研究了杂散光干扰下星敏感器星点提取问题。在杂散光干扰下，星点提取的效果会变差，这会使解算的姿态不准确和不可靠。为了抵抗杂散光干扰，提出了一种基于最优背景估计的抗杂散光星点提取方法。首先，分析了杂散光在星敏感器中的成像特点，构建了杂散光的具有闭合解的曲面模型；然后，设计了基于最优曲面的杂散光背景估计方法和星点提取方法；最后，采用仿真的杂散光图像和星敏感器采集的杂散光图像验证了算法的性能。实验结果表明：该方法得到的星点检测率、误检率和质心定位精度均优于现有基于背景和形态学的方法，该方法对杂散光有较好的抑制能力。

全天时星敏感器技术可以将星敏感器的应用推广到临近空间飞行器如平流层飞艇和高空气球等平台, 是星敏感器未来发展的一个重要方向。由于白天受到强烈的大气背景辐射的影响, 可见光波段星敏感器的探测能力显著受限。大气背景辐射在短波红外处的强度迅速降低, 因此利用短波红外成像系统在0.9~1.7 ?滋m波段下进行恒星探测成为研究全天时星敏感器技术的一种有效可行的方案。为了系统地分析并验证短波红外全天时星敏感器的可行性, 文中在分析全天时星敏感器探测模型的基础上, 重点讨论了短波红外探测器噪声对星敏感器探测能力的影响并基于探测模型确定了20 km高度处全天时星敏感器的光学参数。基于短波红外探测器研制了全天时星敏感器原理样机, 结合地面处的观星实验, 测试了原理样机的探测性能并验证了全天时星敏感器探测模型的正确性。

多视场星敏感器与传统单视场星敏感器相比不仅具有更高的可靠性和自主性，也具有更高的精度和动态性能，是未来星敏感器发展的重要趋势之一。为获得最佳性能，需要对多视场星敏感器的视场大小和布局进行优化。为此，首先建立了多视场星敏感器的数学模型，重点介绍了星点成像和姿态计算。然后推导了多视场星敏感器测量精度的数学表示，分析了影响精度的因素。通过仿真分析了多视场星敏感器视场大小和布局对各因素和精度的影响。仿真结果表明，视场大小对星敏感器精度的影响取决于星敏感器的运动情况，当角速度较小时，视场越小，精度越高；当角速度较大时，视场越大，精度越高。而各视轴相互正交的视场布局下，多视场星敏感器的测量精度最高。

由于S曲线误差是星敏感器质心定位系统误差的重要组成分, 本文结合质心定位的物理过程及仿真对S曲线误差来源进行了分析。 研究了各项误差来源产生的影响, 并采用频域分析法得出了S曲线误差的理论解析式。用星敏感器产品进行了实验, 采集视场中心S曲线误差并用正弦模型进行补偿, 分析了同一补偿模型对全视场S曲线误差的补偿效果, 并对标定数据进行了S曲线误差补偿。实验结果表明: 视场中心S曲线误差的标准差为0.048 pixel, 补偿后标准差为0.027 pixel, 质心定位精度提高了43.8%; 进一步采用视场中心正弦补偿模型对全视场S曲线误差进行补偿后, 全视场质心定位精度提高了35.7%以上, 全视场标定精度提高了31.7%。由实验结果可知: S曲线误差是星敏感器的一项重要误差源, 采用正弦模型对S曲线误差进行补偿能够取得显著的补偿效果。

为了提高遥感影像产品的定位精度, 研究了星敏感器主光轴和遥感相机主光轴交联角的在轨检校方法。利用高分辨率卫星遥感影像的严格成像模型, 将改进的非直接求解模型引入到遥感相机安装误差的标定中, 提出一种对遥感相机内外方位元素进行统一检校的方法, 实现了星上姿态确定系统和遥感相机之间系统误差的精确补偿。对来自遥感卫星的整轨遥感图像进行处理, 利用最优化模型确定遥感相机和星敏感器姿态关系矩阵, 进而检校出交联角。最后, 利用单像对地目标定位原理, 对检校精度进行了验证。实验结果表明, 校正后地面点经纬度方向平面位置RMS误差分别为9.31 m和9.28 m, 显示通过内外方位元素统一检校, 遥感图像的定位精度得到显著提高。

针对大尺寸物体形貌视觉测量中三维数据拼接问题提出了一种基于平面圆靶标的三维数据拼接方法。该方法将平面圆靶标放置在被测物前，三维测头分别在相邻两个测量位置拍摄平面圆靶标，然后以平面圆靶标为中介，利用圆特征边缘点集对应，实现前后两个测量位置的三维数据拼接。经实物实验验证，在x、y、z轴方向的拼接精度分别为0.067、0.035、0.134 mm，与相同实验条件下方格靶标法的精度相当。在被测物存在部分遮挡的情况下，方格靶标法因为角点误匹配而导致三维数据拼接失败，而本文方法可实现数据拼接在x、y、z轴方向的拼接精度分别为0.062、0.037、0.168 mm。

分析了双目视觉传感器的数学模型，提出了一种基于同心圆合成图像匹配的双目视觉传感器的标定方法。在测量范围内任意多次摆放同心圆靶标，由两台摄像机拍摄靶标图像。根据摄像机模型与已知同心圆在靶标坐标系上的位置关系，构造合成图像，将合成图像与观测图像进行相似度匹配，通过优化定位得到靶标上每个圆的圆心点图像坐标。利用左右图像对应的圆心图像坐标和双目视觉的约束关系，对双目视觉传感器参数进行非线性优化，并得到最优解。所提出的标定方法是在张正友方法的理论基础上，利用了图像的整体性进行的优化。实验结果表明，该方法提高了标定精度。

针对干涉型光纤陀螺，研究了一种新的收发一体模块，从对SLD光源建模入手，根据该模型，设计了小型化的光学系统。在这个系统中，通过对光源发出的光进行扩束并准直来提高耦合效率，最后，用Zemax软件进行了仿真，分别对光线传播的轨迹及其能量进行了计算，仿真的结果证明了设计的优越性。这种收发模块采用与偏振无关技术，体积小、可靠性高。与应用较为广泛的混偏技术相比，可以有效改善温度变化、振动等因素对光纤陀螺系统精度的影响，从而提高光纤陀螺的整体性能。

基于干涉型光纤陀螺的小型化和工程化设计要求,研究了一种新颖的收发一体模块，从对SLD光源进行建模入手，设计了小型化的光学系统。并用Zemax软件进行了仿真。这种收发模块采用全保偏技术，体积小，可靠性高，可以有效地抑制光源与耦合器的串音干扰。与应用较为广泛的混偏技术相比，可以避免温度变化、振动等原因对光纤陀螺系统精度的影响，从而提高光纤陀螺的整体性能。

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定方法。该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定;然后,利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定;最后,以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系。实验结果表明,两坐标系转换矩阵的标定精度优于4″(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求。该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值。