为了提高坚硬岩石定向涨裂破岩效率, 从坚硬岩石涨裂定向破岩机理出发, 基于空孔效应理论对200 mm、250 mm、300 mm、400 mm空孔间距以及20 mm、40 mm、90 mm、120 mm空孔半径下空孔孔壁的应力变化规律展开研究, 将理论计算与数值模拟进行对比分析验证。研究结果显示：空孔的存在使得空孔靠近涨裂孔一侧产生应力集中, 随着空孔间距增大、空孔半径减小, 空孔效应应力集中现象越弱; 空孔圆周上受拉区为±40°以内, 最大拉应力出现在空孔与涨裂孔圆心连接线上, 最大压应力出现在空孔圆周±70°附近。孔间连线上I型岩石应力强度因子与应力变化规律相对应, 在孔间距达到400 mm时, 应力强度因子KI小于岩石的断裂韧度KIC, 无法达到形成贯通裂纹的条件。依据研究成果设置空孔参数, 并在深圳市铁岗-石岩水库石岩北清水引水隧洞进行涨裂破岩试验。试验结果显示：空孔对于裂纹扩展方向具有引导作用, 能够促使空孔与涨裂孔连线方向产生贯通的主裂纹, 有利于提高坚硬岩石的涨裂破岩效率, 能够为相似工程提供借鉴和参考。

为了实现基于点云的空间目标相对位姿快速估计，提出一种旋转投影二进制描述符(BRoPH)。该描述符首先建立特征点处的局部参考坐标系，然后通过旋转投影局部点云生成不同视角下的密度图像块和深度图像块，最后根据图像块生成特征点的多尺度二进制字符串。针对位姿估计对实时性的要求，在分析BRoPH Hamming距离分布的基础上，提出了基于Hamming距离阈值的特征匹配策略，用于剔除潜在的错误配对，加快位姿估计收敛速度。最后，在基于局部特征描述符位姿估计框架下分别与SHOT描述符和FPFH描述符进行了比较。结果表明: BRoPH描述符在仅需要SHOT和FPFH平均内存1/80的基础上，得到了远高于SHOT和FPFH的平均位姿估计精度，其平均姿态误差小于01°，平均位置误差小于1/180 R。此外，基于Hamming距离阈值的特征匹配策略使得BRoPH的位姿粗估计速度加快了7倍，总体位姿估计频率超过7 Hz，比SHOT和FPFH分别快3~6.8倍。该方法具有占用内存小、计算速度快、位姿估计精度高和抗干扰能力强等优点，满足基于点云的空间目标位姿估计实时性要求。

为了提高在全天球自主工作模式下星图识别的成功率和鲁棒性, 本文结合kNN算法和有向图理论的思想, 构造出具有强约束的有序星点集模式, 提出基于有序星点集的全天球自主星图识别算法。该方法首先利用k近邻算法的思想, 以导航星点为中心, 对位于其一定范围内的导航星进行了分类划分。然后基于有向图理论, 以距离中心点星最近的导航星为基准, 按照顺时针顺序对分类的导航星进行排序, 构造出具有强约束特性的有序星点集作为星图识别的特征。实验结果表明: 在存在星点位置误差和伪星点的情况下, 本文提出的基于有序星点集全天球自主星图识别算法具有很强的抗噪声能力、抗伪星点干扰能力和鲁棒性。在星点质心位置达到3像素时, 基于有序星点集星图识别算法成功率仍然可以达到99.8%, 比三角形识别算法和栅格识别算法的识别成功率高16%以上; 在存在3颗伪星点的情况下, 基于有序星点集星图识别算法成功率为98.4%, 比三角形识别算法和栅格识别算法高10%以上。

