为了实现暗环境下移动机器人导航中障碍物的检测与运动机器人的定位, 采用了一种组合式光栅投射立体视觉传感器研究方法, 首先通过光栅投射和立体视觉相融合的方法, 建立光栅投射立体视觉传感器几何和数学模型, 然后利用空间设备位置约束原理和投影平面相交的方法, 进行了机器人视场内空间物体的3维坐标计算, 建立了可靠真实的障碍物检测和分析方法, 并进行了理论分析和实验验证, 取得了距离计算精度0.8mm的数据。结果表明, 该方法对于图像计算的精度在亚像素级。该方法有利于目前黑暗环境中机器人无法自主导航难题的突破, 为黑暗环境中无全球定位系统支持的机器人导航提供了基础探索。

针对振动型结构健康监测方法的特点，搭建了基于非平衡M-Z干涉仪和相位载波解调技术的光纤光栅损伤识别系统。运用小波包分解振动信号，建立了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标；介绍了统计过程控制原理，推导了使用均值-极差控制图分析损伤识别指标，识别结构连续损伤的过程。实验测试了铝制简支梁结构处于健康状态和3种损伤状态下的各40次振动信号。信号时域图显示各状态振动信号持续时间均约为0.05 ms，幅值基本相同。依据结构健康状态下的统计过程控制限 (12.85,41.35)进行了均值-极差控制图损伤识别分析，结果表明，搭建的损伤识别系统能连续地对结构进行健康监测。

用光纤布拉格光栅FBG测量非均匀轴向应变时，会由于反射波谱形状的改变而无法用测量Bragg波长的方法来完成解调,因此,研究了用光学低相干反射测量(OLCR)实现光纤Bragg光栅复杂应变测量的原理和方法。分析了以扫描Michelson干涉仪为核心的时分复用光学低相干反射测量系统的测量原理和实现过程。通过傅里叶变换，将脉冲响应转化为失调范围内的频率响应，采用光栅重构技术，获得光栅沿轴向各段的复耦合系数;然后,由各复耦合系数得到沿轴向各段的Bragg波长;最后,根据FBG的传感模型获得沿轴向的应变分布。将该系统用于复合层板Ⅰ型层分断裂试验中应变测量，得到了断裂过程中的轴向非均匀应变分布，结果切实可靠。FBG的平均应变测量精度为13.2 mm，系统的轴向扫描精度可达100 nm。实验表明,OLCR能够很好地实现FBG的复杂应变测量，具有很好的应用前景。

机械陀螺经纬仪初寻北时间的长短是决定其寻北效率的关键因素。从陀螺仪寻北的原理出发,在智能寻北系统中引入了一种快速寻北新方法——加速度判定法。该方法通过计算光标运动的速度与加速度值,能够在陀螺开始寻北数秒后即测量出真北值,并且能够弥补电子罗盘初寻北精度过低的问题,是全自动寻北策略的重要组成部分。以JT-15陀螺仪为样机的寻北实验表明,将加速度判定法应用于智能寻北系统中,仪器初寻北测量精度优于3′54″,满足了JT-15陀螺仪精寻北的条件要求,保证了全自动寻北的速度和精度,对于机械陀螺的快速及智能化寻北具有现实意义。

研究了光纤Bragg光栅在材料性能测试方面的应用。介绍了基于分离式霍布金逊压杆(SHPB)的低阻抗材料动态性能测试的原理,探讨了光纤光栅传感器用于SHPB实验装置中进行应变测试的相关问题。推导了低阻抗弹性杆中传播的应力波与光纤光栅传感器的波长漂移量之间的关系式,构建了光纤光栅高频动态应变测试系统,对SHPB实验装置中被撞击弹性杆的表面应变进行了测试,并与现有仪器进行了对比。实验结果显示,构建的光纤光栅动态应变测试系统在10 kHz的频率范围内,具有40 dB的信噪比。研究表明,光纤光栅在低阻抗材料的动态性能测试中具有很好的应用前景。

针对现场激光粒度仪中颗粒粒径分布的反演计算方法，对非独立模式法中的R-R 分布法进行了研究。同时设定多组R-R 分布的尺寸参数X 和分布参数N，采用多个线程同时反演计算目标函数(拟合误差)。经过最后比较，找出函数值最小的目标函数，即认为现场颗粒的粒径分布服从该目标函数对应的R-R 分布。现场激光粒度仪的实验结果表明，在使用5 个线程时，每反演一次的平均时间小于1 min。该改进方法的原理简单，准确度和重复性高，计算速度快，能够满足现场颗粒粒径的实时测量要求。

提出了一种采用双目立体视觉测量技术来获得炮弹运行姿态的新方法。首先利用加权平均的方法求炮弹的质心,然后利用炮弹表面点到弹轴的距离相等的原理,用最小二乘拟合法推导出弹轴方程,得到弹轴矢量,最后通过建立弹轴矢量与姿态角之间的数学关系得到炮弹运行时的姿态角。仿真实验结果表明,该测量方法具有较高的精度,能满足远距离运动物体运动参数的测量要求。

基于现代传感技术和数字图像处理技术,通过对透镜中心误差的分析研究,提出了一种透射式影像法测量透镜中心误差的方法,建立了基于CCD图像的实时测试系统.实验表明,透镜中心误差测量的标准偏差达到了0.0038mm,极限误差为±0.0115mm,证明该系统对于测量透镜中心误差具有很好的实用性.

提出了一种电子罗盘取代人工实现粗寻北的方法.根据电子罗盘原理,用DSP从电子罗盘串口实时采集系统与北方向的夹角值,并根据所得角度值驱动系统指向粗北方向,从而代替跟踪逆转点法实现陀螺仪粗寻北自动化.实验结果表明,电子罗盘粗寻北系统提高了机械陀螺仪的粗寻北速度,粗寻北时间由原来的10 min左右减少到1.5 min以内;粗寻北精度可以达到30′以内,满足了中天法精寻北要求.

设计了一种吊丝陀螺自动升降系统.采用数字信号处理器(DSP)控制直线步进电机,实现陀螺仪灵敏部的自动升降,完成了相关软硬件的设计,代替了传统的需要人工手动操作的凸轮装置.在陀螺自动升降的稳定性实验中,当脉冲频率为26～40Hz时,陀螺运行稳定,摆动角度约为94～210';当脉冲频率为33 Hz时,陀螺下放及寻北效果最好,摆动角度约为105～147'.在与人工手动操作的对比实验中,采用直线步进电机的自动升降系统运行稳定、重复率低、操作简单.实验结果表明:该自动升降系统具有较高的稳定性,并可以有效缩短寻北时间和提高寻北精度,对陀螺仪的自动寻北具有现实意义.