针对浮式生产储卸油装置（FPSO）串靠外输作业期间风浪流突变易造成FPSO与穿梭油轮发生大角度偏移，以及系泊大缆破损发生碰撞事故等问题，开发一套用于在FPSO外输作业期间实时监控风浪流、系泊大缆拉力、FPSO与穿梭油轮之间相对位置的系统。基于光学探测设备的监测数据，集成FPSO上已有的风浪流数据和系泊大缆拉力，采用数值模拟方法建立FPSO与穿梭油轮之间夹角的预测数学模型，实现系统实时监测、预测及预警等功能。现场测试结果表明：系统监测数据延迟≤0.5 s，距离测量误差≤0.4 m，夹角测量误差≤0.2°，120 s内夹角预测精度≥80%，满足工程应用需求，为实现FPSO外输作业智能化提供了技术参考。

为了满足高分辨率光谱仪高灵敏度、高分辨率、低噪声的技术要求，设计了用于微光成像系统的背照式CCD驱动电路及主控电路。线阵CCD采集系统采用Altera公司的MAX X系列FPGA作为核心控制器件，为线阵CCD提供多路驱动信号；线阵CCD探测器输出模拟信号经过信号预处理及AD采样，变换为数字信号后通过USB接口模块发送给光谱仪。通过将线阵CCD采集系统安装到高分辨率光谱仪，对汞灯谱线进行特征峰测试，光谱分辨率可以达到0.062 nm，满足高分辨率光谱仪的探测要求。

脉冲宽度调制 (pulse width modulation，PWM) 驱动是现有伺服控制系统的关键构成，因此在直流电机前端对脉宽信号进行差模滤波与共模滤波尤为重要。以某光电惯性稳定平台WSA38M功放模块为标的搭建滤波电路，分析PWM驱动开关频率导致电机发热和产生电磁耦合干扰的原因，运用公式计算LC滤波电路的电气参数，并进行优化仿真。测试和电磁兼容实验结果表明：优化后的电路性能优良，尤其是在22 kHz~53 kHz频段对系统干扰较小，容易满足整体指标要求，为控制系统设计提供了可靠的依据。

以两轴四框架光电系统伺服稳定平台为研究对象，运用故障模式、影响及危害性分析（FMECA）以及模糊层次分析法，对伺服稳定平台的可靠性进行定性分析。在得到伺服稳定平台的关键故障模式和可靠性关重产品清单后，充分考虑人为主观判断的模糊性，继续深入分析关重产品对可靠性影响的重要度排序，以此作为后续可靠性设计和分配的重要参考。

变焦物镜是偏振成像系统的重要组成部分，目前因变焦物镜使用较多非球面而导致价格较为昂贵。为了降低偏振成像系统变焦物镜的加工成本，设计了一款用于偏振成像系统的20 mm~200 mm变焦物镜。采用正组补偿，利用Zemax优化变焦系统，最终系统仅使用7片球面透镜，并达到良好像质，系统调制传递函数（MTF）在120 lp/mm处大于0.3，畸变小于4%，系统凸轮曲线平滑无断点。系统公差分析结果表明，公差范围设置为：镜片表面光圈公差为2，镜片或空气中心厚度公差为±0.02 mm，透镜表面中心倾斜公差为±0.025°，透镜装调公差为±0.025 mm，透镜折射率偏差为0.002，公差设置符合元件加工和系统装调工艺，对降低偏振成像系统成本具有一定的参考价值。

在高压电线运输电力过程中容易发生电晕放电现象，存在安全隐患，因此，进行电晕放电的检测十分必要。利用日盲紫外镜头进行电晕检测是检测手段之一。基于Zemax多重组态功能设计了一款大孔径宽光谱变焦镜头，目的是配合变焦范围为90 mm~165 mm变焦距紫外镜头应用，可在电晕放电信号检测时，全天候、快速准确找出损坏线路的位置。该镜头采用4组元、近对称结构型式，F数为1.4，可变焦范围在30 mm~55 mm，工作光谱波段为400 nm~850 nm，空间频率100 lp/mm处全视场MTF≥0.4，最大畸变≤±3 %，均采用标准球面设计，系统总长为110 mm，适用于0.847 cm（1/3英寸）CCD，能较好地矫正各类像差，满足各零件基本加工工艺要求。

陀螺是光电系统瞄准线稳定的重要元器件，介绍了一种基于光电系统的光纤陀螺冗余安装方法。在冗余安装陀螺数量确定的前提下，考虑到工程实际应用的安装空间、体积、重量和成本等因素，设计了4个陀螺的八边形金字塔冗余安装方式，对此冗余安装方式的精度和可靠性进行了分析和仿真，并与无冗余安装进行了对比。同时，该安装方式可用于陀螺与磁流体动力学角速率传感器的冗余安装。结果表明，该方法使角速度测量的噪声标准差下降约25.3%，可靠性提升约1.75倍。该方法能有效解决某光电系统受安装空间限制而陀螺精度不够的问题，提升了光电系统可靠性；同时也可应用于三轴陀螺稳定光电系统中，对工程应用有一定的指导作用。

目标定位精度是评判机载光电系统性能的一项重要指标。对于高空机载光电系统，目标定位精度除受传感器、测距仪、载荷平台稳定精度、飞行平台稳定精度和位置精度等综合因素影响外，还受大气折射的影响，对于高空机载光电系统远距离对地观测，大气折射对目标定位的影响尤为严重。该文从大气折射对目标定位的影响机理出发，给出大气模型，分析大气折射的影响因素，并基于介于圆球体和参考旋转椭球体之间的地球模型给出了大气折射误差模型；基于该文提出的近似参考旋转椭球体地球模型，仿真分析了大气折射对目标定位的影响结果。分析结果对于机载光电系统远距离目标定位大气折射修正具有重要指导意义。

柔性铰链作为快速反射镜（fast steering mirror，FSM）的关键部件之一，分析其结构特性对FSM性能的影响，用于指导FSM结构设计。通过将柔性铰链简化为弹性环节，等效为3轴的平动刚度和3轴的转动刚度，基于欧拉动力学，建立了两轴FSM的运动微分方程，搭建了FSM控制系统的Simulink仿真模型；在给定振动环境下，仿真分析了结构谐振频率对FSM性能的影响，指出平动固有频率越大，FSM锁零精度越高，平动固有频率选择在伺服系统增益交界频率2倍以上；考虑到锁零精度要求和电机力矩限制，转动固有频率选择在25 Hz～50 Hz。最后结合实物进行了振动试验，仿真结果与振动试验结果一致，验证了仿真模型的正确性。

针对航空光电系统成像性能要求，从探测器像元尺寸出发，研究了探测器像元尺寸对探测器动态范围、信噪比、调制传递函数等性能参数的影响，并分析了探测器像元尺寸对光电系统分辨率、信噪比、探测识别作用距离等总体性能参数的影响，最后列举了国外典型航空光电系统参数及其选用的探测器参数。通过分析探测器性能参数与系统总体性能参数之间的关系，给出探测器像元尺寸选型及航空光电系统Fλ/d典型值的建议，即一般情况下航空光电系统为了获得远距离高像质图像，优先选用大像元探测器，并综合权衡探测器像元尺寸与系统Fλ/d之间的关系，将Fλ/d控制在2以内。