本文综述了星敏感器技术的研究现状和未来发展趋势。首先, 总结了国内外星载星敏感器的发展历程。接着, 根据星敏感器工作原理, 分析讨论了星点质心定位算法、星图识别算法和姿态解算算法等星敏感器关键技术的发展现状。通过讨论星点质心定位精度对星敏感器测量精度影响, 分析了星点质心定位算法以及对应误差补偿的研究现状; 基于星座特征、字符模式和智能行为, 介绍了星图识别算法并进行了对比分析; 根据确定姿态解算算法和动态姿态解算算法分析了姿态解算算法的研究现状。最后, 对星敏感器的未来发展进行了展望, 讨论了航空机载星敏感器、微小型星敏感器和甚高精度星敏感器的发展趋势以及未来重点研究内容。

在离子束抛光工艺中，驻留时间的求解是很关键的。通常求解驻留时间的时候，是用理想的高斯函数来近似实际的加工函数。如果使用实际的加工函数仿真加工，加工的效果不好。运用系数法和消去法的综合算法来提高采用实际加工函数仿真加工镜面面型的精度，首先多次用系数法得到比较理想且平滑的镜面面型，然后再用消去法精修面型。这种算法运算速度快，得到的面型精度高且较平滑。对这种综合算法进行仿真分析，比较了理想高斯函数与实际加工函数加工后的差别，同时比较了运用消去算法与综合算法得到的镜面面型，PV值由83.63 nm减小到46.92 nm，镜面精度提高了很多。

大视场星敏感器光学系统，由于畸变量较大，在轨标定过程中，直接采用最小二乘最优估计(LMS)或扩展卡尔曼滤波方法(EKF)无法精确求解其标定参数。在深入分析星敏感器测量误差因素的基础上，对考虑畸变和不考虑畸变两种情况的在轨标定结果进行了仿真对比；指出了标定焦距之前需先标定光学畸变的必要性，并介绍了4种可用于在轨校正光学畸变的方法；提出先标定主点偏差，再标定光学畸变参数，最后标定焦距的标定方法。仿真结果表明，可以采用像面旋转法求取主点偏差，利用高阶多项式方法求取光学畸变参数，畸变校正后，采用LMS和EKF标定算法估计焦距，标定精度达到了3.1 μm和2.2 μm。对100幅模拟星图处理后，星间角距统计偏差约为传统在轨标定方法的1/10~1/8。

在CCD星敏感器设计过程中，星点坐标的提取精度不仅影响星图识别的正确性，也直接影响星敏感器的最终姿态输出精度。本文通过分析传统质心法亚像元提取算法误差模型，证明该模型存在系统误差和随机误差。针对系统误差，提出了用最小二乘拟合法来估计质心位置和系统误差大小的对应关系，利用这个关系对系统误差进行补偿；针对随机误差，提出用边缘阈值法和星图整体相消法来消除。本文还分析了CCD成像数学模型，星光成像的能量分布近似服从二维高斯分布，星点高斯分布弥散半径不同，用于误差补偿的曲线方程也不一样，根据不同的高斯弥散半径，设计了误差补偿模板，用于补偿质心法的系统误差。实验表明，采用误差补偿模板，可以将质心法精度从1/20 pixel提高到1/200 pixel，满足了星敏感器高精度星点质心提取的要求。

为了解决在轨维护和轨道垃圾清除中非合作目标的识别问题,提出了基于立体视觉的位姿(位置和姿态)测量方法。采用中值滤波器对原始图像进行平滑,去除星空背景干扰和其它噪声;将Canny边沿检测器用于对平滑后的图像进行检测,得到包含边沿信息的二值图像。然后,对该二值图像进行Hough变换,提取待识别对象的直线特征,并计算直线间的交点。最后,对所提取的左、右相机图像的点特征进行3D重构,得到各点在世界坐标系中的坐标,并据此建立目标坐标系,求出其相对于世界坐标系的位置和姿态。仿真结果表明,对于较远距离(>2.5 m),位置测量精度优于40 mm,而近距离内(<2.0 m)优于10 mm,相对姿态精度优于2°,基本满足对非合作目标进行跟踪、接近、绕飞等位姿测量要求。