提出分离式水面探测器与其载体——水下运载器在动态基准条件下的空间间接定位算法。通过对解脱点处的大地直角坐标系、水下运载器坐标系、分离式水面探测器坐标系间的平移、旋转变换，及基于直线加速度计的二次积分位移矢量运算，推导出水下运载器与分离式水面探测器在动态基准下空间间接定位算法的数学解析模型。仿真表明：该模型能真实反映分离后的水下运载器在分离式水面探测器位置处大地直角坐标系中的空间位置关系。

为了解决低速状态下跟踪转台在摩擦力矩作用下出现低速爬行现象, 以某光电跟踪转台为研究对象, 根据Lyapunov稳定性理论和自适应控制理论, 提出了自适应摩擦补偿方法。通过在经典伺服控制回路中增加摩擦补偿器, 以达到抑制低速爬行现象, 提高设备低速平稳性能。对比补偿前后转台的输出速度仿真曲线, 表明该方法能够有效地抑制低速爬行现象的产生, 提高转台的稳定跟踪性能, 适合于工程应用。

为解决大惯量光电跟踪器对高速机动目标的角秒级跟踪问题，设计了以快速控制反射镜作为精级，大惯量跟踪架作为粗级的双探测器型光电复合轴跟踪系统，并对快速控制反射镜和复合轴系统所涉及关键技术进行了分析。通过某模拟航路半实物跟踪试验不超过70μrad的跟踪误差，验证了系统设计的有效性。

针对同时存在参数不确定性和结构不确定性的非线性光电伺服系统，运用自适应原理对系统的参数进行在线估计,同时提出一种改进的指数趋近律，并结合滑模控制(变结构控制)策略设计系统的滑模自适应位置控制器(APR)。以等效正弦1.2sin(0.93t)作为仿真输入，在0.45s后跟踪误差小于60μrad，表明该控制方法对此类不确定非线性系统的控制效果良好。

为了满足光电跟踪系统中对“蛇形”机动目标跟踪的要求，针对以前应用的Singer模型的缺陷，根据“蛇形”机动目标运动规律，提出一种机动目标转弯模型，结合扩展卡尔曼滤波算法，对典型“蛇形”机动目标进行跟踪。通过Monte Carlo仿真，实现了在平面内对“蛇形”机动目标位置的准确跟踪，并且距离均方根误差(RMSE)比Singer模型要小很多，从而验证了该方法的有效性。

鉴于动基座周视光电跟踪系统的基座俯仰和横滚角会造成天际线在红外焦平面阵列上所成的像不再与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影平行，建立了动基座两轴周视光电跟踪系统的五自由度数学模型。重构了包含目标信息的天际平面在大地坐标系下的方程，推导得出了天际线在焦平面阵列上成像的解析表达式，并将其与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影表达式进行了对比。天际线焦平面阵列成像的解析表达式可为目标可测、天际线不可测情况下，沿像的方向向量及其正交方向进行方位、俯仰补偿及目标方位解算提供理论前提。

为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标，在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上，推导出以目标像点和像旋中心线距离作为补偿截距的周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法。通过对补偿截距与系统焦距的比值求反正切函数得到补偿角的绝对值，将目标像点和像旋中心点坐标转换到方位旋转坐标系下，并以转换后二者横坐标的代数差正负号作为补偿量的符号判据。该算法是在存在非线性大角度像旋情况下使目标像点逼近像旋中心线，与俯仰机构的向量角补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点。数学模型仿真验证了单次补偿能够将残差减小到1%左右，真实工况试验也验证了方位截距补偿算法的合理性。

为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标，在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上，推导出焦平面坐标系铅直轴的方向向量和该坐标系下海天出射平面法向量夹角的余弦表达式。该式求反余弦后减π/2，得到焦平面铅直坐标轴的方向向量和海天出射平面法向量小于π/2的夹角，该夹角的0.5倍作为俯仰反射镜的净作动量，目的是克服非线性像旋使包含目标信息的虚拟海天线的像线通过焦平面中心。该算法与方位补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点。通过数学模型仿真和真实工况试验都验证了俯仰机构位置环海天线向量角补偿算法的合理性。

由于环境温度的作用，光学器件在应用环境中的热变形对光学仪器的整体性能产生重要影响，利用有限元分析系统对光学器件进行热变形分析，为器件设计提供科学依据和有效支持。提出基于Ansys的热变形仿真分析方法。该方法包括问题分析、Ansys热变形仿真和数据分析3个步骤，并对每一步内容作了详细阐述和说明。以某光学仪器的关键器件为分析对象，用该方法进行了热变形仿真，应用Matlab软件进行结果数据分析，得到了器件反射镜面在40℃和－10℃环境温度影响下产生的平行差分别为7．62412″和8．56317″。所得结果与实验结果基本一致，证实了该方法的有效性。