新型复杂光电仪器的技术保障面临着仪器知识少、没有维修经验积累等困难,为尽快提高有关技术人员的保障能力,研究了构建仪器层次分解工作模型的方法和进行仪器结构基元的故障预测、故障繁衍、故障诊断的策略,以使技术人员尽快掌握仪器知识,具备故障诊断维修的能力。

为了研究凝视激光探测系统的探测灵敏度指标性能,针对凝视激光探测系统的凝视成像特性及探测面元接收激光能量会随视场角的变化而改变的特点,从实验室现有测试条件出发,设计了一套关于其探测灵敏度的室内间接测试方法。分析了测试过程中各环节应注意的问题,给出了相应解决方法,对搭建的模拟激光探测系统在不同的方位角下进行了激光发射、探测实验测试,得出7个不同方位角的探测灵敏度结果,其中,中心视场角探测灵敏度为0.259nJ/cm2,相对误差在3.4%～4.2%范围内,得出该系统最小可探测能量随视场角增大而增大的规律,并定性分析了测试误差。结果表明,该设计方法实际可行,误差精度可以达到规程要求,为进一步研究设计高精度的灵敏度测试系统提供了有益参考。

为了提高二向性反射率分布函数(BRDF)模型参数拟合的效率, 充分了解地物目标的光谱方向特性, 提出了一种基于广义逆矩阵的BRDF模型参数拟合方法。首先分析了地物光谱反射的方向特性, 然后使用成像光谱仪测量不同方向条件下目标的光谱反射率, 将实验条件与先验测量数据代入BRDF模型中, 建立广义逆矩阵等式并拟合出测量目标的模型参数; 利用拟合的目标BRDF模型参数反推任意特定方向条件下的光谱反射率, 并与实测数据作对比, 采用光谱角制图法度量其相似度。结果表明, 草地和迷彩雨衣的拟合光谱曲线与实测光谱曲线的相似度很高, 分别达到了0.1307和0.0896, 证实了该参数拟合方法的有效性, 同时也验证了BRDF模型的泛化拟合能力。该方法原理简单、快速有效, 可为其它类型的BRDF模型参数拟合与后续地物目标光谱特性研究提供参考。

为了研究非制冷微测辐射热计的激光损伤阈值，根据非制冷微测辐射热计的构造和成像原理，分析了像元温度响应机制，推导出了零偏置下和单次偏置时间内像元受到激光辐照的温度增量计算公式；建立了激光辐照非制冷微测辐射热计的有限元分析模型，结合实际工作条件加载热源载荷进行仿真，模拟了激光造成软损伤的过程。结果表明，激光软损伤阈值可按照零偏置条件下像元温度响应的公式近似计算，其对应的温度偏差不大于3%。该研究为激光压制干扰红外成像系统的损伤阈值计算提供了参考。

为了在探测图像中实现对激光光斑的精确定位，进而达到系统对激光光源精确定向的目的，引入了亚像素检测的算法.并针对小同大小的光斑分别采用了重心法和基于空问矩的综介检测方法.进行了理论分析和实验验证.取得了小同光强下光斑坐标均值和均方差数据。结果表明.这种方法在扩展检测动态范围的基础上可以使激光光斑定位精度达到在0.2个像素以内。这一结果对保证系统对激光源的精确定向是有帮助的。

为了准确地对陆基成像条件下高光谱图像的噪声水平进行评估, 提出了一种基于边缘剔除后残差调整的局部标准差法。首先将获取的高光谱图像分成若干个大小合适的子块, 而后利用Canny边缘检测算子检测出图像的边缘信息, 判断并剔除其中含有边缘的子块, 将剔除边缘子块后的均匀子块采用多元线性回归后求取残差的方法进行噪声估计。结果表明, 对同一幅陆基高光谱图像的不同子区域进行4×4像元与8×8像元分块, 得到的噪声总误差值分别为1.985×10³与2.197×10³。该噪声估计方法对陆基成像条件下高光谱图像的噪声评估具有较强的鲁棒性, 可为后续陆基高光谱图像处理与应用提供参考。

为了研究雪崩光电二极管(APD)对大气传输后的激光进行探测时, 所受大气湍流效应及APD噪声的影响, 分析了激光在湍流大气中传输、APD对激光探测两个过程, 结合APD的探测原理, 建立了指数威布尔-高斯双重随机过程模型。通过实验测量了不同信噪比、不同大气湍流下APD输出电流的概率密度, 对探测距离不同、接收口径不同的情况进行了仿真。结果表明, 接收信噪比为2, 5, 10时, 光强分布方差分别为0.5354, 0.3565, 0.2781, 偏移量分别为0.05, 0.0109, 0.0029;大气折射率结构常数为2.5×10^-15, 3×10^-14, 4.9×10^-14时, 方差分别为0.1198, 0.2781, 0.4035, 偏移量分别为0.0002, 0.0029, 0.0039;双重随机过程模型可准确描述经过大气传输的激光被APD探测的过程; 探测器口径的变化对APD输出电流的概率密度影响不大, 而接收信噪比、探测距离、大气折射率结构常数的增大会使APD输出电流平均值较信号电流产生较大偏移、且离散程度加剧。该模型的建立对激光探测技术研究具有一定的参考价值。

为了研究噪声对雪崩二极管（APD）探测能力的影响，采用高光谱图像计算辐射功率的方法，对APD探测系统的各类噪声的成因及特点进行了分析，在此基础上归纳了影响系统探测能力的因素，并对白天状态下背景光功率与信噪比关系、倍增因子与温度关系进行了仿真，利用高光谱图像的光谱曲线计算背景辐射经大气湍流、大气分子和气溶胶影响后的功率，进而得到经大气传输后的背景辐射与APD噪声关系。结果表明，偏置电压为340V、背景光由0.07mW增强到0.35mW时，噪声有效值由108mW增强到150mW，表明同一偏压下，APD噪声有效值会随着自然背景光功率的增强而增强；背景光为0.35mW、偏置电压由320V增强到340V时，噪声有效值由23mW增强到150mW，表明同一背景光下，噪声有效值会随偏置电压升高而升高，且增长速率逐渐加快。此研究表明通过高光谱图像可得到特定区域的背景辐射功率，并明确了背景辐射对APD噪声特性造成的影响。