本文设计了一种新型的二维声子晶体结构，采用有限元法和等效模型法进行了深入研究，发现该结构具有良好的低频吸声性能。通过理论推导和仿真计算发现，在21 mm的晶格常数条件下，该结构在0~800 Hz具有完整的四条带隙。第一带隙下限低至40.28 Hz，且具有约为93 Hz的带宽，计算其传声损失后，发现其在低频域内具有良好的隔声效果，最大隔声量可达87.31 dB。对该结构的多个振动模态分析，建立相应的等效模型，并基于等效模型探究了不同因素对带隙频段造成的影响，总结出该新型二维声子晶体的一般性规律。研究结果表明，增大散射体密度和减小基体密度可以增加带宽，增大填充率和对散射体适当进行开孔处理可以改善带隙特性。该研究对于解决低频噪声控制问题具有一定参考意义和工程应用价值。

本文针对低频噪声的控制问题, 设计了一种腔体结构可调的Helmholtz型声子晶体, 该结构内腔由一活动伸缩螺杆连接的隔板分为上下两腔, 并采用弓字形开口通道设计。采用有限元法对该结构的带隙特性与隔声特性进行了分析, 并通过“声力类比”的方法构建了该结构在带隙起始频率与截止频率处的等效模型。研究表明, 该结构在500 Hz以下频段内具有6条带隙, 最低带隙频率可达31.34 Hz, 且在每条带隙频段内都表现出了良好的隔声性能, 最大隔声量可达111.95 dB。最后, 通过调整伸缩螺杆, 改变腔体结构布局, 可将多条共振带隙相连, 不仅可以构成一个较宽的带隙, 而且可以达到调节隔声频段的目的。该设计为改善Helmholtz型声子晶体的隔声性能提供了新的设计思路。

研究了杂散光干扰下星敏感器星点提取问题。在杂散光干扰下，星点提取的效果会变差，这会使解算的姿态不准确和不可靠。为了抵抗杂散光干扰，提出了一种基于最优背景估计的抗杂散光星点提取方法。首先，分析了杂散光在星敏感器中的成像特点，构建了杂散光的具有闭合解的曲面模型；然后，设计了基于最优曲面的杂散光背景估计方法和星点提取方法；最后，采用仿真的杂散光图像和星敏感器采集的杂散光图像验证了算法的性能。实验结果表明：该方法得到的星点检测率、误检率和质心定位精度均优于现有基于背景和形态学的方法，该方法对杂散光有较好的抑制能力。

为了解决飞机舱室中的低频噪声问题，本文设计了一种双迷宫型通道的Helmholtz周期结构。迷宫型开口通道的设计能够大大增加Helmholtz腔开口通道的长度，有效降低低频带隙下限，双通道的设计能够增加声子晶体局域共振的区域，可以增加低频带隙数目。本文采用有限元法(FEM)得到了该结构在0~500 Hz频率范围内的能带结构及隔声特性，经过深入研究发现，该Helmholtz 周期结构在0~500 Hz范围内存在多个低频带隙，且在低频范围内表现出较好的隔声特性。为了揭示其带隙产生机理，本文通过声-电类比方法建立了该结构的等效电路模型，并通过有限元法和等效电路模型，对低频带隙影响因素进行了详细分析。结果表明，增加开口通道的长度能够降低带隙起始频率，较小的晶格常数有利于拓宽带隙宽度。本文的研究进一步探索了声子晶体结构设计对带隙的影响，为解决飞机舱室的低频降噪问题提供了新方法。

全天时星敏感器技术可以将星敏感器的应用推广到临近空间飞行器如平流层飞艇和高空气球等平台, 是星敏感器未来发展的一个重要方向。由于白天受到强烈的大气背景辐射的影响, 可见光波段星敏感器的探测能力显著受限。大气背景辐射在短波红外处的强度迅速降低, 因此利用短波红外成像系统在0.9~1.7 ?滋m波段下进行恒星探测成为研究全天时星敏感器技术的一种有效可行的方案。为了系统地分析并验证短波红外全天时星敏感器的可行性, 文中在分析全天时星敏感器探测模型的基础上, 重点讨论了短波红外探测器噪声对星敏感器探测能力的影响并基于探测模型确定了20 km高度处全天时星敏感器的光学参数。基于短波红外探测器研制了全天时星敏感器原理样机, 结合地面处的观星实验, 测试了原理样机的探测性能并验证了全天时星敏感器探测模型的正确性。

