针对四旋翼姿态控制算法的优化问题, 提出了一种基于反步自适应控制与经典PID控制相结合的优化控制算法。该组合算法是将由不同控制算法设计出的控制器结合使用, 即将控制系统分为两个回路: 姿态角及高度通道为内回路, 平面通道x和y为外回路。仿真结果表明,反步自适应PID控制算法有着非常好的控制性能, 与其他控制算法相比, 在稳定性、响应、抗干扰性及精确度等方面都有较大的提高。

针对具有复杂微尺度凹槽结构的高硬度模具钢型腔难以加工的难题，提出了一种多工位组合电极电火花成形的新方法。以某种聚合物微流控芯片模具型腔为研究对象，选用NAK80模具钢为型腔材料，铜钨合金（W75%）为相应的微凸起结构电极材料并经由高速铣削加工。为降低加工难度及保障加工质量，对复杂微凸起结构进行分解，形成2组4工位组合电极；采用周铣、端铣交替进行的工艺使微凸起上表面的毛刺连续发生塑性变形从而减小和去除微凸起结构顶端的加工毛刺。最后， 利用制备好的多工位组合电极，采用变换工位代替更换电极的加工方式，通过精密电火花成形，依次完成粗、半精与精加工。结果表明：加工的凹槽侧壁与底面垂直度较好，宽度、高度误差在3 μm以内，根部圆角在15 μm以内，可以满足成型聚合物微流控芯片的使用要求。

摆扫式相机在扫描成像过程中，必须保证扫描机构与像面探测器之间摆扫运动的同步性，如果二者之间出现角度偏差或速度偏差，就会引起像旋转现象，使图像模糊，造成图像质量的下降。以全景式时间延迟积分(TDI)CCD摆扫航空相机为例，利用坐标变换方法建立了像旋分析的数学模型，分析了位置同步误差与速度同步误差对成像质量的影响，提出了基于干扰观测器的同步补偿方法，保证了两个机构之间位置及速度的同步性，实现了调速控制器与同步控制器的独立设计，有利于实际应用。通过实验室静态分辨率成像实验及对外成像实验，对理论分析结果进行验证。实验结果表明基于本方法的位置及速度同步误差分别小于0.0043°、0.0695°/s，均满足补偿精度要求，在成像过程中图像的旋转及失真现象得到了明显的抑制，图像质量获得了大幅提高。

长焦距面阵CCD相机以TDI模式进行动态横向多幅扫描成像时, 行转移频率高或者曝光时间长会使图像输出有明显缺损, 从而影响图像的判读。为解决这一问题, 分析了全帧CCD相机TDI模式的工作原理, 分析认为快门曝光过程中CCD存在的无效TDI转移是导致输出图像出现缺损的主要原因。通过实验验证了分析结果, 并提出保证CCD曝光过程中TDI转移与机械快门曝光精确同步的方法来消除无效TDI转移。 据此设计了光电同步定位法进行曝光控制, 并研制了相应的快门光电同步装置。成像实验结果显示, 该方法可将图像缺陷区域控制在15列像元内, 解决了面阵CCD在TDI模式下输出图像的缺损问题, 提高了图像判读精度。

以线阵CCD空间滤波效应的速度测量方法为基础，进一步提出了利用线阵CCD进行空间滤波测速(SFV)信号基频消除方法。采用异相差分检波算法，在消除基频和直流成分的同时提高了信号振幅，增加了信噪比。通过研究异相差分前后空间滤波器的功率谱密度函数，对等效差分空间滤波器的特性进行了分析。实验验证了利用异相差分检波算法进行SFV信号基频消除的可行性，结果表明，采用异相差分检波算法可以消除信号基频和直流成分，同时使周期成分的振幅加倍，有利于周期信号的提取，并解决了传统光学方法光学系统复杂，装调困难的问题。

基于空间滤波测速原理，提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样，模拟了多狭缝的空间滤波特性，实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数，对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析，并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明，对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度，测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel，能够满足航空相机像移补偿精度的要求。

介绍了基于Bayer滤波获取彩色图像的方法。根据CCD离散采样的工作特点, 构建了采用Bayer滤波的彩色面阵CCD的调制传递函数(MTF)。通过数值计算和实验对基于Bayer滤波的彩色面阵CCD和单色面阵CCD的MTF值进行了对比分析。结果表明, 基于Bayer滤波的彩色面阵CCD的MTF值显著低于单色面阵CCD的MTF值。当像元边长与对应中心距相等时, 基于Bayer滤波的彩色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF为0.067 6, 单色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF值为0.405 3; 分辨率板成像实验表明, 相同成像条件下, 前者的分辨率比后者的分辨率降低约40%, 基本符合MTF对比分析结论。

飞机姿态变化是影响航空相机成像质量的关键因素，尤其是飞机进行大坡度转弯将影响航空相机照相分辨率和重叠率。采用公式推理、坐标旋转变换等方法详细分析了飞机大坡度转弯对相机照相分辨率和重叠率的影响，并以摆扫型全景相机为例，给出了飞机大坡度转弯时相机的像移模型，分析结果表明：飞机大坡度转弯过程中相机产生的最大前向像移量接近 4个像素，需要进行像移补偿；而垂直飞行方向上的最大像移量小于 1/8像元，对成像分辨率影响不大。依据分析结果对像移模型进行了简化，为像移补偿提供了理论依据。针对飞机大坡度转弯对照相重叠率的影响，提出了依据转弯半径和转弯角速率调整曝光时间的方法加以解决。上述分析为摆扫相机在大坡度转弯时获取高质量图像提供了理论依据。

针对1 000 mm焦距透射式光学系统面阵相机，设计了一种高频大面阵焦平面快门。为了满足长焦距航空成像系统高分辨率和宽覆盖的要求,新设计的焦平面快门结构采用单帘幕多缝式设计，通过两个快门正交布置，电机带动齿轮同步驱动，使得两片光学拼接的面阵CCD同时曝光。数字信号处理器(DSP)根据编码器反馈的帘速信号来控制电机转速，保证CCD均匀曝光。实验结果表明，快门曝光时间在1/200～1/1 000 s连续可调，拍照帧频最大可达4 frame/s，快门寿命大于20万次，曝光均匀性在±8%以内，满足大面阵CCD相机成像要求。

由于多相位TDI CCD行间电荷转移引起的像移无法通过光、机、电等方法消除，本文研究了电荷转移对遥感相机成像质量的影响。首先，介绍了推扫式遥感相机的工作原理与前向像移补偿方法。接着根据TDI CCD行间电荷的转移方式，利用脉冲传递函数建立了电荷转移速度模型，并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析，揭示了TDI CCD电荷转移像移产生的原因。然后，建立了多相位TDI CCD电荷转移像移的调制传递函数，定量给出了二、三、四相位TDI CCD电荷转移像移引起的空间频率对比度损失。最后，搭建测试平台，采用胶片式遥感相机获取了奈奎斯特频率处的靶标图像，其分辨率为60 lp/mm，并比较了三、四相位TDI CCD电荷转移像移对靶标分辨率的影响。实验结果表明，提出的电荷转移像移模型与图像实验仿真结果相吻合。