为了同时确定监测结构的位移大小和方向，提出了一种基于光纤光栅组合的大量程、结构简单的机械传感装置。该传感装置以U型不锈钢结构组合光纤光栅为核心传感单元，以杠杆杆件来传递位移，测点位移大小和方向可以通过杠杆杆件两侧的U型不锈钢结构上的光纤光栅波长漂移计算得出。开展了传感装置6组辅助结构（核心传感单元）的标定试验，结果表明所有传感单元均具有较高的线性度，测量范围为0~140 mm，灵敏度为4.362 pm/mm，迟滞性误差为3.25%，重复性误差为6.62%。将传感装置用于室内堆积体边坡模型试验中，研究它们在土体连续滑动变形过程中的监测性能，并与粒子图像测速技术测量的土体位移变化进行比较，两种技术数据上呈现出较好的一致性、吻合度较高，表明所研发的光纤光栅矢量位移测量传感装置能够准确捕获坡面矢量变形，在智能监控领域有广阔的应用前景。

天文导航是一种重要的飞行器自主导航手段。在高速飞行器上进行的观测，不可避免地会受到窗口外侧高速流场的扰动，使得星敏感器捕获的星点图像出现偏移、模糊等退化现象，影响天文定位定姿精度。对星图退化的计算和校正的研究多基于计算机仿真结果。文中建成了一座可在实验段中生成马赫2.5/3.5混合层结构的小型静风洞，以直径10 m的室内穹顶上的仿真星点为观测对象，透过实验段中不同位置的流场进行了星点观测和中心点解算，获得了星点图像受到流场扰动的数据，并将其与计算机仿真结果进行对比。结果表明：导航星光偏折量高于计算机仿真的估计值。在喷口近端，高速混合流场对星光偏折的扰动较大，垂直流场方向的偏折均值小于0.5″，沿流场方向偏离均值为3.85″，最大接近4.89″；在喷口远端，垂直方向星光偏折均值为−1.36″，沿流场方向偏折均值约−0.49″，最高达−2.69″。近端星光偏折变化幅度较小，稳定性较远端更强，有利于建模校正。该实验对校正仿真模型、优化高速流场下的天文定姿精度有着重要的意义。

天文定姿是飞行器实现高精度自主导航的重要技术手段之一。高超声速飞行器在飞行过程中会产生激波，造成光线偏折，影响星敏感器的观测和天文定姿导航的性能。现代高超声速飞行器多采用乘波体设计，其载荷舱部分可简化为楔面结构。论文聚焦高超声速飞行器上楔面激波，基于空气动力学理论，给出了高超声速楔面激波结构参数的解析计算方法，以及激波对光线偏折影响的量化测算模型。提出了一种利用解析计算结果控制光线偏折的校正模型，讨论了激波角测量误差在该模型中的传播，证明了激波角测量误差与其引起的校正效果偏差其呈负线性相关。仿真试验表明，在高度20 km、马赫数5-8的条件下，楔面上方形成稳定的激波结构，对入射光线造成的偏折可达6.8"；解析计算方法获得的激波角参数与试验结果误差在0.1"以内。这意味着运用该模型来校正光线偏折的误差可以控制在激波角观测误差的量级，可以显著提升观测精度。