为便于在相机标定系统设计前,对标定误差进行预估,分析影响标定误差的因素,指导相机标定系统工程设计,针对P4P相机标定算法,提出新的算法模型。解决原算法中方位角、俯仰角及横滚角各姿态角相互耦合的问题,使姿态角求解仅与相机内参和特征点图像坐标相关。在此基础上,建立误差分析模型,从理论上分析图像定位误差、畸变、主点误差、焦距误差、特征点位置误差对姿态角标定的影响,并进行仿真和实验。实验结果表明,标定精度仿真结果和实验值一致,误差分析模型准确有效。该模型能够指导标定系统工程设计,具有较高的工程应用价值。

提出了一种利用表面刻有周期性规则图案的陀螺转子进行非接触式角度测量的方法，这种方法利用光电传感器读取陀螺转子表面的图案信息，从而实时测量陀螺转子的偏转角。介绍了这种测角方法的原理和测角装置的结构，并建立三维几何模型，详细推导了测角方法的角度解算算法，得到了陀螺转子在无偏转、一维偏转及二维偏转三种情况下的偏转角与光电传感器测得的陀螺转子表面图案信息之间的关系曲线或曲面。计算结果表明，两个正交方向的光电传感器共同探测,即可得到陀螺转子的偏转角及偏转方向，其结果唯一，且测角范围大于30°。该测角方法可用于静态测量和高速动态测量。

大通量冷原子源是实现高精度冷原子干涉仪的关键技术之一。为获得大通量冷原子源, 通常采用二维磁光阱(2D-MOT)和三维磁光阱(3D-MOT)的级联结构, 其中2D-MOT的磁场分布是影响其性能的重要因素。通过数学建模及有限元分析, 对2D-MOT中不同构造(长方形、跑道形、马鞍形)的反亥姆霍兹线圈进行数值计算, 分析了不同构造线圈的磁场分布及因在制造与装配过程中产生的偏心、线圈不对称、平行度及内径不对称误差造成的磁场零点漂移和磁场梯度变化。分析结果表明, 在偏心误差C<1.14 mm, 线圈不对称误差ΔI<0.016 A, 平行度误差θ<1.02°时, 马鞍形线圈产生的磁场梯度更有利于制备大通量冷原子源。该结果为冷原子干涉仪2D-MOT的磁场系统设计和加工提供了理论指导。

摄像机在曝光时间内与目标的相对运动会产生像质模糊，且速高比(或速距比)越大，模糊状态越严重。目前，光学式像移补偿方法主要采用反射镜元件，针对其存在像旋校正机构复杂、运动定位控制难度大、摆扫式易产生光学振荡等缺点，提出了应用旋转双光楔系统进行像移补偿的新方法。建立了双光楔系统的动态作用矩阵数学模型，分析了光楔组件在各种独立运动状态下的出射光矢量轨迹，进行了软件仿真。根据实际的像移补偿需求，给出了双光楔系统的设计结果及控制方法。仿真和分析结果表明：双光楔系统具有结构紧凑、控制方法简单、运动平稳、补偿能力强等显著优点，对于大速高比(或速距比)的应用场合具有重要的实际意义。

为了实现玻璃内应力的高精度测量，提出了一种磁光调制的新方法，建立了基于磁光调制的内应力测量系统。首先，根据偏振光的穆勒矩阵描述方式推导了该系统的测量模型，通过分离被测信号的直流、基频和各次谐波分量，并利用“归一化”的方法，消除了光强波动对测量结果的影响，并根据处理接收到的各信号分量得到玻璃内应力方向和应力双折射大小。通过测量玻璃的不同位置验证了该方法的有效性，内应力方向的测量精度为5″，应力双折射的测量精度低于0.5 nm/cm，且系统具有稳定性高、精度高等特点。

: 为了实现偏振光信号发生单元起偏器光轴方位角的精确测量，介绍了一种采用磁光调制技术与利用直角棱镜和自准直仪来引出光轴方位角的装置及其工作原理，并指出采用普通检偏棱镜时存在的问题。为解决该问题，基于格兰-泰勒棱镜的工作原理设计了一种新型偏振器件，该器件采用三块材料参数完全相同的方解石晶体构成，位于两侧的晶体均可分别与中间的晶体形成一个格兰-泰勒棱镜，使其翻转180°前后均能实现检偏功能；详细介绍了该器件的工作原理及安装和工作方式，并系统分析了新组件在工作过程中可以实现棱镜制造及安装误差的消除，完成光轴方位角的测定。最后通过实验验证了该装置的测角精度为0.5″，且系统具有稳定性高、精度高、可操作性强等特点。

为解决偏振棱镜消光比参量传统检测方法中, 由于光线的非垂直入射和消光位置定位误差等因素的影响, 导致不能精确测量的问题, 以格兰-泰勒棱镜为例, 通过对偏振光进行磁光调制以精确确定待测棱镜消光位置, 并在消光位置附近多次小角度转动待测棱镜, 以减小光线的非垂直入射对出射光强产生的非线性微扰.仿真和实验验证表明, 该方法可以准确地得到消光光强与平行光强, 得出消光比参量,满足测量准确度要求.

提出了一种采用磁光调制与光源调制技术高精度测量偏振棱镜消光比参数的方法并建立了相应的消光比测量系统。首先, 根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型; 采用磁光调制方式, 实现了待测偏振棱镜晶体光轴与起偏器晶体光轴夹角的高精度定位。然后, 采用光学斩波器对光源进行方波调制, 消除了各种噪声对系统测量精度的影响, 使得系统在待测偏振棱镜实现光轴精确定位后能够准确测量光强值。最后, 对待测偏振棱镜进行了多次测量并求取平均值。实验结果显示, 对偏振棱镜消光比参数的测量精度为10-6 , 验证了提出方法的有效性和稳定性。该系统精度高、稳定性好、容易实现工程化, 对偏振器件的性能检验和实际应用具有指导意义。

提出了一种基于磁光调制法测量玻璃内应力方向和大小的方法，并建立了基于磁光调制的内应力测量系统。首先，采用光线追迹的方法，根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型; 采用磁光调制器，对信号光束进行正弦交变的磁光调制，将直接测量光强信号改为测量频率信号，提高了测量准确度; 采用磁旋光器，消除了人为操作引起的误差，并通过控制旋光器外加线圈驱动电流的大小，改变调制信号光偏振方向的旋转角度; 最后，对待测样品进行了多次旋转测量。测量结果显示，本方法对玻璃内应力方向的测量准确度为5″，对应力双折射的测量准确度为0.3 nm/cm。得到的结果验证了该方法的有效性和稳定性，显示系统具有稳定性高、准确度高、容易实现工程化等特点。

为了实现上下不同平面内仪器方位角的快速测量, 基于磁光调制和偏振分束构建了一种角度测量系统。根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出了系统的测角模型, 并采用“差除和”的办法消除光源波动以提高测角精度。分析了渥拉斯顿棱镜的两路光信号透射比与入射角、方位角的关系及其对测量结果的影响, 讨论了由双光路光电器件的光信号衰减、器件漂移和电路性能的不同带来的增益差异与测量结果的相关性。最后, 提出了采用磁光调制的方法来消除两路信号的透射比系数和增益系数的差, 从而提高仪器测量精度。实际系统测量实验表明：系统完成测角时间为15 s, 在+8°～-8°内测角精度优于5″。结果显示该系统具有稳定性高、测角速度快、精度高等特点。