为了解决测角传感器精度和径向尺寸之间难以调和的矛盾，从辐通量和莫尔条纹的角度，详细推导和分析了端面光栅轴系误差和柱面光栅轴系误差，并建立了误差模型。基于轴系误差分析，设计了一款结合端面光栅和柱面光栅的立体光栅测角传感器，并搭建了立体光栅测角传感器实验系统。实验结果表明，当读数头呈均匀分布时，立体光栅测角传感器的误差为6.75"；当读数头呈非均匀分布时，立体光栅测角传感器的误差为4.33"。研究结果为轴系误差的抑制提供了新方法，为小型化、高精度测角传感器的研制提供了参考。

为了提高测角系统的测量精度，基于误差的特性和表现形式，从谐波角度对测角系统中的刻划误差、光电信号误差、偏心误差、倾斜误差和变形导致的误差建立相应的数学模型，并对偏心误差和倾斜误差进行仿真分析。搭建了金属圆光栅测角系统，对系统中的误差进行了分析和修正。实验结果表明：测角系统测角误差为134.2″，修正后误差为32.23″，圆光栅测角系统误差分析为后续的误差补偿提供了理论基础。

提出了一种基于自准直仪的在位校准方法。基于圆周封闭原则和傅里叶级数的性质,建立了测量值与理想值之间的函数关系,利用理想刻线位置和实际刻线位置的偏差,获得了校准曲线,详细推导和分析了校准原理,搭建了校准测角系统,并进行了实验验证。实验结果表明,单读数头测角传感器原始测角误差为734.8″,校准后误差为2.4″,且校准效果优于常用的谐波补偿方法,校准系统的重复性优于0.13″。在位校准方法能够有效减小测角误差,且方法简单,校准效率高。

为了充分利用源图像重要特征,提出了一种基于迭代导向滤波与多视觉权重信息的红外与可见光图像融合算法.首先,通过一种迭代导向滤波器将输入图像分解为基础层与细节层; 其次,利用边角信息、清晰度与对比度来综合确定二进制权重系数,再选择导向滤波对其优化,进一步去除噪声并抑制伪影的产生; 最后,应用重构准则对基础层与细节层进行组合,得到融合图像.实验结果表明,与其它多尺度分解相比,该方法具有尺度感知特性,可以更好地分离空间重叠的特征,不仅可以使夜视融合图像的细节信息更突出,还能够有效地抑制伪影.

针对测角系统在线校准问题,提出了一种基于多读数头布局的自校准方法。通过多组传感器的测量数据,利用圆封闭原则和傅里叶级数的性质,建立测量值与误差之间的函数关系,并基于多读数头布局原理,对自校准读数头布局进行优化,以提高校准方法对误差的抑制能力,实现单读数头测角传感器的自校准。设计了单轴转台,搭建了自校准测角系统,并进行了实验验证。实验结果表明:测角系统采用自校准方法后,单读数头测角传感器的测角误差为6.10″,在相同的测量环境下,其校准精度接近借助外部参考标准的传统谐波标定方法。自校准方法可有效抑制测角误差,显著提高测量精度。

为了解决测角系统在实际应用中的在线校准问题, 设计了一种圆光栅测角传感器在线自校准系统。基于圆封闭原则和傅里叶级数的性质, 建立了测量值与单读数头误差之间的关系, 实现单读数头自校准。该自校准系统由读数头、玻璃圆光栅、单轴转台和多通道采集控制系统组成。实验结果表明, 测角传感器自校准系统的单读数头测量精度为±5.90″, 接近于借助外部参考标准的谐波补偿方法后的精度, 系统测量重复性小于0.76″。自校准测量系统可实现圆光栅测角传感器在线校准的同时, 满足了精密测量领域对精度和可靠性的要求。

在不增大码盘尺寸的前提下, 对测角传感器读数头的布局展开研究, 以研制小型化高精度的测角传感器。本文基于测角误差的谐波分析结果, 详细推导和分析了多读数头布局对角度测量误差的抑制原理。通过对几种典型多读数头布局方式进行深入研究, 提出一种采用奇数头和偶数头相结合的读数头混合布局方式, 以消除更多更高阶次误差, 提高测角传感器的精度。实验结果表明, 当采用三个、四个和六个读数头均匀布局形式时, 测角传感器的测角精度分别为15.44″、9.72″和8.96″; 当采用六个读数头优化布局的方式时, 测角精度可达到7.7″。上述结果说明多读数头优化布局可有效抑制测角误差, 提高测量精度。

温度的微小变化必然会引起空气折射率的微小变化，进而影响通过该区域光的相位。采用迈克耳孙干涉仪与数字全息技术相结合的技术方案，实现对温度场分布的测量。借助数字视频技术，该技术架构可直接推广用于测量透明介质的流场分布及变化过程，如气流或水流中的密度分布以及变化过程等。