光栅使用过程中的偏转角度均被认为是其角分辨率的整数倍,实际使用过程中,正交级联液晶偏振光栅的偏转角度与设计角度存在一定偏差。针对该问题,给出了正交级联液晶偏振光栅偏转角度计算模型。首先根据单片液晶偏振光栅角度偏转理论,推导出级联液晶偏振光栅偏转角度公式,然后进一步推导出二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转模型,分析了二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转范围与角间隔之间关系,分别计算出满足一定角度范围的角间隔,满足一定角度间隔的角度范围以及同时满足角度范围、角度间隔的设计角间隔。最后分别利用光学设计软件建立了精度为0.001°的软件模型并构建测量精度为0.1°的实物测试系统,证明了角度偏转模型的准确性。

摘要：正交级联液晶偏振光栅可实现光束大范围偏转,在空间激光通信与激光雷达等领域具有广阔的应用前景,其大部分应用领域均需要同时发射激光与接收激光,如何解决发射光与接收光分离的问题尚未见报道。针对这一问题,文中根据1/4波片、1/2波片以及液晶偏振光栅理论推导了线偏振光源经过被动液晶偏振光栅层以及正交级联液晶偏振光栅后偏振态的变化,验证了出射光偏振态与光束偏转角度的可逆性。采用偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、正交级联液晶偏振光栅等器件设计了一种可实现发射光与接收光偏转与分离的光学结构,构建了测试系统,最后通过测试结果证明了理论的正确性与结构的适用性。

摘要：针对硫系玻璃材料热稳定性高、光谱透射率好、适合模压成型等特点,提出一种采用硫系玻璃的长波红外光学系统设计方法。理论分析了被动式光学补偿和机械补偿的设计过程。根据被动光学补偿原理求解系统初始光焦度分配,借助被动机械补偿方法设计了一种大相对孔径红外消热差光机系统。系统焦距为90 mm,F数为0.9,适配长波（8-14μm）非制冷红外焦平面探测器,其像素为640 pixel×512 pixel,像素大小为17μm。在-40℃-50℃温度范围内工作时,系统各视场调制传递函数（MTF）均接近衍射极限。设计结果表明,利用硫系玻璃相互匹配并结合机械补偿方法可以实现系统被动无热化,能够得到性价比较高的红外成像光学系统。