对于一台激光跟踪仪对多个测量点进行测量的问题, 提出了一种视觉引导激光跟踪测量方法。摄像机固定于激光跟踪仪顶部, 随之旋转对测量范围内激光跟踪仪反射器进行定位, 引导激光跟踪仪激光投射到反射器上。标定摄像机与激光跟踪仪相对姿态, 用平面圆孔靶标。激光跟踪仪和摄像机同时测量圆孔靶标, 将两个坐标系下对应三维点数组进行均值化处理, 变为两个坐标系下对应的向量组, 向量组之间的转换关系, 即激光跟踪仪与摄像机之间的旋转矩阵。再根据两坐标系下对应的任一点的三维坐标, 求解两坐标系的平移矢量。此标定算法把对两个坐标系之间的旋转矩阵的求解, 通过Cayley变换, 转换为对与转换矩阵相对应的三维向量的求解, 求解过程简单稳定。实验结果表明, 靶标摆放50次, 测量误差小于1 mm。把校准结果应用到实际测量中, 激光跟踪仪可快速准确地将激光束投射到反射球中。此方法操作简单, 稳定性强, 具有很高的实用价值。

车载移动式视觉跟踪与测量系统在实际应用中，快速便捷地进行视觉系统与场地坐标系的全局统一是关键技术。结合视觉系统与现场特点，阐述了系统标定原理，给出了视觉跟踪与测量系统相对于场地坐标系转换数学模型。该方法的基本思路是转台视轴分别指向场地坐标系内的两个控制点，根据两点对应的俯仰角、方位角及距离确定两坐标系的转换关系。仿真分析和实验结果表明：角度和距离精度分别达到0.03°和0.52%。该方法便捷、高效，对移动式视觉测量系统坐标系快速统一有实用价值。

实现高效准确的目标检测算法在视频监控、自动导航等诸多领域有着至关重要的作用。针对现有目标检测算法速度不高且鲁棒性差的缺点，提出了一种基于对象性测度估计和霍夫森林的快速目标检测方法。首先，基于自下而上的视觉注意机制，采用对象性测度估计，提取图像中的物体候选集；然后，在由物体候选集确定的感兴趣区域内进行霍夫森林目标检测，确定目标中心位置；最后，结合目标中心所在的对象性测度估计候选框的尺度信息，确定目标大小。实现结果表明，该方法在提高霍夫森林目标检测算法检测准确度的同时，大大提升了检测速率。

根据星敏感器的误差来源和组成，提出了对甚高精度星敏感器的瞬时误差(TE)、高频误差(HSFE)、低频误差(LSFE)三项误差的测试方法。针对星敏感器TE的测试，利用统计高精度静态光星模和基于高精度单星模拟器的星点质心定位误差的方法，得到星敏感器TE的误差；针对星敏感器HSFE的测试，利用高精度转台和单星模拟器，以微步距采集星点弥散斑在不同成像位置时的能量变化，计算星敏感器高频误差；针对星敏感器LSFE误差的测试，利用双轴转台，并且分别旋转转台的两轴，计算星敏感器星像坐标在像面上的变化来获得LSFE的误差。最后文中以某甚高精度星敏感器为例进行试验，结果表明测试方法有效。

多视场星敏感器与传统单视场星敏感器相比不仅具有更高的可靠性和自主性，也具有更高的精度和动态性能，是未来星敏感器发展的重要趋势之一。为获得最佳性能，需要对多视场星敏感器的视场大小和布局进行优化。为此，首先建立了多视场星敏感器的数学模型，重点介绍了星点成像和姿态计算。然后推导了多视场星敏感器测量精度的数学表示，分析了影响精度的因素。通过仿真分析了多视场星敏感器视场大小和布局对各因素和精度的影响。仿真结果表明，视场大小对星敏感器精度的影响取决于星敏感器的运动情况，当角速度较小时，视场越小，精度越高；当角速度较大时，视场越大，精度越高。而各视轴相互正交的视场布局下，多视场星敏感器的测量精度最高。