传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂, 不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜, 研究了新型2维光学扫描系统; 分析了系统的工作原理, 推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式, 对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明,当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时, 最优设计楔角为19.5°; 出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角, 还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成, 能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描, 也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。

无人机（UAV）的姿态角参数是衡量无人机飞行性能的重要参数。传统测量方法中UAV装置的各类传感器受UAV本身影响会产生较大数据误差，现有的视觉测量方法受光线影响，对标记点的识别精度有限，因而提出了一种基于激光投射和视觉的UAV姿态角测量方法。通过全站仪数据确定标记点在世界坐标系下的三维位置，并由搭载于UAV的激光发射器向前侧及左右两侧的幕布发射激光，相机实时捕捉并解算幕布上激光点的位移信息，通过激光点与标记点的几何关系及Rodrigues旋转公式求解UAV姿态角。实验结果表明，所提方法的姿态角解算误差在0.2°以下，可满足UAV姿态角度测量的精度要求。

针对当前人脸关键点检测算法网络模型复杂度高、在计算资源受限时不利于部署的问题,基于知识蒸馏思想,提出了一种高精度、轻量级的人脸关键点检测算法。通过改进残差网络(ResNet50)中的Bottleneck模块并引入分组反卷积,得到轻量级的学生网络。同时提出逐像素损失函数和逐像素对损失函数,通过对齐教师网络与学生网络的输出特征图与中间特征图,将教师网络的先验知识迁移至学生网络,从而提高学生网络的检测精度。实验结果表明,本算法得到的学生网络参数量为2.81M,模型大小为10.20MB,在GTX1080显卡上的每秒传输帧数为162frame,在300W和WFLW数据集上的平均误差分别为3.60%和5.50%。

针对当前人脸关键点检测算法网络模型复杂度高、在计算资源受限时不利于部署的问题,基于知识蒸馏思想,提出了一种高精度、轻量级的人脸关键点检测算法。通过改进残差网络(ResNet50)中的Bottleneck模块并引入分组反卷积,得到轻量级的学生网络。同时提出逐像素损失函数和逐像素对损失函数,通过对齐教师网络与学生网络的输出特征图与中间特征图,将教师网络的先验知识迁移至学生网络,从而提高学生网络的检测精度。实验结果表明,本算法得到的学生网络参数量为2.81M,模型大小为10.20MB,在GTX1080显卡上的每秒传输帧数为162frame,在300W和WFLW数据集上的平均误差分别为3.60%和5.50%。

直线度现场标定是保证其在线测量精度的重要方法。在收发一体式激光五自由度测量结构的基础上，针对直线度现场标定中标定平台引入的阿贝误差和角锥棱镜成像误差，建立了直线度现场标定模型。根据该标定模型并结合五自由度测量装置的角度测量结果，提出一种直线度现场标定误差补偿方法。实验表明，该标定方法使标定系数误差减小到 0.2%以内，有效提高了直线度现场标定精度。

在利用紫外荧光法对油含量小于 10 mg/L的油田回注水进行检测时，光源热功率过大会降低测量结果的精度。为减小光源热功率，提出了光源的脉冲调光方法(占空比小于 50%)，替代原有的方波调光方法 (占空比为 50%)。分别建立了基于脉冲调光方法与方波调光方法的噪声分析模型，比较了两种方法的测量结果信噪比 (SNR)，并推导了测量结果信噪比与光源功率的关系，在信噪比相同的情况下,可以得出脉冲调光方法的电流幅值与占空比的最优选择方案。结果表明，当测量结果信噪比相同时，脉冲调光方法光源功率不足方波调光方法的 21%。最后通过 MATLAB软件对两种调光方法的信号解调过程进行仿真，比较了两种方法的测量结果信噪比，仿真所得信噪比关系与理论推导结果一致。

针对高端装备制造中对大尺度机床误差测量与补偿的要求，本文基于光学自准直原理和液体表面反射原理，研制了一种二维光电水平倾角测量系统以实现对机床滚转角和俯仰角的测量。该系统使用半导体激光器发射激光，经光学自准直系统于待测硅油表面将被测倾角放大二倍。然后，由位置敏感探测器感测光斑位置变化，输出包含角度信息的光电流信号，并由低噪声四路同步微弱信号处理电路进行相同倍数的放大以减小误差。最终，由高速采集卡进行数据采集，经均值滤波、曲线拟合、解算处理后将其转化为倾角信息，从而实现二维角度测量。在光学平台进行了对比实验，结果表明：测量系统在-10～10 mm/m（约为-2 000″~2 000″）量程内，角度测量误差小于±0.050 mm/m（约为±10″），线性度优于0.25%，满足大尺度机床二维水平倾角检测对大量程、高精度、高稳定性的要求。

油田生产过程中排出的超标污水既污染土壤环境又危及水生资源，必须对油田污水进行在线水质监测，实时反映污染物指标，减小对环境的威胁。基于近红外光的吸收透射和散射原理，设计了能同时检测出油田污水中油分和悬浮物含量两个参数的测算模型；选择合适波长，利用三波长法进行光电检测；搭建了插入式污水油分和悬浮物在线检测系统。实验结果表明：该测算模型准确、可靠，可同时检测出待测液中的水中油分和悬浮物的含量，相对于常规的水中油分红外光度检测法和水中悬浮物重量检测法，提出方法的检测误差小于6%，该方法对实际应用有较大参考的价值。

设计了一种低成本, 低噪声, 高精度的光纤压电陶瓷相位调制系统。包括± 100 V线性稳压电源, ± 12 V线性稳压电源以及三极管压电陶瓷驱动电路。 ±100 V电源纹波电压小于 10 mV, 整个电路系统噪声系数小于 2 dB, 3 dB带宽大于 500 Hz, 输出峰峰值超过 160 V, 输出电流大于 100 mA。通过光纤 3dB耦合器形成的迈克尔逊干涉仪和光纤端面反射光干涉信号在线标定, 相位调制度的非线性度小于 5%。