提出一种利用极大倾角光纤光栅(Ex-TFG)谐振峰的3 dB点进行悬臂梁低频振动检测的优化方法。对Ex-TFG的轴向应变和弯曲应变特性进行理论分析和实验验证;对基于光强调制的Ex-TFG振动传感的光谱响应特性进行理论分析,采用Ex-TFG谐振峰的3 dB点对振动进行实验研究。实验结果表明:1)Ex-TFG在轴向应变和弯曲应变条件下,其谐振波长均发生蓝移,横电(TE)模和横磁(TM)模的轴向应变灵敏度分别为-2.8 pm/με和-1.8 pm/με,透射强度基本不变,在0~0.4 m ^-1的曲率范围内基于光强变化的弯曲应变灵敏度分别为2.6 dB/m ^-1和1.2 dB/m ^-1,基于波长漂移的弯曲应变灵敏度分别为-3.34 nm/m ^-1和-2.53 nm/m ^-1;2)在低频振动的检测中,Ex-TFG的TE模和TM模的谐振峰3 dB点的振动加速度灵敏度分别为113.54 mV/g和100.93 mV/g,比谐振峰的峰值波长点(100%点)的振动加速度灵敏度高2倍多,且信噪比(SNR)高约10 dB。此外,SNR随悬臂梁厚度的增大而增大;3)在相同条件下,TE模具有比TM模更高的振动响应灵敏度,但TM模比TE模具有更好的输出稳定性。

提出了一种光强解调型极大倾角光纤光栅（Excessively Tilted Fiber Grating, ExTFG）的龙门架低频振动传感器。首先分析ExTFG振动传感的基本原理和传感特性, 实验分析ExTFG的偏振相关谐振峰的损耗强度与横向压力的关系; 然后通过弹性膜片将PZT的振动信号转换为对传感器的横向压力; 再通过光电探测模块把光信号转化为电信号; 并且对输出信号进行FFT变换分析。实验结果表明, 所设计的传感系统对正弦信号频率响应时间为0.045s, 检测范围为1~10Hz, 平均误差为0.085Hz, 最大误差率为1.4%, 幅度响应的线性度为96.46%, 传感性能良好, 其FFT变换主频分量占80%以上, 对低频振动信号的传感与检测具有一定的指导意义。

围绕实际检验工作中遇到的问题, 以及国家推荐标准GB/T 10899-2009光学系统杂(散) 光测试方法中提出的要求, 论述了对光学系统全视场杂散光系数进行测试的必要性以及测量方法, 通过对现有杂散光测试装置的改造, 实现了对光学系统全视场杂散光系数的测试, 给出两种变焦距镜头全视场杂散光系数测试结果和分布状态曲线, 得到结论: 基本参数相近而型号不同的光学镜头, 其杂散光系数和分布状态会存在很大的区别。光学与机械结构形式不同是造成该区别的主要原因。测试数据能对光学系统杂散光抑制能力的提高起到参考作用。

分析了光电测量设备图像质量评价研究过程中，图像频谱高频分量对图像质量人眼主观评价影响的途径和解决措施。对清晰图像通过Butterworth 低通滤波器在频域进行了低通滤波，然后利用滤波图像分析了图像高频频谱对人眼主观感受的影响。用斜狭缝法对离焦成像系统的调制传递函数(MTF)进行了测试，并对相应离焦状态的模糊图像进行了主观评价。对不同像元尺寸相机获取的图像进行了频谱分析和图像评价，实验结果表明，图像频谱高频分量比例增多，图像具有更丰富的细节和更高的清晰度，准确调焦及采用小像元尺寸相机是提高光电测量设备图像质量的重要因素。给出了影响光电测量设备图像质量的其他因素，并提出了改进措施。

结合实际需要设计了一种精度高、便携性好, 用于检测多光轴光学系统光轴间平行性的检测仪器。该仪器能够实现可见、红外与激光不同谱段任意两个光学成像系统间的光轴平行性检测。与同类其他仪器比较, 该仪器的特点是光学系统结构均采用全反射设计, 避免使用红外光学玻璃, 在设计中减小和去除了影响仪器精度的一些因素, 例如: 去除了平面镜2个表面楔角α的影响。仪器的主体采用完全对称的结构和积木式的组装方式, 保证了仪器经温度循环实验和振动试验后检测精度优于5″, 满足使用要求。

针对光电经纬仪室内检测作用距离问题，提出光电经纬仪作用距离指标的室内检测模型。从对目标进行跟踪捕获的实际工作过程中的4个边界点出发，检测光电经纬仪的目标对比度指标，并在此基础上结合天气条件参数对作用距离进行估算。由实验结果可知，该光电经纬仪目标对比度范围为5%~13%；在北纬45°，7月，白天的无云无雨天气条件下，作用距离为30.105 km，与实际外场跟飞结果相比，误差约为1 km。该方法适用于跟踪天空背景下的目标时的作用距离估算。

为了实现低对比度目标捕获能力检测装置静动态目标源对比度的标定，搭建了目标源对比度测量系统，对图像对比度和光学对比度的对应关系进行研究。对静态目标源图像对比度进行了分析和标定，采用最小二乘法得出标定的拟合曲线。借鉴国军标细则和静态标定方法，针对动态目标源特有的“形变效应”和“灰度渐变效应”而造成目标灰度缺少统一准确的提取方法，采用判别分析的数理统计方法对提取框尺寸进行归类分析，借助散点图将提取框尺寸和灰度分布的关系进行可视化处理，明确了提取框的合理尺寸，排除了效应对标定的不良影响。绘制出不同速率条件下动态目标源对比度标定曲线。实验结果表明，提取框选择的准确率在94%以上，静动态标定方程评价参数R2和R2adj均优于99%，标定精度S均优于0.006。满足了对检验装置中目标源对比度标定的需要。

在分析存在外部因素影响光电设备跟踪能力检测的基础上，提出了利用建模分析的方法，在外部因素（目标速度、目标大小、目标亮暗和物方目标对比度）和图像目标对比度之间建立起数学模型。实验采用可调对比度无穷远目标源装置、高速摄像机、精密转台和捕获仿真装置等建立检验环境，通过数学模型分析和图像分析相互验证，着重对不同的外部因素进行了特性分析。实验结果证明：在背景辐亮度为3.2 W/(sr·m2)的工况条件下，拟合的方程能够准确地表述各外部因素与图像对比度的数学关系，通过设定各外部因素水平能够对光电跟踪设备的捕获能力进行有效检测。

低对比度动态目标捕获能力是衡量光电跟踪设备总体性能的重要内容之一。针对光电跟踪设备低对比度动态目标捕获能力室内检验方法欠缺、低对比度动态目标捕获原理尚不完善等问题，提出了实验室内光电跟踪设备对低对比度动态目标捕获能力的检验。检验采用可调对比度无穷远目标源装置和可调速转台，为被检仪器提供可准确度量对比度的光学基准目标和可准确测量速度的动态环境，根据被检设备对该动态目标的提取情况，验证光电跟踪设备的捕获能力。通过分析目标移动速度、目标大小对目标对比度的影响，评价光电跟踪设备在不同目标对比度和不同速度下的捕获性能。检验结果表明，在背景辐亮度为38 W/(sr·m2)的情况下，当直径为4 mm目标以7.45°/s以上速度从无穷远处进入某光电跟踪设备的视场时，该光电跟踪设备不能进行有效地捕获。检验结果通过光电跟踪设备对给定对比度动态目标的捕获情况来评价其整机捕获能力。